Analyse du bocage par imagerie de télédétection :

Comparaison à l’analyse manuelle

Dr Ludovic Journaux

En collaboration avec David Michelin

Comité de pilotage du Réseau Bocages de Bourgogne du 4/12/2015

Contexte

• L’étude du réseau Bocages de Bourgogne est une étude de grande ampleur

• La description manuelle du bocage et/ou l’extraction d’information sur ce dernier pose de nombreux problèmes: – La subjectivité de l’expert lors de l’analyse

– La mauvaise reproductibilité du protocole d’extraction

– Le coût financier, temporel et humain

Problématique

Est-il possible d’extraire automatiquement de l’information pertinence sur le bocage à partir d’images de télédétection?

Objectifs

• Protocole méthodologique adapté à l’analyse du bocage à travers les outils de traitements d’images de télédétection

– Linéaires bocagers

– Types de connexions des bocages (connexions de type 0 ou L ou T ou X ou plus)

Objectifs

• Comparaison des résultats :

Analyse d’images versus données mesurées manuellement

Sites d’études

47 sites représentatifs du réseau bocager régional

Pour chaque site :

• Linéaires bocagers

• Types de connexions des bocages (connexions de type 0 ou L ou T ou X ou plus)

« A. LECA, Caractérisation des bocages de Bourgogne au regard des enjeux de biomasse et de biodiversité, Agrosup Dijon, 2013. »

Choix des images de télédétection • Une image de télédétection c’est quoi?

Œil humain

Image

Capteur

Réflectance

Chaque pixel possède un spectre associé, utilisable pour étudier les caractéristiques des matériaux de surface

Dimension spectrale

Choix des images de télédétection

• Objectif : détecter et extraire les pixels représentatifs du bocage sur les images

Choix des images de télédétection • Résolution spectrale de l’image

– Prendre compte la présence de nombreuses espèces végétales

Proche infrarouge (750 et 900 nm)

Choix des images de télédétection • Résolution spatiale de l’image

= plus petit détail distinguable

= Résolution spatiale

Valeur numérique en niveau de gris

= Intègre toutes

les entités de la surface au sol couverte par le pixel

Le pixel

Choix des images de télédétection

• à la dimension de l’objet recherché

Echelle d'analyse

Adaptée : • à la dimension du site d’étude

• BD ORTHO IRC de l'IGN

– résolution spatiale de 50 cm

– Bande spectrale dans le proche infrarouge

Choix des images de télédétection

200 images sur les 47 sites

Extraction du bocage • Opération de binarisation

Extraction du bocage

• Elimination des informations arborées

Extraction des paramètres

• Extraction des linéaires par squelettisation

Extraction des paramètres

• Extraction des points d’intérêts par morphologie mathématique

Fins de sections Connexions de type 0

Intersections et changements de direction

Extraction des paramètres • Extraction des connexions

Extraction des paramètres • Extraction des connexions

connexions en L, T, X ou plus

Analyse comparative des résultats

• Linéaires (terrain Vs automatique)

R² = 0,9173

y = 1,0126x - 364,66

0

5000

10000

15000

20000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

vale

urs

de

s lin

éai

res

imag

e (

m)

valeurs des linéaires terrain (m)

test t de Student (p= 0,79)

R² = 0,9173

pas de différence significative

Analyse comparative des résultats • Connexions de type 0

y = 1,1448x + 6,7996 R² = 0,4089

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30 35

no

mb

re d

e c

on

ne

xio

n d

e t

ype

0 (

auto

mat

iqu

e)

nombre connexion de type 0 (manuel)

R² = 0,4089

test t de Student (p= 0,003)

Binarisation: les linéaires sont parfois fortement fragmenté passant d’un linéaire continue à un linéaire fragmenté

différence significative

Analyse comparative des résultats • Connexions de type L

y = 0,7782x + 0,1327 R² = 0,6714

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

con

ne

xio

ns

de

typ

e L

(au

tom

atiq

ue

)

connexions de type L (terrain)

R² = 0,6714

test t de Student (p= 0,43)

Il existe un plus faible écart sur les images avec peu de connexions en L par rapport celles en contenant beaucoup plus

pas de différence significative

Analyse comparative des résultats

• Connexions de type T

y = 0,9195x + 0,2334

R² = 0,8632

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

con

ne

xio

ns

de

typ

e L

(au

tom

atiq

ue

)

connexions de type T (terrain)

R² = 0,8632

test t de Student (p= 0,8)

pas de différence significative

Analyse comparative des résultats

• Connexions de type X

y = 0,5076x + 0,0732

R² = 0,3352

0

1

2

3

4

5

6

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

con

ne

xio

ns

de

typ

e L

(te

rrai

n)

connexions de type X (terrain)

test t de Student (p= 0,3)

R² = 0,3352

pas de différence significative

Conclusion

• Objectif : démontrer la capacité des outils de traitement d’image à extraire «efficacement» un ensemble de paramètres représentatif des réseaux bocager

Conclusion

• Les outils offrent de bon résultats pour la majorité des paramètres

– Linéaires

– Connexions de type 0

– Connexions de type L

– Connexions de type T

– Connexions de type X

Perspectives d’améliorations • Qualité des images

Présence d’ombres portées jouent un rôle perturbateur dans la bande du proche infra rouge

BD ORTHO IRC

Images prises durant des périodes d’activité chlorophyllienne maximum

Perspectives d’améliorations

• Qualité des images

– Approche multi dates

– Approche multi-spectrale (900 à 1000 nm)

Merci de votre attention!