Focus: Inspection non intrusive

Les défis de l’analyse d’images par rayons X et l’importance de la formation

Par Sara Bracceschi, responsable conseil et services aux douanes du Center for Adaptive Security Research and Applications (CASRA)

Les dispositifs à rayons X à l’appui des contrôles de sécurité ont été introduits il y a 50 ans environ afin d’accélérer le processus de contrôle des bagages. Par la suite, des appareils ont été mis au point pour permettre l’inspection non intrusive des véhicules automobiles, des conteneurs et des trains.

Les systèmes à rayons X d’aujourd’hui produisent un flux de rayonnement électromagnétique qui interagit avec une anode dans un tube à rayons X placé dans l’appareil lui-même. Les rayonnements générés dans le tube sont alors dirigés vers l’objet sélectionné, produisant ainsi une image.

Image 1 – Aperçu général d’un système à rayons X

Il existe aujourd’hui sur le marché différents types de machines à rayons X. Elles sont généralement divisées en appareils conventionnels et en appareils à haute énergie, selon les doses de rayonnement appliquées. Les premières sont plus petites et moins puissantes, et sont avant tout utilisées pour les contrôles aux aéroports et pour le fret. L’inspection de véhicules exige le recours à des appareils à haute énergie, plus grands et plus puissants, dont les doses de rayonnement sont en moyenne supérieures d’un ordre de grandeur par rapport aux rayons X conventionnels.

Principes fondamentaux des systèmes à rayons X : couleurs et densité

Les agents chargés de l’analyse et de l’interprétation des images de radiographie ont tout intérêt à posséder une certaine connaissance des principes fondamentaux des systèmes à rayons X, dans la mesure où une compréhension de ces éléments de base facilite la tâche de contrôle par ce type de technologie et améliore au final les résultats en matière de détection.

Tout d’abord, il est important de tenir compte du fait qu’une image radiographique se présente en réalité en noir et blanc. On parle aussi de niveau de gris. Du reste, quiconque pense aux images à rayons X pense généralement aux radiographies en noir et blanc que l’on voit chez le médecin. Les appareils utilisés pour la détection de produits montrent, eux, des objets dans des couleurs différentes afin de permettre à l’utilisateur de reconnaître les articles. Pour obtenir des images de radiographie en couleur, il convient d’utiliser une technologie d’imagerie à double énergie (projetant des faisceaux à haute et à faible énergie). Cette technologie permet à la machine d’analyser la composition atomique des diverses matières présentes. Une couleur spécifique est alors appliquée à chaque composition atomique différente (voir image 2).

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Image 2: Image de radiographie couleur d’une valise

Les matières organiques s’affichent en différentes nuances d’orange, tandis que les métaux apparaissent en bleu, et les matières inorganiques ou mélangées en vert. Il existe toutefois des exceptions à la règle si, par exemple, une composition n’est pas claire à 100%, comme dans le cas d’un mélange.

Les alliages de zinc, par exemple, apparaissent en vert, comme dans l’image 3. De même, différents types de matières qui se superposent peuvent également apparaître en vert.

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Image 3: Colt M-4 fabriqué en alliages divers

 

 

 

 

 

Lorsqu’un objet est passé aux rayons X, certains rayons sont absorbés par l’objet alors que d’autres passent à travers. Les deux facteurs qui détermineront si les rayons X traverseront un objet ou pas sont donc la densité et l’épaisseur des matières. Plus la densité de la matière est faible, plus la matière sera transparente pour les rayons X, plus l’image radiographique de l’objet sera nette et de couleur claire. À l’inverse, plus l’objet est dense et épais, plus son image sera sombre et opaque et il sera plus difficile d’identifier l’objet et de repérer les anomalies éventuelles.

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Image 4: cabine de camion en gris et en pseudo-couleurs

Si les rayons X ne peuvent pénétrer un objet, la couleur s’affichant sera un bleu foncé tirant sur le noir ; cette couleur est qualifiée « d’alerte sombre », ce qui signifie que la matière est si dense que les rayonnements n’arrivent pas à la traverser à un niveau acceptable. Dans de tels cas, il est généralement recommandé de répéter le contrôle par scanographie sous un angle différent, selon les possibilités, ou alors de procéder à une vérification manuelle.

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Image 5: Exemple d’alertes sombres

Il est utile de rappeler que la coloration exacte des matières peut varier légèrement en fonction du fabricant du système mais les principes de base restent les mêmes.

Analyse et interprétation des images de radiographie : éléments de base à prendre en compte

Au-delà des progrès technologiques, l’interprétation d’une image de bagage ou de camion obtenue par radiographie relève encore et toujours d’une personne, à savoir de l’agent chargé du contrôle des clichés radiographiques qui décidera si le cliché montre un objet interdit ou présente une anomalie.[1] Au cours des dernières années, l’accent a été mis sur l’amélioration des compétences de ces agents, car les erreurs découlant des contrôles par imagerie à rayons X peuvent avoir de graves conséquences.

L’inspection des véhicules, en particulier, est extrêmement ardue. Elle exige d’analyser un énorme volume de données contenues dans un seul et même cliché radiographique, et ce en quelques minutes seulement. La détection d’articles prohibés devient de plus en plus compliquée pour des objets petits mais représentant une menace, comme une arme par exemple, surtout si cette arme a été désassemblée en ses composants pour être dissimulée dans différents compartiments du véhicule ou parmi d’autres marchandises. S’agissant des moyens cachés, les changements constants intervenant dans les modes opératoires ajoutent une couche de difficulté supplémentaire à une entreprise pour le moins complexe au départ.

Deux facteurs doivent absolument être pris en compte pour améliorer la performance du système homme-machine : la sélection et la formation des agents chargés des contrôles par radiographie.

Des études sur les contrôles de sécurité des passagers par rayons X aux aéroports ont montré que tout le monde ne possède pas forcément les qualités requises pour faire un bon « examinateur » de clichés radiographiques. Pour être capable d’interpréter correctement les images de radiographie, il est très important d’avoir des capacités spécifiques de traitement des informations visuelles, comme, par exemple, la capacité à imaginer un objet en rotation et, donc, de le visualiser sous d’autres angles, la capacité à isoler les silhouettes du reste de l’image et la capacité à chercher et à repérer visuellement certaines formes spécifiques.

La formation est inévitablement un élément fondamental. Tout d’abord, tous les agents de sûreté chargés de l’examen des images à rayons X doivent connaître la liste des articles ou produits qui sont permis et ceux qui ne le sont pas. Ensuite, ils doivent savoir à quoi ressemblent ces articles ou produits, tant dans la réalité que sur un cliché radiographique. Les recherches sur la reconnaissance d’objets et sur le processus cognitif visuel nous apprennent que les formes autres que celles que nous avons entreposées dans notre mémoire visuelle sont difficiles, voire impossibles, à reconnaître.

De nombreux facteurs influencent notre capacité à analyser et à interpréter les clichés radiographiques, tels que la perspective sous laquelle l’objet est visualisé, la superposition de plusieurs objets et la complexité de l’image elle-même. La détection d’une arme sera difficile si cette arme apparaît à l’image sous un certain angle ou si elle est cachée parmi d’autres objets, surtout s’ils sont superposés. Un conteneur vide ou des marchandises homogènes ne présentent pas le même niveau de difficulté qu’un lot de marchandises hétérogènes.

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Image 6: Exemple de rotation d’un objet

Agrandissement géométrique et distorsion, conséquences naturelles des systèmes à rayons X

Autre défi pour l’interprétation des images de radiographie, l’agrandissement géométrique et la distorsion sont pourtant des « effets secondaires » naturels des systèmes à rayons X.

Les rayons X voyagent en ligne droite. Une source de rayonnements génère un faisceau de rayons X, dont l’un sera le rayon central et les autres les rayons périphériques. Lorsque le faisceau sort du tube à rayons X, il se dévie tandis que le point (ou rayon) central du faisceau ne subit aucune déviation. Il existe deux types de faisceaux de rayons X, l’un en forme d’éventail et l’autre en forme de cône, l’éventail étant le plus courant. Un faisceau traditionnel en forme d’éventail émet un rayonnement en éventail qui est détecté par un ensemble de réseaux de détecteurs linéaires. Compte tenu de la forme du faisceau, ce système permet de scanner l’intégralité d’un véhicule sans laisser d’angle mort. De plus, comme l’intensité du faisceau est plus grande au centre, les objets les plus denses situés au milieu du camion pourront être balayés par les rayons et apparaîtront sur le cliché radiographique ainsi généré.

Image 7: Simplification du processus de scanographie d’un camion

Toutefois, à cause de la forme même du faisceau, les structures que le faisceau touche apparaissent d’abord agrandies par rapport à celles qui sont plus éloignées de la source et plus proches du détecteur. Outre cet effet d’agrandissement, comme conséquence de l’angle auquel le faisceau touche les objets et les structures, ceux qui sont plus près de la source de rayonnement vont se déplacer vers le haut de l’image radiographique, ce qui permet de voir au final les deux côtés de l’objet ou du véhicule scanné.

Il est essentiel pour les agents chargés d’examiner les images à rayons X de comprendre ces deux phénomènes afin d’améliorer leur capacité à détecter les objets mais aussi à déterminer où l’anomalie se situe exactement dans la réalité, ce qui est fondamental durant la dernière étape d’inspection d’un véhicule. Un agent conscient des effets de grossissement géométrique et de distorsion, et formé à cet effet, pourra retrouver l’anomalie et déterminer, par exemple, si des matières organiques se trouvent parmi les marchandises au-dessus du plancher du conteneur, ou plutôt à l’intérieur du plancher dans un compartiment caché, ce qui pèsera inévitablement sur sa décision de dédouaner le véhicule ou de le soumettre à une vérification matérielle.

Optimiser la performance

Les résultats de différentes études ont montré que la performance dans l’analyse d’images peut être améliorée à travers la formation. L’objectif de la formation est d’améliorer la performance de l’agent examinateur en matière de détection mais aussi de réduire le temps de réaction dont il a besoin pour lui permettre de reconnaître les anomalies. La formation adaptative assistée par ordinateur est considérée comme un outil puissant qui permet aux agents d’atteindre et de maintenir un bon niveau d’interprétation des clichés radiographiques. Une méthode est dite adaptative lorsqu’elle s’adapte aux besoins de l’apprenant en fonction de ses performances passées. La notion de formation assistée par ordinateur est utilisée pour des activités où l’ordinateur présente à l’apprenant un problème, enregistre ses réponses et lui fournit une rétroaction.

Le recours à cette méthode de formation permet de soumettre aux agents chargés d’analyser les images à rayons X des clichés d’objets qu’ils ne rencontrent pas très souvent en temps réel sur le terrain, comme des engins explosifs improvisés, mais aussi des images d’objets sous des angles différents, ou encore des images d’objets superposés et d’objets présentant des niveaux différents de complexité.[2]

En 2020, le CASRA a mené une étude sur le fret international qui visait à évaluer, entre autres, l’incidence de la formation adaptative assistée par ordinateur sur la capacité des apprenants à reconnaître les objets avec précision et la pertinence des tests de sélection pour le contrôle par imagerie radiographique, comme le test de reconnaissance d’objets par rayons X (X-Ray ORT, de son acronyme anglais). L’étude sur le fret a clairement montré que la performance des agents peut être améliorée de manière substantielle après 11 heures de formation environ. Le nombre d’identifications formelles par les agents qui ont participé à l’étude avait augmenté de 8 % en moyenne, le nombre de faux positifs diminuant, quant à lui, de 6 %.

S’agissant de l’utilité du test X-Ray ORT, l’étude montre que ce type de tests permet d’évaluer les capacités de traitement des informations visuelles des individus, indépendamment des connaissances visuelles qu’ils ont acquises à travers la formation et l’expérience. Il est toutefois important de s’assurer que les objets à reconnaître au cours du test soient des formes que chacun est censé connaître, soit parce qu’il s’agit d’objets de la vie quotidienne soit parce qu’ils apparaissent souvent à la télévision ou au cinéma, comme des couteaux ou des armes à feu.

Il convient de souligner aussi que les employés présentant des capacités visuelles particulières peuvent apprendre plus rapidement et atteindre un plus haut niveau de performance en matière de détection des menaces à travers la formation. Les administrations douanières devraient tenir compte des avantages offerts par les systèmes de formation assistée par ordinateur, et, en outre, recourir à des tests X-Ray ORT bien conçus dans le cadre de leurs procédures de sélection.

 

En savoir +
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[1] Michel, S. et al. (2014), Increasing X-ray image interpretation competency of cargo security screeners, International Journal of Industrial Ergonomics, Vol. 44(4), pp. 551-560.

[2] Michel, S. et al. (2014), Increasing X-ray image interpretation competency of cargo security screeners, International Journal of Industrial Ergonomics, Volume 44(4), pp. 551-560.