Quantification by image analysis of the size distribution of fragmented rocks: improvment of the morphological extraction of surfaces, improvment of the stereological rebuilding - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2006

Quantification by image analysis of the size distribution of fragmented rocks: improvment of the morphological extraction of surfaces, improvment of the stereological rebuilding

Quantification par analyse d'images de la granulométrie des roches fragmentées : amélioration de l'extraction morphologique des surfaces, amélioration de la reconstruction stéréologique

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Abstract

This research deals with a more general context of the quality control for some important operations in mining production, predominantly blasting, crushing and grinding. It is interested more in the granulometry quantification of the fragmented rocks by using image processing. In general, the development work is mainly related to the improvement of two most important stages of measurement : the contours extraction of the fragments at the image (2D) and the rebuilding of the 3D size-distribution-curve (stage of stereology, 3D). Nowadays, screening (or more general the sifting) is the most used and important process for measuring the granulometry of the fragmented rocks ; It is therefore considered as the current reference of measurement. Consequently, any measurement established by image processing will then be validated on the basis of screening's result.

With regard to the stage of contours extraction of fragments, the major problem is how to determine the correct filtering of the noise at the image. First of all,new tools for filtering, based on the residual morphological transformations, and rather powerful and adapted to the case of fragment images of rocks, are introduced and evaluated. The study, undertaken on grey level images, approaches the various aspects of the noise problems from a topographic point of view. Surfaces of the fragments are then extracted carefully with the help of a segmentation of the image. The extraction process is principally based on the construction of a watershed controlled by the markers, which are extracted by filtering. The robustness and the automation of the step are afterward validated for several cases of images of rocks fragments.

The second problem carried out in this research is the rebuilding of 3D size-distributioncurve starting from the surfaces extracted by image processing. In order to avoid the interference of many skews related to this stage, we recommend to separate the problem into two subproblems, according to the origin of analysed materials (cut down Heap, truck, belt conveyor) :
- in the case of weak covering and overlapping : an experimental model of volumic rebuilding bringing the data of the refusal materials (surface and volumes), and based on the results of reference (screening), is developed. The two laws of the sizes and the thickness (laws of rebuilding), which make possible to determine precisely the size and volume of surfaces, are then validated in experiments.
- for the complex case of the appearance of masking between fragments : we commence by putting some essential assumptions for the adaptation of the theory of the random structures model into our fragmented rocks case. The analysis of the limitation of a direct application of the random model of dead leaves (assumption of the Booleandiagram) may lead us to develop a new method of acquisition based on an incidence with variable of illumination. This new method inspired from the technique "shape-fromshading", makes us possible to obtain an additional information on covering (solid drop shadow between fragments) for the application of the statistic of the intact grains.

Finally, the results obtained in this research for the case of the fragments of rocks as well as for other type of images of granular elements, enable us presently to consider a valorisation not only for mineral industry but also for other fields such as the agro industry, the pharmaceutical industry and cement factories.
Cette recherche s'inscrit dans le cadre général du contrôle de qualité des processus utilisés en production minière, tels que le tir à l'explosif, le broyage et le concassage. Elle s'intéresse plus particulièrement à la quantification par traitement d'images de la granulométrie des roches fragmentées. Globalement, les développements menés portent sur l'amélioration des deux étapes les plus déterminantes de la mesure : l'extraction des contours des fragments de roches dans l'image (2D) et la reconstruction de la courbe granulométrique en volume (étape de stéréologie, 3D). Actuellement, le tamisage (ou plus généralement le criblage) est le moyen le plus utilisé pour la mesure de la granulométrie des roches fragmentées. Il constitue la référence actuelle de la mesure. En conséquence, toute mesure établie par traitement d'images sera validée sur la base des résultats du tamisage.

En ce qui concerne l'étape d'extraction des contours des fragments, le problème majeur qui se pose est celui du filtrage correct du bruit présent dans l'image. Dans un premier temps, de nouveaux outils de filtrage, basés sur les transformations morphologiques résiduelles, assez puissants et adaptés au cas des images de fragments de roches sont introduits et évalués. Dans un second temps, les surfaces des fragments sont extraites grâce une segmentation de l'image, basée sur une ligne de partage des eaux contrôlée par les marqueurs extraits des filtrages. La robustesse et l'automatisation de la démarche sont validées sur plusieurs cas d'images de fragments de roches.

Le second problème abordé dans cette recherche est celui de la reconstruction de la courbe granulométrique en volume à partir des surfaces extraites par traitement d'images. Afin d'éviter l'occurrence de nombreux biais liés à cette étape, nous proposons un découpage en deux sous-problèmes, et ce, en fonction de la disposition des matériaux analysés (tas abattu, camion, convoyeur à bande) :
- dans le cas de faible recouvrement et chevauchement : un modèle expérimental de reconstruction volumique mettant en jeu les données des refus matériels (surface et volumes), et basé d'emblée sur les résultats de référence est développé. Les deux lois des tailles et des épaisseurs (lois de reconstruction) permettant d'attribuer une taille et un volume aux surfaces sont validées expérimentalement.
- dans le cas complexe de présence de masquage entre fragments : nous commençons par émettre des hypothèses essentielles à l'adaptation de la théorie des modèles de structures aléatoires à notre cas de fragments de roches. L'analyse des limites d'une application directe du modèle aléatoire de feuilles mortes (hypothèse du schéma booléen) nous a amené à élaborer une nouvelle méthode d'acquisition basée sur une incidence à éclairement variable. S'inspirant de la technique du , elle permet d'obtenir une information supplémentaire sur le recouvrement (ombre portée entre fragments) pour l'application de la statistique des grains intacts.

Enfin, les résultats obtenus dans cette recherche pour les fragments en vrac mais aussi pour d'autres types d'images d'éléments granulaires, nous ont permis d'envisager d'ores et déjà une valorisation aussi bien auprès de l'industrie minérale et aussi dans d'autres domaines tels que l'agroalimentaire, pharmaceutique, cimenteries...
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Dates and versions

pastel-00579926 , version 1 (25-03-2011)

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  • HAL Id : pastel-00579926 , version 1

Cite

Souhaïl Outal. Quantification par analyse d'images de la granulométrie des roches fragmentées : amélioration de l'extraction morphologique des surfaces, amélioration de la reconstruction stéréologique. Géologie appliquée. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. Français. ⟨NNT : 2006ENMP1355⟩. ⟨pastel-00579926⟩
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