Acquisition d images thermiques par drone : corrections radiométriques à partir de données terrain

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1 Acquisition d images thermiques par drone : corrections radiométriques à partir de données terrain Audrey Jolivot 1*, David Gómez-Candón 2*, Sylvain Labbé 3, Nicolas Virlet 2, Jean-Luc Regnard 2 1 CIRAD UMR TETIS, Montpellier 2 Montpellier SupAgro UMR AGAP, Montpellier 3 IRSTEA UMR TETIS, Montpellier Colloque Drone Montpellier 26/06/2014

2 IRSTEA Présentation Des images pour comprendre la plante Mesure de l état hydrique Directe (potentiel hydrique) PB : long et couteux Indirecte (température des feuilles) Manque d eau -> fermeture stomates -> pas de transpiration -> hausse de la T C Télédétection -> Images infrarouge thermique (IRT) -> Calcul d indice de stress hydrique (CWSI, WDI ) Avantage : Gain de temps, exhaustif Drone Avantage : Bonne résolution spatiale et temporelle Flexibilité d utilisation, faible coût 2

3 La caméra thermique Miniaturisation caméra thermique Avantage : Possibilité de l embarquer sur un drone Inconvénient : caméra non refroidie -> Dérive de la T C Correction radiométrique 3

4 Les objectifs de l étude Présenter une de correction radiométrique des images thermiques acquises par drone Tester la sur une parcelle expérimentale de pommiers soumis au stress hydrique 4

5 Site d étude Parcelle expérimentale INRA, Mauguio (prés de Montpellier) Montpellier. 520 pommiers 122 génotypes 4 répétitions : - 2 en condition normale d irrigation - 2 avec contrainte hydrique contrôlée Objectif : tester l effet de la contrainte hydrique 5

6 Matériel (1) Connaissance de températures précises d objets identifiables sur l IRT 4 cibles thermiques : - Chaude (bois peint en noir) - Froide (polystyrène) - 2 intermédiaires : sol nu végétation humide Visées par des radiothermomètres Ir120 (Campbell ) Mesure : 1/sec. Enregistrement Moyenne + Ecart type : toutes les 10 sec. 6

7 Matériel (2) Station météo : - Température / humidité de l air - Anémomètre (force / direction du vent) - Pyranomètre Mesure T C pommiers : - IR120 positionnés à 1.5m au dessus des pommiers - Mesures toutes les 10min Mesures de positionnement : - Mires en alu (repérables dans le visible et l IRT) 7

8 Matériel (3) Drone Oktokopter (8 rotors Mikrokopter) Charge utile : 3kg max APN visible APN Proche Infrarouge (PIR) (DP1x Sigma) Micro caméra Infrarouge Thermique (Thermoteknix Miricle 307k) connectée à micro PC 8

9 Méthode Acquisition des images Extraction des images Corrections radiométriques Corrections géométriques et mosaïquage Validation 9

10 Méthode Acquisition des images - Conditions météo : vent faible (rafale < 20km/h) / pas de nuage - Mise en route de la caméra 20min avant décollage - Synchronisation heure des capteurs data logger / APN / caméra (GPS Clock) - Passage au dessus des cibles au décollage et à l atterrissage H Zone de décollage Cibles thermiques Trajection drone Waypoint 10

11 Méthode Acquisition des images Extraction des images Extraites du fichier vidéo (Avconv) Corrections radiométriques Corrections géométriques et mosaïquage Validation 11

12 Méthode Acquisition des images Extraction des images Corrections radiométriques Corrections géométriques et mosaïquage Validation 12

13 T C cibles IR120 Présentation Méthode Corrections radiométriques - Comparaison valeurs moyennes des cibles // IR120 à la même heure - Régression linéaire - Application de l équation y=ax+b aux images y=ax+b T C cibles IRT 13

14 Méthode Corrections radiométriques 14

15 Méthode Acquisition des images Extraction des images Corrections radiométriques Corrections géométriques et mosaïquage LPS + RMSE Validation 15

16 Méthode Acquisition des images Extraction des images Corrections radiométriques Corrections géométriques et mosaïquage Validation 16

17 T C cibles IR120 T C arbres IR120 Présentation Méthode Validation - Comparaison images corrigée // IR120 pommiers + T C arbres IRT - Comparaison IR120 cibles // nouvelles images corrigées + T C cibles IRT corrigée 17

18 Acquisition des données Exemple du 01/08/ vols dans la journée : 8h, 10h20, 12h20, 14h30 et 16h30 Images acquises par drone IRT Visible Cibles homogènes et facilement identifiables -> calcul des moyennes pour chaque cible Mesures radiothermomètres -> T C des cibles bien différenciées 18

19 Correction radiométrique Comparaison valeur IRT // mesures IR120 -> Régression linéaire -> Application de l équation à l IRT tous les R² >

20 Corrections géométriques + mosaïquage Mires Cibles thermiques Mosaïque Infrarouge thermique 01/08/2013 vol 3 12h20 20

21 Validation Comparaison images corrigée // IR120 pommiers Comparaison IR120 cibles // nouvelles images corrigées Bonne corrélation entre images corrigées et mesures de terrain 21

22 Discussion Corrections radiométriques Choix des cibles : essentiel pour résultats OK - dans notre cas, n=4 mais bien distincts Temps d acquisition de la parcelle entière - env. 13 min avec changement de batterie -> minimiser le temps d acquisition Améliorations futures - Batterie : Meilleure autonomie - Corps noir -> calibration des radiothermomètres Dispositif facilement réalisable Permet une bonne résolution spatiale et temporelle 22

23 Discussion Validation IR120 pommiers // IRT corrigée : - Fréquence d acquisition (IRT : continue / IR120 pommiers : 10min) -> comparaison approximative - Visée de l IR120 sur le pommier : sol / feuilles? (état de la canopée) -> ajustement des buffers en fonction de l état de l arbre Les résultats permettent de valider la 23

24 Conclusion - Facilement mise en œuvre - Calcul de la T C à l échelle de la canopée / de l arbre - Suivi du stress hydrique à l échelle de la journée - Méthode efficace Précision suffisante pour l étude du stress hydrique 24

25 Merci! 25