Capteurs infrarouge « low cost » pour l’analyse spectrale des plantes Philippe BORIANNE 1,2 – [email protected]Gérard SUBSOL 2 – [email protected](1) Groupe I2P, AMAP, Université de Montpellier / CIRAD, France (2) Equipe-projet ICAR, LIRMM, Université de Montpellier / CNRS, France (3) Equipe NANOMIR, IES, Université de Montpellier, France Philippe CHRISTOL 3 – [email protected]avec le soutien du labex Numev
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bioinformAtique et Modélisation de l’Architecture des Plantes et des végétations
→ les tutelles
→ les labex
→ les axes de recherche Biodiversité végétale, actuelle et passée
Biomasse et développement des plantes et végétations
Modélisation du monde végétal
Electronique et Environnement – 26 & 27 octobre 2015 : Capteurs infrarouge « low cost »
La plante et la lumière
3 Electronique et Environnement – 26 & 27 octobre 2015 : Capteurs infrarouge « low cost »
Comportement spectral des plantes Le parenchyme lacuneux (couche de cellules assurant l’échange gazeux) de la plante réfléchit le rayonnement proche infra rouge (Pir), alors que le pigment des feuilles absorbe la lumière rouge (R), verte (V) et bleue(B) pour le convertir en nourriture.
Courbe de réflectance
La plante et la lumière proche infrarouge
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État sanitaire
Essence végétale
→ l’infrarouge et activité chlorophylienne
Electronique et Environnement – 26 & 27 octobre 2015 : Capteurs infrarouge « low cost »
Diagnostic, Identification, Production
Proche Infrarouge en Télédétection
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La surveillance des parcelles, étude de la biodiversité
• des capteurs différents = recalage spatio-temporel, coût
← forte activité chlorophylienne
• des vecteurs plus gros
Indice de végétation par différence normalisée
Electronique et Environnement – 26 & 27 octobre 2015 : Capteurs infrarouge « low cost »
→ capteurs hybrides (Hunt & Hively 2010)
Indice de végétation (NDVI)
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Réponse et Interprétation : les questions clé
résolution des capteurs, atténuation atmosphérique,… !!!
Electronique et Environnement – 26 & 27 octobre 2015 : Capteurs infrarouge « low cost »
→ capteurs hybrides : comment représenter le Visible ?
-1 0 +1
Eau, neige, nuage Sol nu
0,1 0,2 0,3 0,5 0,6 0,8
Prairie arborée Forêt
tropicale
Forêt tempérée
Forêt éparse Télédétection RVBPir, Lillesand 2004
→ diminution de l’altitude : de 50 à 100 m, au sol ?
→ augmentation de la résolution : 5 cm au sol ?
Capteur photosensible – principes de base
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Du rayonnement aux couleurs RVB
Source – Vincent Bockaert
→ Différents capteurs mais un même principe CCD (Charge-Coupled Device), CMOS (Complementarity metal-oxide-semiconductor), Fovéon
Bayer RVBV vs Sony RVBE
Electronique et Environnement – 26 & 27 octobre 2015 : Capteurs infrarouge « low cost »
Capteur photosensible – principes de base
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Longueurs d’onde et filtres
Source – Luxorion
→ Contribution complexe des longeurs d’onde → Filtrage des longueurs d’onde
Electronique et Environnement – 26 & 27 octobre 2015 : Capteurs infrarouge « low cost »
APN hybride – matériels
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Nativement défiltrés / défiltrables
Source – Sigma
→ très peu de constructeurs : Sigma,Fujifilm
→ entre 2 et 4 000 €
Filtre bloquant IR amovible placé devant le miroir reflex
→ très peu de modèles : Sigma SD14, Fujifilm IS-1,…
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APN hybride – matériels modifiables
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• défiltrage / refiltrage du capteur • nettoyage du capteur • reprogrammation de la mise au point
Electronique et Environnement – 26 & 27 octobre 2015 : Capteurs infrarouge « low cost »
PirVB
Impact du Filtre (et de l’APN) sur la réponse NDVI ?!
A495 –PirVB
APN hybride – résultats expérimentaux
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→ séparation fond / végétation facilitée
APN Canon Powershot SX280HS modifié – filtre X?!
-1 0 +1 chlorophylle
→ identification des essences réellement possible ? → échelle NDVI linéaire ou sigmoïdale ?
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PirVB
NDVI
Impact du rayonnement indirect sur la réponse NDVI ?!
APN hybride – résultats expérimentaux
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-1 0 +1 chlorophylle
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Perspectives & Conclusion
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→ calibration de la réponse NDVI • Effets de bord quand intensités trop faibles • Nature de l’échelle : linéaire, sigmoïdale • Corrélation avec activité chlorophylienne
→ un capteur quadri-bandes ?
Capteur photosensible et grille de Bayer comprenant 4 bandes (R,V,B,Pir)
dans l’esprit du Sony DSC-F828 (R,V,B,E)
Electronique et Environnement – 26 & 27 octobre 2015 : Capteurs infrarouge « low cost »
→ des images en 4 x 8 bits
Bayer RVBV vs Sony RVBE
Atelier scientifique
Capteurs infrarouge « low cost » pour
l’analyse spectrale des plantes avec le soutien du labex Numev
Merci de votre attention
juin 2014 – juin 2015
http://amap-collaboratif.cirad.fr/ecipp/
https://www.lirmm.fr/icar/
http://www.ies.univ-montp2.fr/edr/nanomir/
Electronique et Environnement – 26 & 27 octobre 2015 : Capteurs infrarouge « low cost » fin