Analyse ITC d’images aériennes
- Introduction
- Technologie propre aux capteurs aériens
- Besoins en images de l'analyse numérique
- Synergie avec le LiDAR
- Corrections de l’illumination et normalisation entre images aériennes
- Tests de courbes de correction BRDF spécifique sur deux lignes de vol
- Conclusion
Tests de courbes de correction BRDF spécifique sur deux lignes de vol
Deux lignes de vol adjacentes provenant d'une mission du capteur Leica ADS40-v2 furent choisies pour tester une variété de correction BRDF (Figure 2). Deux zones échantillons, une de conifères l'autre de feuillues, furent créer dans la zone où les deux lignes de vol se chevauchent (Figure 3). Les différences de radiances des cimes de ces deux zones échantillons sur chacune des deux images seront suivies pour des courbes de correction BRDF provenant d'une variété d'éléments de plus en plus précis.
Figure 2 - Des sections de deux lignes de vol adjacentes (ADS40v2) qui se chevauchent furent choisies pour tester des courbes de correction BRDF spécifiques et leur effets de normalisation Photo : Bowater and R&B Cormier.
Figure 3 - Deux zones échantillons, une de conifères (en blanc), l'autre de feuillues (en vert), furent créer dans la zone de chevauchement de deux lignes de vol provenant d'un capteur Leica ADS-40v2 pour tester les capacités de correction d'une variété de courbes BRDF.
Figure 4 - Deux vues de la zone échantillon des conifères, une provenant de chaque ligne de vol. On peut voir que les arbres penchent vers la droite dans l'image de gauche, et vice-versa dans l'image de droite, due à leur position dans leur image original respective. On voit aussi comment les arbres sont vues plus directement illuminé dans l'image de droite que dans celle de gauche.
Traditionnellement, les courbes de correction BRDF sont générées par l'accumulation des valeurs de radiance dans chaque colonne (c.à-d., à chaque position horizontale) d'une image, et cela, pour chaque bande spectrale. Les effets sont en général plus prononcés dans la bande du proche infrarouge. Pour une bande spectrale donnée, un tel histogramme nous montre les tendances affectant l'illumination au fur et à mesure qu'on s'éloigne du nadir. Une courbe est ajustée à cet histogramme et la radiance au nadir en est soustrait pour la rendre relative à cette valeur nadir. L'inverse de la courbe est appliqué ligne par ligne aux données de l'image pour corriger ses radiances des effets de BRDF.
Malheureusement, cette approche classique est fortement influencée par le contenue de l'image. Par exemple, un nombre supérieur de lacs ou de zones de coupe sur un coté de l'image va influencer (c.à-d., nuire) la courbe de correction. Une amélioration de première instance consiste à créer un masque des zones végétalisées puis, à ne ramasser que les données sous ce masque.
Une autre amélioration possible, une facilement réalisable dans notre contexte, est d'utiliser le masque ITC plutôt qu'un masque de végétation. Ceci permet à la courbe de correction de se concentrer sur les effets BRDF sur les arbres, qui est probablement différent de l'effet BRDF sur une végétation plus au sol. Étant donnée que les arbres réagissent différemment aux angles de visée conjoints à l'illumination solaire à cause de leur différente forme et de la ramification de leurs branches, une amélioration additionnelle pourrait être atteinte en utilisant des masques différents (donc, des courbes de correction différentes) pour les feuillus et les résineux. Additionnellement, étant donné que les cimes individuelles générées par notre processus de délinéation des couronnes contiennent le côté ombragés de chaque arbre, on peut potentiellement obtenir une autre amélioration en ne prenant que le côté illuminé de ces cimes. Après tout, c'est le côté illuminé de chaque cime qui sera généralement utilisé par le processus de classification des cimes. Il vaut donc mieux optimiser les corrections de radiance pour ce contexte. La figure 5 illustre des courbes de correction BRDF provenant d'une variété d'éléments de plus en plus précis.
Figure 5 - Courbes (pour la bande infrarouge) des effets conjoints de l’illumination solaire et de l’angle de visé sous des masques de plus en plus précis (provenant de l'image gauche de la Figure 3).
À partir des courbes à la Figure 5, on peut voir que les arbres (et en général, la végétation) sont plus brillants à gauche de l'image. Les feuillus sont moins affectés par ce phénomène que les conifères, le cas extrême étant le coté illuminé des cimes des feuillus qui est à peine affecté (ligne jaune). Les effets de ces diverses courbes de correction sont quantifiés au Tableau 3.
| Type de couvert | Bande spectrale | Sans BRDF | BRDF Végé. | BRDF ITC | BRDF ITC(lit) | BRDF ITC (R/F) | BRDF ITC(lit) (R/F) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Résineux | pIR | 24 % | 2,1 % | 1,1 % | 0,5 % | 2,6 % | 6,9 % |
| Rouge | 31 % | 9,3 % | 4,6 % | 10,6 % | 5,7 % | 1,3 % | |
| Vert | 29 % | 7,2 % | 1,6 % | 7,5 % | 5,8 % | 1,4 % | |
| Moyenne | 28 % | 6,2 % | 2,4 % | 6,2 % | 4,7 % | 3,2 % | |
| Feuillus | pIR | 14 % | 3,9 % | 4,6 % | 5,7 % | 2,4 % | 5.5 % |
| Rouge | 6 % | 22,7 % | 22,3 % | 16,6 % | 10,8 % | 2 % | |
| Vert | 14 % | 9,2 % | 9,5 % | 6,5 % | 7 % | 3,3 % | |
| Moyenne | 11 % | 11,9 % | 12,1 % | 9,6 % | 6,7 % | 3,6 % | |
| En général | Moyenne | 20 % | 8,7 % | 7,3 % | 7,9 % | 5,7 % | 3,4 % |
Le tableau 3 montre une progression vers des signatures spectrales de plus en plus similaires (pour les résineux, autant que les feuillus) quand les deux images adjacentes sont corrigées et normalisées avec des courbes BRDF basées sur des éléments de plus en plus précis. Il démontre que pour deux zones échantillons (une de résineux, l'autre de feuillus) qui existent sur les deux images adjacentes, les différences d'intensité entre les images peuvent être réduites de 28% et 11%, respectivement, à 3.2% et 3.6%, respectivement. Même si ces résultats illustrent la force d'une approche BRDF, les différences résiduelles pourrait être encore trop grandes pour s'assurer une classification spectrale similaire partout sur une région couverte par plusieurs lignes de vol. Par contre, il faut prendre en considération que ces deux zones échantillons furent prises à 20° et 25° du nadir, respectivement. Si l'on s'en tient à des zones plus prêtes du nadir, ces différences devraient être plus acceptable.
Pour cette raison, et d'autres ayant trait à la qualité de la délinéation des cimes, un recouvrement latéral entre les lignes de vol de 50% est recommandé de manière à ce que les zones analysées dans chaque image correspondent à ±15° du nadir. Ceci va permettre à l'analyse ITC de se concentrer seulement sur les portions centrales de chaque image ou ligne de vol, tout en produisant des résultats acceptables partout dans l'aire d'intérêt. Il faut aussi prendre note qu'une attention additionnelle est nécessaire lors de la rédaction d'un contrat d'acquisition de données numériques, étant donné que les besoins lors de l'acquisition, la manipulation et la stockage des données, ne sont pas tout à fait les mêmes que pour une interprétation des forêts à l'écran (voir Tableau 2).
Statut du projet
- En cours