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Identification des espèces végétales basée sur l'indice d'anthocyanes à bande étroite
Introduction générale
L'utilisation de l'indice de pigments photosynthétiques dans une bande spectrale étroite de l'imagerie hyperspectrale permet de distinguer précisément les espèces végétales. Cette étude de cas exploite les données hyperspectrales des satellites Xiguang-105 (également connu sous le nom de Tianxianpei) et Sentinel-2 pour calculer l'indice d'anthocyanes ARI1 et identifier les zones forestières au sein des terres agricoles. Grâce à la résolution spectrale de 9 nm et à la bande spectrale étroite du satellite Xiguang-105 (Tianxianpei), la différence de réflectance à 550 nm et 700 nm est fortement amplifiée, rendant les caractéristiques des zones forestières facilement identifiables. Comparé aux résultats de Sentinel-2, le nombre de faux positifs est réduit et les résultats obtenus sont moins bruités. De plus, une seule image suffit, éliminant ainsi le besoin de séries temporelles et fournissant des données spectrales rapides et fiables pour le suivi de la non-conversion des terres agricoles.
Méthodes et principes
Tableau 1. Comparaison des paramètres de bande
L'indice de pigmentation foliaire (ARI1) sert à mesurer les pigments liés au stress chez la végétation. L'ARI1 est très sensible aux anthocyanes présentes dans les feuilles ; une valeur d'ARI1 élevée indique une croissance ou un dépérissement du couvert végétal. La formule de calcul est la suivante :
La valeur varie de 0 à 0,2+, tandis que la plage pour les zones de végétation verte en général est de 0,001 à 0,1.
En tant qu'indice de végétation à bande étroite, plus la longueur d'onde centrale est proche de la longueur d'onde requise par la formule et plus la largeur à mi-hauteur (FWHM) est petite, mieux les résultats du calcul de l'indice refléteront la concentration réelle d'anthocyanes.
Nous avons comparé les données des satellites Sentinel-2 et Xiguang-1 05 (également appelé « Tianxianpei »). Les données Sentinel-2 ont été collectées du 1er au 10 avril 2025 et correspondent à une moyenne composite. Les données du satellite Xiguang-1 05 (également appelé « Tianxianpei ») ont été collectées le 6 avril 2025.
À partir des données des satellites Xiguang-1 05 (Tianxianpei) et Sentinel-2, les deux bandes spectrales les plus proches de 550 nm et 700 nm ont été sélectionnées, et l'indice ARI1 a été calculé. Pour les résultats de cet indice, une segmentation par seuillage simple a permis d'exclure les zones boisées des terres agricoles. Les résultats obtenus avec les satellites Xiguang-1 05 (Tianxianpei) et Sentinel-2 ont ensuite été comparés et évalués.
Tableau 2. Comparaison des bandes de fréquences utilisées dans le calcul de l'indice
Affichage des résultats
Zone 1
Figure 1. Indice ARI1 de Sentinel-2, Région 1
Figure 2. Résultats de l'extraction des terres agricoles et des zones boisées à partir de Sentinel-2, région 1
Figure 3. Indice ARI1 du satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpei), région 1
Figure 4. Résultats de l'extraction des terres agricoles et forestières à partir du satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpei), Région 1
Zone 2
Figure 5. Résultats de l'extraction des terres agricoles et des zones boisées à partir de Sentinel-2, région 2
Figure 6. Résultats de l'extraction des terres agricoles et des forêts à partir du satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpei), région 2
Zone 3
Figure 7. Résultats de l'extraction des terres agricoles et des zones boisées à partir de Sentinel-2, région 3
Figure 8. Résultats de l'extraction des terres agricoles et des forêts à partir du satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpei), région 3
Les résultats de la comparaison montrent que, par rapport à l'indice NDVI ordinaire, l'indice ARI1 peut refléter les différences entre les cultures et peut soutenir des scénarios d'application tels que l'analyse du stress des cultures et l'extraction des terres forestières illégales dans les terres agricoles.
Le nombre limité de bandes spectrales de Sentinel-2 ne permet pas une correspondance parfaite avec les longueurs d'onde requises par la formule. De plus, sa large bande passante empêche une mesure précise de la réflectance à une longueur d'onde spécifique. Par conséquent, la plage de valeurs pour le calcul de l'indice ARI de Sentinel-2 est plus réduite que celle du satellite Xiguang-105 (également connu sous le nom de satellite Tianxianpei), ce qui indique que la capacité de différenciation des cultures basée sur l'indice ARI est inférieure à celle du satellite Xiguang-105 (également connu sous le nom de satellite Tianxianpei).
D'après les résultats d'extraction des terres agricoles et des zones boisées, obtenus par la même méthode de segmentation par seuillage simple, les données Sentinel-2 présentent un bruit important (effet poivre et sel) et davantage de faux positifs dans la partie ouest de l'image. En revanche, les résultats du satellite Xiguang-1 05 (également connu sous le nom de Tianxianpei) sont meilleurs.
Comparées aux données multispectrales à large bande, les données hyperspectrales présentent un net avantage pour le calcul des indices de végétation à bande étroite.