تعيين و تشخيص خودكار تاج تك درختان بلوط ايراني به كمك الگوريتم تطبيق الگو

Automated Delineation and Detection of the Single Tree Crowns of Persian Oak using Template Matching Algorithm

روش آماربرداري زميني اطلاعات مورد نياز از وضعيت تاج پوشش درختان جنگل را فراهم مي­ كند، اما اين روش زمان­ بر و هزينه­ بر است. امروزه تصاوير سنجش از دوري فرصت بالقوه ­اي را جهت تجزيه و تحليل خودكار مشخصه ­هاي جنگل با دقت بالا و هزينه­ هاي كم فراهم مي­ كنند. اين پژوهش با هدف ارزيابي نتايج اعمال الگوريتم تطبيق الگو بر روي تصوير هوايي UltraCam-D براي تعيين و تشخيص خودكار تاج درختان بلوط ايراني (Quercus brantii Lind) در مقايسه با نتايج حاصل از روش­ هاي تفسير چشمي و آماربرداري زميني تاج درختان انجام شد. پس از پردازش اوليه تصوير، در عرصه­ اي با مساحت حدود 10 هكتار در بخشي از پارك جنگلي ياسوج، تعداد 100 اصله درخت بلوط ايراني به روش تصادفي جهت انجام اين مطالعه انتخاب گرديد. مساحت تاج درختان انتخاب شده با روش تفسير چشمي در محيط نرم افزار Arcview مشخص و پس از محاسبه به عنوان مساحت واقعي در نظر گرفته شد. در روش آماربرداري زميني مساحت تاج و تعداد پايه هر درخت اندازه ­گيري و ثبت شد. همچنين، جهت تعيين و تشخيص خودكار تاج درختان، الگوريتم تطبيق الگو با برنامه نويسي در محيط نرم افزار Matlab R2014b بر روي تصوير مذكور اعمال شد. نتاج نشان داد كه دقت (RMSE) الگوريتم تطبيق الگو براي تعيين مساحت تاج در مقايسه با روش آماربرداري زميني بهتر و معادل 4/91 درصد مي­باشد. همچنين صحت كلي و ضريب كاپا بين تشخيص خودكار تعداد قله تاج در استفاده از الگوريتم مذكور با تعداد جست شمارش شده در هر درخت در واقعيت زميني به ترتيب 77 و 74 درصد بدست­ آمد.

The field inventory method provides the required data from crown cover status of forest trees, but this method is costly and time consumer. Nowadays, remote sensing imageries provides an opportunity to automatically analysis forest characteristics with a high accuracy and low costs. This study aimed to evaluate the results of applying template matching algorithm on aerial image of UltraCam-D to delineate and detect automatically the single tree crowns of Persian oak(Quercus brantii Lind) in comparison with the results of visual interpretation techniques and the filed measurement method of crown covers. After preprocessing of images, in a terrain with an area of 10 ha inside Yasuj forest park, 100 trees of Persian oak were selected randomly. The crown area of the selected trees was determined and calculated using visual interpretation in Arcview software and was accepted as the control data. Using the field inventory, the areas of the tree crowns were measured and the numbers of sprouts in each coppice form were counted. Using the field inventory, the areas of crowns of trees were measured and the numbers of sprouts in each coppice form were counted and recorded. Moreover, to delineate and recognize the crown of trees automatically, using programming in Matlab R2014b environment, the template matching algorithm was applied on the mentioned images. The results showed that the accuracy of template matching algorithm is better than the method of field measurement and it was 4.91 percent of the control method. The overall accuracy and kappa coefficient between the automatic detection of crown peaks and the number of counted sprouts in each coppice form were 77 and 74 percent, respectively.