Evaluation of tree crown detection with various spatial resolutions of aerial images

Bc. Vojtěch Miklas

Master's thesis

Vyhodnocení detekce korun stromů z leteckých snímků o různém rozlišení

Abstract:

V této práci byl proveden přehled rozmanitých algoritmů určených k detekci a vymezení korun stromů a na základě literární rešerše byl vytvořen vlastní algoritmus v prostředí ESRI ArcGIS Desktop. Tento algoritmus, využívající principů filtrace lokálních maxim a metody spojování oblastí, byl rozšířen o úspěšnou aplikaci NDVI indexu. Následně byl algoritmus testován na 11 zkusných plochách. Tyto plochy se nacházely v lesním porostu 187 C 10a (podle lesního hospodářského plánu 2013 - 2022), na lesnickém úseku Proklest, který spadá pod Školní lesní podnik Masarykův les Křtiny. Dále bylo provedeno vyhodnocení výsledků pro 6 různých rozlišení: 10 cm, 20 cm, 40 cm, 60 cm, 80 cm a 100 cm. Toto vyhodnocení bylo založeno na porovnání s manuálně vektorizovanými korunami 1560 stromů. V případě jednoduchého sčítání stromů založeného na extrakci lokálního maxima bylo dosaženo nejlepších výsledků u rozlišení 40 cm. Tady přesnost dosáhla 98 % v porovnání s referenční vrstvou při směrodatné odchylce 7,8 %. V případě vymezení koruny stromu bylo dosaženo nejlepších výsledků u rozlišení 80 cm. V tomto případě přesnost dosáhla 103 % v porovnání s referenční vrstvou při směrodatné odchylce 9,6 %.

Abstract:

This work reviewed various tree detection and delineation algorithms and developed another one for ESRI ArcGIS Desktop software. This algorithm which employs the principles of local maxima filtering and region growing technique was enhanced by successfully applying NDVI index. Consequently, this algorithm was tested on 11 sample plots. These plots were located in the forest stand 187 C 10a (according to Forest Management Plan 2013 - 2022) in the forest section Proklest which belongs to the forest district Habrůvka in The Training Forest Enterprise Masaryk Forest Křtiny. The results were consequently, evaluated using these 6 different spatial resolutions: 10 cm, 20 cm, 40 cm, 60 cm, 80 cm and 100 cm. This evaluation was based on the comparison with manually vectorised 1,560 tree crowns. Spatial resolution of 40 cm provided the most accurate results for tree counting. At a standard deviation of 7.8 %, the accuracy reached 98 % of the reference layer. In the case of tree crown delineation, the most accurate results were provided for the spatial resolution of 80 cm. The accuracy reached 103 % with standard deviation of 9.6 %.

Keywords

ArcGis, inventarizace, letecký snímek, převzorkování, dálkový průzkum země, vymezení koruny stromu, prostorové rozlišení

Keywords

inventory, resampling, tree crown delineation, spatial resolution, ArcGIS, aerial image, remote sensing

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Martin Klimánek, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of Forestry and Wood Technology

Master programme / field:
European Forestry / European Forestry