3-D geomatrical and morphometrical characterization from 2-D images of dynamic distributions of anisotropic convex particles. Application to crystallization processes.
Caractérisation géométrique et morphométrique 3-D par analyse d'image 2-D de distributions dynamiques de particules convexes anisotropes. Application aux processus de cristallisation.
Résumé
Solution crystallization processes are widely used in the process industry as separation and purification operations and are expected to produce solids with desirable properties. The properties concerning the size and the shape are known to have a considerable impact on the final quality of products. Hence, it is of main importance to be able to determine the granulometry of the crystals (CSD) in formation. By using an in situ camera, it is possible to visualize in real time the 2D projections of the 3D particles in the suspension.The projection of a 3D object on a 2D plane necessarily involves a loss of information. Determining the size and the shape of a 3D object from its 2D projections is therefore not easy. This is the main goal of this work: to characterize geometrically and morphometrically 3D objects from their 2D projections. First of all, a method based on the maximum likelihood estimation of the probability density functions of projected geometrical measurements has been developed to estimate the size of 3D convex objects. Then, a stereological shape descriptor based on shape diagrams has been proposed. It enables to characterize the shape of a 3D convex object independently of its size and has notably been used to estimate the value of the anisotropy factors of the 3D convex objects. At last, a combination of the two previous studies has allowed to estimate both the size and the shape of the 3D convex objects. This method has been validated with simulated data, has been compared to a method from the literature and has been used to estimate size distributions of ammonium oxalate particles crystallizing in water that have been compared to other CSD methods.
La cristallisation en solution est un procédé largement utilisé dans l'industrie comme opération de séparation et de purification qui a pour but de produire des solides avec des propriétés spécifiques. Les propriétés concernant la taille et la forme ont un impact considérable sur la qualité finale des produits. Il est donc primordial de pouvoir déterminer la distribution granulométrique (DG) des cristaux en formation. En utilisant une caméra in situ, il est possible de visualiser en temps réel les projections 2D des particules 3D présentes dans la suspension. La projection d'un objet 3D sur un plan 2D entraîne nécessairement une perte d'informations : déterminer sa taille et sa forme à partir de ses projections 2D n’est donc pas aisé. C'est tout l'enjeu de ce travail: caractériser géométriquement et morphométriquement des objets 3D à partir de leurs projections 2D. Tout d'abord, une méthode basée sur le maximum de vraisemblance des fonctions de densité de probabilité de mesures géométriques projetées a été développée pour déterminer la taille d'objets 3D convexes. Ensuite, un descripteur de forme stéréologique basé sur les diagrammes de forme a été proposé. Il permet de caractériser la forme d'un objet 3D convexe indépendamment de sa taille et a notamment été utilisé pour déterminer les facteurs d'anisotropie des objets 3D convexes considérés. Enfin, une combinaison des deux études précédentes a permis d'estimer à la fois la taille et la forme des objets 3D convexes. Cette méthode a été validée grâce à des simulations, comparée à une méthode de la littérature et utilisée pour estimer des DGs d'oxalate d'ammonium qui ont été comparées à d’autres méthodes granulométriques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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