Effects of imaging conditions on crown diameter measurements from high-resolution aerial images

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Abstract

Imaging geometry, the structure of the forest, and certain tree properties can cause inaccuracy in image measurements of the crown dimensions of individual trees. Measurement error of the crown diameter was studied in relation to various factors to explain this error. A secondary aim was to generate calibration models for improving the accuracy of crown diameter image measurements. The crown diameters of a total of 715 sample trees in southern Finland were measured in the field and from aerial photographs at scales 1:6000, 1: 12 000, and 1: 16 000. The photo grammetric image measurement seemed to systematically underestimate the true crown diameter, and the major factor affecting the bias was tree species. The mean underestimation varied from 0.30 to 0.80 m, with root mean square errors of 0.95–1.10 m depending on the tree species. Linear regression analysis was employed to define the factors that had an effect on the image measurements, and calibration models in the form of linear regression models were generated. The calibration models worked reasonably well, and the root mean square error for the calibrated observations decreased by 22% for Scots pine (Pinus sylvestris L.), 53% for Norway spruce (Picea abies (L.) Karst), and 47% for silver birch (Betula pendula Roth).

La géométrie de visée, la structure de la forêt et certaines propriétés de l'arbre peuvent causer des erreurs dans la mesure des dimensions de la cime des arbres individuels au moyen d'une image. L'erreur de mesure du diamètre de la cime a été analysée en relation avec divers facteurs afin d'expliquer cette erreur. Le deuxième objectif consistait à développer des modèles d'étalonnage pour améliorer la précision des mesures du diamètre de la cime sur l'image. Les diamètres de la cime de 715 arbres échantillons situés au sud de la Finlande ont été mesurés sur terrain et à partir de photos aériennes aux échelles de 1: 6000, 1: 12 000 et 1: 16 000. La mesure photogrammétrique de l'image semblait sous-estimer systématiquement le vrai diamètre de la cime. L'essence est le principal facteur qui affecte ce biais. La sous-estimation variait en moyenne de 0,30 à 0,80 m avec des erreurs quadratiques moyennes de 0,95 à 1,10 m dépendamment de l'essence. La régression linéaire a été utilisée pour identifier les facteurs qui avaient un effet sur les mesures de l'image et des modèles d'étalonnage ayant la forme de régressions linéaires ont été générés. Les modèles d'étalonnage sont raisonnablement performants car les erreurs quadratiques moyennes des observations corrigées ont diminué de 22% pour le pin sylvestre (Pinus sylvestris L.), de 53% pour l'épicéa commun et de 47% pour le bouleau verruqueux (Betula pendula Roth).

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