7.8 Travaux de B.Roux sur les clinckers
Thèse de l'Université de Saint Etienne, soutenue le 8 Janvier 1993.
Mise au point d'une méthode d'analyse d'images qui reconnaît et quantifie les phases de clincker, par Bernard Roux.
7.8.1 Ce qu'est le clincker
Le clincker sort liquide du four de la cimenterie (1700°), se cristallise, se refroidit et est broyé très fin : c'est le ciment.
Le clincker est composé de cristaux d'alite, bélite et célite et d'autres composants mineurs.
Les proportions de ces composants déterminent la qualité du ciment et peuvent être modifiées par la conduite du four.
Il est donc intéressant de connaître le plus tôt possible ces proportions pour réagir en conséquence, un four produisant 1500 tonnes de ciment par jour.
La préparation d'un échantillon consiste en :
  •     refroidissement du clincker
  •     le noyer dans de la résine sous pression pour remplir toutes les porosités
  •     le couper et le polir
  •     faire une attaque chimique pour réhausser les couleurs
  •     saisir des images et les traiter, soit visuellement derrière l'oculaire d'un microscope, soit automatiquement.



  • C'est ce procédé automatique que nous présentons ci-après.
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Exemple d'image de clincker
Le traitement des images de clincker a été défini par Bernard Roux (Thèse en 1993) et comporte l'enchaînement de traitements qui est représenté sur le diagramme suivant. Les traitements élémentaires sont rappelés et définis au paragraphe traitements.
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7.8.2 Traitements
Les différents traitements élémentaires utilisés par Bernard Roux sont:
L'addition logarithmique (Jourlin Pinoli)
La croissance de région
Filtre morphologique - Erosion
Utilisez ce filtre pour réduire la taille des objets clairs.
ce qui se passe Le filtre Erosion retire des pixels constituant les objets. La façon de
retirer les pixels est déterminée par la forme du filtre morphologique
qui peut être modifiée dans la fenêtre de dialogue Définir filtre morphologique.
Le filtre définit la valeur minimale du niveau de gris du
voisinage d´un pixel et remplace la valeur du pixel par cette valeur.
Filtre morphologique - Dilatation
Utilisez ce filtre pour augmenter la taille des objets clairs.
Ce qui se passe Le filtre Dilatations ajoute des pixels aux objets. Le filtre définit la valeur
maximale du niveau de gris du voisinage d´un pixel et remplace
la valeur du pixel par cette valeur. La forme et la taille du voisinage
sont à définir dans la fenêtre de dialogue Définir filtre morphologique.
Ouverture morphologique
Utilisez ce filtre pour séparer des objets et égaliser le contour des objets.
Ce qui se passe Ce filtre exécute une Erosion puis une Dilatation. Tout d´abord, le
cadre extérieur des objets est enlevé tandis que les bruits de signaux
et les lignes fines disparaissent. La taille des objets est ensuite élargie.
Fermeture morphologique
Utilisez ce filtre pour combler les trous des particules et réduire les irrégularités constatées
sur la périphérie.
Ce qui se passe Ce filtre exécute une Dilatation puis une Erosion. Tout d´abord, la
taille des objets est élargie pendant que les vides constatés à l´intérieur
des objets sont comblés et que les petites rayures sont supprimées.
Puis, le cadre extérieur est enlevé. Les trous qui ont été
comblés et les irrégularités demeurent invisibles.
Gradient morphologique
Utilisez ce filtre pour détecter les contours dans l´image.
Ce qui se passe Ce filtre est une combinaison entre les filtres Erosion, Dilatation et
une soustraction : L´image originale fait tout d´abord l´objet d´une érosion
où les irrégularités sont filtrés puis le cadre est enlevé. Puis le résultat
est soustrait de l´image originale. Grâce à la dilatation, les petits
trous et les imperfections du cadre sont supprimés.
Filtre morphologique - Haut-de-forme (clair)
Utilisez ce filtre pour afficher les différences constatées entre l´image originale et l´image
résultat issue d´une opération d´ouverture morphologique.
Ce qui se passe Ce filtre est une combinaison entre le filtre Ouverture morphologique
et une soustraction: Tout d´abord, le filtre Ouverture morphologique
est appliqué sur l´image originale. Puis le résultat est soustrait
de l´image originale. L´image résultante est sombre, tandis que les
pixels modifiés par l´opération Ouverture morphologique demeurent
clairs.
Filtre morphologique - Haut-de forme (sombre)
Utilisez ce filtre pour afficher les différences constatées entre l´image originale et l´image
résultat issue d´une opération de fermeture morphologique.
Ce qui se passe Ce filtre est une combinaison entre le filtre Fermeture morphologique
et une soustraction: Tout d´abord, le filtre Fermeture morphologique
est appliqué sur l´image originale. Puis le résultat est soustrait
de l´image originale. L´image résultante est sombre, tandis que les
pixels modifiés par l´opération Fermeture morphologique demeurent
clairs.
Filtre morphologique - Distance (clair)
Utilisez ce filtre pour mesurer la distance pour chaque point de l´objet qui la sépare du cadre
de l´objet. Ces distances sont codées avec des valeurs de niveaux de gris. Pour une
image binaire, l´objet apparaît en blanc sur un fond noir.
Ce qui se passe Le filtre Distance (clair) ne peut s´appliquer qu´à des images binaires.
analySIS® transforme en interne une image de niveaux de gris 8
bits en image binaire avant d´utiliser le filtre. Pour binariser, les seuils
actuels sont utilisés.
Le filtre détermine la distance entre un pixel clair et un pixel sombre
le plus proche. Le pixel prend une valeur de niveaux de gris qui est
proportionnelle à la distance calculée. Si la distance est importante,
elle sera codée avec une valeur de niveaux de gris élevée et vice versa.
Après l´exécution de ce filtre, le milieu de l´objet est caractérisé
par des valeurs claires. Les valeurs s´assombrissent progressivement
plus on se rapproche du cadre. Le fond de l´image reste noir.
L´image résultat est toujours une image de niveaux de gris même si
l´image originale est une image binaire.
Filtre morphologique - Distance (sombre)
Utilisez ce filtre pour mesurer la distance pour chaque point de l´objet qui la sépare du cadre
de l´objet. Ces distances sont codées avec des valeurs de niveaux de gris. Pour une
image binaire, l´objet apparaît en noir sur un fond blanc.
Ce qui se passe Le procédé de l´exécution du filtre Distance (sombre) est le même
que celui du filtre Distance (clair). Les images résultats des deux filtres
sont identiques si vous avez utilisé les filtres en inversant les contrastes.
Filtre morphologique - Erosion ultime (clair)
Utilisez ce filtre pour permettre l´érosion des objets clairs jusqu´à ce qu´ils soient réduits
à la dimension d´un seul pixel ou d´une ligne fine.
Ce qui se passe Le filtre Erosion ultime (clair) transforme, en premier lieu, les images
de niveaux de gris en images binaires. Puis, l´érosion est menée
aussi longtemps qu´une autre érosion d´une image noire ne prenne
le relais. Les domaines clairs sont réduits à un seul pixel clair ou à une
seule ligne claire.
Le résultat d´une érosion ultime n´est rien d´autre qu´une image binaire.
Filtre morphologique - Erosion ultime (sombre)
Utilisez ce filtre pour permettre l´érosion des objets sombres jusqu´à ce qu´ils soient réduits
à la dimension d´un seul pixel ou d´une ligne fine.
Ce qui se passe Le filtre Erosion ultime (sombre) transforme, en premier lieu, les
images de niveaux de gris en images binaires. Puis, l´érosion pour les
objets sombre est menée jusqu´à atteindre la plus petite surface sombre
possible. Une autre érosion fait disparaître les domaines sombres.
Pour finir, l´image est inversée.
Le résultat d´une érosion ultime n´est rien d´autre qu´une image binaire.
Attention Le contraste de l´image est inversé après une érosion ultime
(sombre). Autrement dit, le fond de l´image originale est clair et celui
de l´image résultat est noir. Les objets de l´image originale étant
sombres seront montrés en blanc dans l´image résultat.
Définir squelettisation...
Utilisez cette commande pour définir les paramètres d´une squelettisation.
Ce qui se passe Le squelette d´un objet est obtenu par érosions répétées. L´érosion
enlèvent des pixels aussi longtemps qu´une érosion suivante détruise
le lien de l´objet.
La squelettisation travaille toujours à l´aide d´une grille hexagonale
avec un voisinage de cinq pixels.
Itérations Dans le champ Itérations, fixez le nombre maximum de passages du
filtre (compris entre 1 et 254). La valeur par défaut est 254.
Choisissez un nombre d´itérations suffisamment élevé afin d´avoir
une squelettisation complète de l´objet. Si vous autorisez un seul passage
du filtre (Itérations = 1), le résultat de la squelettisation correspond
à une érosion avec un voisinage de 5 pixels selon une grille
hexagonale.
Bord extérieur Dans le groupe Bord extérieur, vous déterminez comment se comportent
les pixels situés en bordure de l´image. Tous les points placés
en dehors de l´image ou du cadre prendront une valeur claire ou sombre
afin de faire apparaître les valeurs de niveaux de gris qui sont
comprises dans le cadre. Clair correspond à la valeur du niveau de
gris 255 et Sombre à une valeur du niveau de gris égale à 0.
Squelettisation (clair)
Utilisez ce filtre pour calculer le squelette des objets clairs de l´image.
Squelettisation (sombre)
Utilisez ce filtre pour calculer le squelette des objets sombres de l´image.
Séparation d’objets
Utilisez cette commande pour séparer les particules en contact.
Ce qui se passe Le filtre Séparation d’objets est la combinaison de plusieurs filtres
morphologiques.
1) La première étape est d´inverser l´image d´origine.
2) L´image des distances est ensuite calculée.
3) Le cours de la ligne de séparation des eaux de l´image est calculé
grâce à l´algorithme du même nom. Ces lignes représentent les
lignes de séparation entre chaque particule. Chacune de ses lignes
ont une largeur d´au moins 2 pixels.
4) Ces lignes de séparation seront tracées sur l´image d´origine grâce
à une fonction logique arithmétique. L´image résultat sera inscrite
dans le registre Destination.
Arithmétique
Utilisez cette commande pour effectuer des calculs entre les images.
Addition
ce qui se passe Les valeurs des pixels sont additionnées. Pour éviter les effets de dépassement,
le résultat est divisé par 2.
Addition absolue
Ce qui se passe Les valeurs des pixels sont additionnées. Le dépassement est limité
à 255.
Soustraction
Ce qui se passe Les valeurs des pixels contenues dans le registre d´image Source 2
seront soustraites aux valeurs contenues dans le registre d´image
Source. Pour éviter les effets de dépassement, le résultat est divisé
par 2, auquel on ajoute la valeur 127.
Soustraction absolue
Ce qui se passe Les valeurs des pixels contenues dans le registre d´image Source 2
seront soustraites aux valeurs contenues dans le registre d´image
Source. Les dépassements négatifs sont ramenés à 0.
Multiplication
Ce qui se passe Les valeurs des pixels sont multipliées. Les valeurs minimales et
maximales du résultat seront définies et les nombres entre ces valeurs
seront projetés dans l´intervalle constitué des valeurs comprises
entre 0 et 255.
Division
Ce qui se passe Les valeurs des pixels contenues dans le registre d´image Source seront
multipliées par 256 et ensuite divisées par les valeurs correspondantes
des pixels du registre d´image Source 2. Dans le cas où la
valeur des pixels est 0 dans le registre d´image Source 2, on divisera
par 1. Pour éviter les effets de dépassement, on applique les mêmes
principes que pour une multiplication.
Maximum
Ce qui se passe Les valeurs des pixels comprises dans l´image résultat sont issues
des plus grandes valeurs se trouvant dans les deux registre d´images
Source.
Minimum
Ce qui se passe Les valeurs des pixels comprises dans l´image résultat sont issues
des plus petites valeurs se trouvant dans les deux registres d´images
Source.
ET logique
ce qui se passe Les valeurs des pixels contenues dans le registre d´image Source
sont combinées bit par bit de la façon suivante :.
OU logique
Ce qui se passe Les valeurs des pixels contenues dans le registre d´image Source
sont combinées bit par bit de la façon suivante :.
Tables Source Source 2 Destination
de vérité pour
les bits
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Tables Source Source 2 Destination
de vérité pour
les bits
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
OU logique exclusif
Ce qui se passe Les valeurs des pixels contenues dans le registre d´image Source
sont combinées bit par bit de la façon suivante :.
Tables Source Source 2 Destination
de vérité pour
les bits
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
7.8.3 Images traitées
Les images suivantes illustrent la segmentation des images de clincker. L'outil développé (Anick : Analyse Numérique d'Image de ClincKer) est un système ouvert, écrit en C++ sur station Apollo.
Les phases à extraire et à quantifier sont :
     La résine qui sert à maintenir les cristaux. (en noir)
     Les reflets dus à des porosités non remplies de résine et qui diffracte la lumière. (en noir)
     L'alite (en vert)
     La bélite (en jaune)
     La phase interstitielle. (en rouge) Cette phase est composée de deux types de cristaux que l'on n'a pas cherché à différencier.
La validation du processus est faite par comparaison avec les résultats obtenus par comptage visuel par des experts et les résultats fournis par traitement d'image. Quelques centaines d'images ont permis de valider la méthode.
NB: la qualité des images présentées est médiocre car ce sont des images digitalisées à partir de photographies diapositives de l'écran 'bombé' de l'Apollo 520.
graphic
Reflet dans un pore non bouché bien identifié, une inclusion bélitique non détectée.
Les autres composants sont correctement segméntés.
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Alite bien détectée à l'execption de certains cristaux clairs.
La phase interstitielle est légèrement surestimée par la prise en compte de reflets.
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Bonne segmentation des phases,
même si dans l'amas de bélite quelques cristaux ne sont pas identifiés.
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Résine en grande quantité, alite et bélite, y compris inclusions bélitiques,
et phase interstitielle correctement détectées.
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Bonne segmentation. Alite bien détectée malgré un large spectre granulaire.
Un reflet est devenu phase interstitielle.
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Malgré des phases très imbriquées, segmentation satisfaisante.
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Bonne segmentation des reflets.
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Amas bellitique pas très bien différencié.
7.8.4 Résultats globaux
Pour une bonne estimation des proportions, sur chaque échantillon de clincker, une centaine de photos sont automatiquement saisies grâce à une platine motorisée. Deux traitements supplémentaires sont nécessaires, celui permettant la focalisation automatique et celui détectant les images non représentatives ou inexploitables.
Sommation et moyenne des résultats sont fournis à l'utilisateur.
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Ecran présentant les résultats d'une série d'images.
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Ecran pour le choix d'une série d'image.