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

par Souhail Outal

Thèse de doctorat en Technique et économie de l'exploitation du sous-sol

Sous la direction de Jacques Schleifer.

Soutenue en 2006

à Paris, ENMP .

mots clés

• Traitement image
• Roches fragmentées
• Technique minière
• Granulométrie
• Anamorphose (perception visuelle)
• Stéréologie

Résumé

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 exactement 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 les contours de 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 à une segmentation de l'image, basée sur une ligne de partage des eaux contrôlées 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). 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'agralimentaire, pharmaceutiques, cimenteries…. .

Titre traduit

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

Résumé

This research deals with a more general context of the quality control for some important operations in minig 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 developement work is mainly related to the improvment 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 therfore considered as the current reference of measurement. Consequently, any measurement established by image processing will then be valited 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 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 sevarl case of images of rocks fragments. The second problem carried out in this rsearch is the rebuilding of 2D size-distribution-curve starting from the surfaces extracted by image processing. In order to avoid the interference of many skews related to this stage, we recommand to separate the problem into two subproblems according to the origin of analysed materials (cut down heap, truck, belt conveyor). Finally, the results obtained in this research for the case of the fragments of rocks as well as for oher type of images of granaular 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.