Plug im!

Logiciel en libre accès pour le traitement des signaux et des images
(http://www.plugim.fr/)

L'IFPEN met sa plate-forme interne de traitement des signaux et des images à la disposition de ceux qui souhaitent bénéficier des fonctionnalités les plus avancées combinées à une interface utilisateur simple et compréhensible.
Les modules développés, en lien direct avec les publications, ainsi que d'autres opérateurs numériques, sont détaillés en-dessous. Tous sont disponibles sous plug im!, ainsi que bien d'autres modules pour les signaux, les images et/ou les volumes.

Note pour les lecteurs

Ci-dessous, des modules disponibles sous plug im! sont détaillés; le module est défini brièvement avec une aide quant à son utilisation. Les modules peuvent être modifiés/mis-à-jour pour diverses raisons. Les dernières modifications seront indiquées dans Nouvelles.

N'hésitez-pas à me contacter pour toutes questions, remarques ou suggestions (CONTACT).

Concernant l'utilisation de Plug im!

Bouton 'Open' :

Bouton '...' :

Quelques definitions

Image binaire :
Une entrée représentant une microstructure binaire; une image binaire 2D ou 3D, la partie blanche (255) représentant la microstructure à analyser, ou une image triphasique 2D ou 3D avec des intensités spécifiques : 0 pour le vide autour, sans signification, 255 pour la phase solide, et le reste est considéré comme la phase poreuse. L'image triphasique permet de définir un masque, distinguant le vide alentour du matériau, i.e. l'échantillon d'intérêt.
L'image triphasique peut être la sortie du module "Extraction of porosity". Cette option est originellement ajoutée pour considérer des images réelles acquises avec un matériel spécifique; microscope tomographique électronique. Néanmoins, des images réelles obtenues avec n'importe quel dispositif d'imagerie peuvent être considérées, ouvrant de larges perspectives applicatives.
En pratique: l'entrée, si c'est une image binaire, doit être biphasique ou triphasique et doit être de type 'unsigned char', 'integer', 'float' ou 'double'. Les images 'RGB' ne sont pas permises. Le type de donnée peut être vu en haut à gauche de la fenêtre Plug im!.
Un volume maximal est aussi imposé, étant égale à 1,000,000,000 de voxels.

Squelettisation :
Dans la plupart des opérateurs suivant, c'est une étape optionnelle. Nous recommandons le calcul du squelette homotopique de la microstructure interconnectée à analyser. Théoriquement, c'est le plus petit sous-ensemble de la microstructure conservant la degré de connectivité; la topologie est inchangée.

Le squelette de la microstructure peut être considéré comme image binaire d'entrée de modules, comme dans la littérature, pour des mesures topologiques par exemple, et dans certains de nos articles aussi.

Le squelette permet une réduction conséquente du temps de calcul.
Spécifique aux modules par-érosions-itératives : si le squelette est considéré ('Use skeleton'), le temps de calcul des érosions morphologiques est réduit également, puisque le squelette valué est considéré; la valeur de la carte de distances est assignée à chaque point du squelette. De plus, dans ce cas, le squelette doit être chargé en utilisant le bouton 'Open', et la microstructure en utilisant le bouton '...'.

En préparation

A-protocole:

...

Disponible

H-tortuosité-par-érosions-iteratives (2D/3D)

Article associé : Chaniot J., Moreaud M., Sorbier L., Jeulin D., Becker J.-M. and Fournel T. (2020). "Heterogeneity assessment based on average variations of morphological tortuosity for complex porous structures characterization", Image Analysis & Stereology 39(1):111-128

Caractéristiques :

  • H-tortuosité vue par une particule sphérique de rayon donné qui croit graduellement
  • liée à la constrictivité, caractérisant l'effet goulot d'étranglement et/ou l'encombrement
Calcul :

Les étapes définissant la H-tortuosité sont appliquées à la microstructure, qui est érodée graduellement. Les érosions itératives utilisant une sphère unitaire en tant qu'élément structurant, permettent de considérer un large intervalle de rayons, représentant la taille de la particule percolante hypothétique.

Entrées :

  • image binaire
  • optionnel: squelette de la microstructure

Sorties :

  • valeurs de H-tortuosité en fonction du rayon (fichier *.txt)
  • carte des tortuosités relatives moyennes (fichier *.fda)

Paramètres :

  • choix de l'échantillonnage (1D-sampling ou stratified-sampling)
  • distance maximale Dmax
  • nombre de points aléatoires N
  • booléen 'Use skeleton', quand le squelette de la microstructure est considéré en tant qu'image binaire. Paramètre additionnel (si coché) :
  1. "...": sélection de la microstructure

H-tortuosité (2D/3D)

Article associé : Chaniot J., Moreaud M., Sorbier L., Jeulin D., Becker J.-M. and Fournel T. (2020). "Heterogeneity assessment based on average variations of morphological tortuosity for complex porous structures characterization", Image Analysis & Stereology 39(1):111-128

Caractéristiques :
  • descripteur topologique évolutif; informations de différentes dimensions à des échelles distinctes
  • échantillonnage de points aléatoires, gérant les déconnexions et applicable aux microstructures multi-échelles complexes, en particulier quand les entrées et sorties sont délicates à imposer

  • valeurs de H-tortuosité, nommées H-scalaires, estimant les variations moyennes de la tortuosité morphologique périphérique
Calcul :
  1. Etape optionnel : squelettisation.
  2. Echantillonnage : définition de l'ensemble des N points aléatoires; méthode 1D-sampling (a), méthode stratified-sampling (b) (Fig.(a-b)). Une sous-étape additionnelle est imposée dans le cas des images biphasiques, évitant les problèmes de bord; une zone d'échantillonnage est définie pour supprimer les points  potentiellement problématiques (disque turquoise Fig.(c)).
  3. Transformées en distance : A cette étape, la carte des tortuosités relatives moyennes et les cartes associées à chaque points, si 'Save Data' coché, sont calculées.
  4. H-coefficients : ensemble de des tortuosités morphologiques moyennes, chacune liée à une position spécifique, i.e. un point aléatoire, et une échelle, i.e. une distance euclidienne (teintes de violet Fig.(d)).
    Un H-coefficient peut être perçu comme, soit un point de vue depuis cette position à une distance spécifique, soit l'accessibilité moyenne de ce point pour n'importe quel autre point situé à cette distance.
  5. H-scalaires: ensemble de points de vue selon la distance d (de 1 à Dmax). Contrairement à la M-tortuosité, la H-tortuosité se focalise sur des caractéristiques locales en les quantifiant grâce aux variations locales de la tortuosité morphologique
    Un H-scalaire, lié à une distance spécifique, est une tortuosité moyenne d'un couple de points aléatoires avec cette distance comme seule contrainte.

Entrée :

  • image binaire

Sorties :

  • valeurs de H-tortuosité (fichier *.txt)
  • carte des tortuosités relatives moyennes (fichier *.fda)
  • optionnel : cartes associées à chaque point source (fichier *.fda)

Paramètres :

  • choix de l'échantillonnage (1D-sampling ou stratified-sampling)
  • distance maximale Dmax (Fig.(d))
  • nombre de points aléatoires N
  • booléen 'Save Data', pour sauvegarder les cartes de tortuosités associées à chaque point source (fichier *.fda). Paramètre additionnel (si coché) :
  1. "...": sélection du répertoire de sauvegarde


M-tortuosité déterministe (2D/3D)

Article associé : Batista A.T.F., Baaziz W., Taleb A.-L., Chaniot J., Ersen O., Moreaud M., Legens C., Aguilar-Tapia A., Proux O., Hazemann J.-L., Diehl F., Chizallet C., Gay A.-S. and Raybaud P. (2020)."Atomic scale insight into the formation, size and location of platinum nanoparticles supported on γ-alumina", ACS Catalysis 10(7):4193–4204

Caractéristiques :

  • M-tortuosité avec un ensemble de points sources imposé
  • image d'objets avec un volume supérieur à 1 voxel peut être utilisé pour définir l' ensemble de points sources imposé

Calcul :
Les étapes sont identiques à la M-tortuosité, sauf pour certains pré-traitements liés à la définition de l' ensemble de points sources imposé.
Comme des objets peuvent être utilisés, des particules réelles peuvent être considérées pour définir les positions de départ. Néanmoins, elles doivent être réduites à un unique voxel, leur centre de masse. A cause de certaines approximations, des points sources pourraient ne pas appartenir à la microstructure. La projection orthogonale peut résoudre ce problème, en calculant le point caractéristique le plus proche de chaque point source à l'extérieur de la microstructure.

'Center of Mass' et 'Orth. Projection' peuvent être utilisés combinés; d'abord calcul du centre de masse puis projection orthogonale, ou séparemment; centre de masse ou projection orthogonal.

'Maps' et 'Paths' peuvent être utilisés combinés; les chemins géodésiques sont alors affichés sur les cartes de tortuosités morphologiques, ou séparemment; les cartes de tortuosités morphologiques ou les chemins géodésiques.

Entrées :

    • image binaire
    • ensemble de points sources imposés

    Sorties :

    • valeur de M-tortuosité déterministe (fichier *.txt)
    • ensemble de M-coefficients (fichier *.txt)
    • carte des tortuosités relatives moyennes (fichier *.fda)
    • optionnel: "distance euclidienne/distance géodésique/ tortuosité morphologique" pour chaque couple de points (fichier *.txt)
    • optionnel: cartes associées à chaque point source (fichier *.fda)

    Paramètres :

    • '...': sélection de l'ensemble de points sources imposé (*.txt OU une image *.tif ou *.fda)
    • booléen 'Image', si une image est utilisée pour les points sources. Paramètres additionnels (si coché) :
    1. booléen 'Center of Mass' : calcul du centre de masse de chaque objet
    2. booléen 'Orth. Projection' : projection orthogonale de chaque point sur la microstructure
    • booléen 'Save Dist/Tor' (sortie optionnelle) : sauvegarde des informations pour chaque couple de points; distances et tortuosité (fichier *.txt)
    • booléen 'Save Data' (sortie optionnelle) : cartes associées à chaque point  source (fichier *.fda). Paramètres additionnels (si coché) :
    1. 'Maps' : carte de tortuosités morphologiques de chaque point
    2. 'Paths' : chemins géodésiques associés à chaque point
    3. '...' : sélection du répertoire de sauvegarde

    M-tortuosité-par-érosions-itératives (2D/3D)

    Article associé : Chaniot J., Moreaud M., Sorbier L., Fournel T. and Becker J.-M. (2019). "Tortuosimetric operator for complex porous media characterization", Image Analysis & Stereology 38(1) :25-41

    Caractéristiques :

    • M-tortuosité vue par une particule sphérique de rayon donné qui croit graduellement
    • liée à la constrictivité, caractérisant l'effet goulot d'étranglement et/ou l'encombrement
    Calcul :

    Les étapes définissant la M-tortuosité sont appliquées à la microstructure, qui est érodée graduellement. Les érosions itératives utilisant une sphère unitaire en tant qu'élément structurant, permettent de considérer un large intervalle de rayons, représentant la taille de la particule percolante hypothétique.

    Entrées :

    • image binaire
    • optionnel : squelette de la microstructure

    Sorties :

    • valeurs de M-tortuosité en fonction du rayon (fichier *.txt)
    • ensembles de M-coefficients en fonction du rayon (fichier *.txt)
    • carte des tortuosités relatives moyennes (fichier *.fda)

    Paramètres :

    • choix d'échantillonnage (1D-sampling ou stratified-sampling)
    • nombre de points aléatoires N
    • booléen 'Use skeleton', quand le squelette de la microstructure est considéré en tant qu'image binaire. Paramètre additionnel (si coché) :
    1. "...": sélection de la microstructure

    M-tortuosité (2D/3D)

    Article associé : Chaniot J., Moreaud M., Sorbier L., Fournel T. and Becker J.-M. (2019). "Tortuosimetric operator for complex porous media characterization", Image Analysis & Stereology 38(1) :25-41

    Caractéristiques :
    • descripteur topologique évolutif; informations de différentes dimensions
    • échantillonnage de points aléatoires, gérant les déconnexions et applicable aux microstructures multi-échelles complexes, en particulier quand les entrées et sorties sont délicates à imposer

    • la M-tortuosité est invariante par translation, rotation et homothétie. De plus, elle est stable pour des microstructures périodiques.
    Calcul :
    1. Etape optionelle : squelettisation
    2. Echantillonnage : définition de l'ensemble des N points aléatoires; méthode 1D-sampling (a), méthode stratified-sampling (b).  Fig.(a-b) affiche la différence entre les deux méthodes d'échantillonnage.
    3. Transformées en distance : A cette étape, la carte des tortuosités relatives moyennes et les cartes associées à chaque points, si 'Save Data' coché, sont calculées.
    4. M-coefficients : ensemble des tortuosités morphologiques moyennes, chacun lié à une position spécifique, i.e. un point aléatoire.
      Un M-coefficient peut être perçu comme, soit un point de vue de la microstructure depuis cette position, soit l'accessibilité moyenne de ce point pour n'importe quel autre point aléatoire.
    5. M-scalaire : La valeur de M-tortuosité, nommée M-scalaire, est une estimation de la tortuosité morphologique. Il aggrège les informations des M-coefficient dans un scalaire.
      Le M-scalaire est un point de vue global de la microstructure, ou l'accessibilité moyenne de n'importe quel point aléatoire pour n'importe quel autre point.

    Entrée :

    • image binaire

    Sorties :

    • valeur de M-tortuosité  (fichier *.txt)
    • ensemble des M-coefficients (fichier *.txt)
    • carte des tortuosités relatives moyennes (fichier *.fda)
    • optionnel: "distance euclidienne/distance géodésique/ tortuosité morphologique" pour chaque couple de points (fichier *.txt)
    • optionnel: cartes associées à chaque point  source (fichier *.fda)

    Paramètres :

    • choix d'échantillonnage (1D-sampling ou stratified-sampling)
    • nombre de points aléatoires N
    • booléen 'Save Dist/Tor' (sortie optionnelle) : sauvegarde des informations pour chaque couple de points; distances et tortuosité (fichier *.txt)
    • booléen 'Save Data' (sortie optionnelle) : cartes associées à chaque point  source (fichier *.fda). Paramètres additionnels (si coché) :
    1. 'Maps' : carte de tortuosités morphologiques de chaque point
    2. 'Paths' : chemins géodésiques associés à chaque point
    3. '...' : sélection du répertoire de sauvegarde

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