Analyse de la texture du grain de la canopée

La segmentation en imagettes de 200 pixels (avec 1 pixel = 0,5 m de côté et une imagette extraite tous les 50 m) et le calcul subséquent des spectres-r ont été effectués sur 8 images Pléiades nommées : Aoupinié, Arago, Forêt Plate, Tiwaé, Bouirou, La Guen, Jiève et Atéu. Ces images ont ainsi été respectivement segmentées en 74 133, 81 111, 63033, 229 45, 63459, 688 000, 44 733 et 152 742 imagettes.

Une ACP a été ensuite appliquée sur la matrice de spectres concaténés des 8 images, les imagettes étant considérées comme les observations et les fréquences spatiales de Fourier comme les variables explicatives. Les trois premiers axes de l'ACP représentent plus de 63 % de la variabilité totale observée entre les spectres (Figure 4.5-4). Le premier et le deuxième axe expliquent la majeure partie de l'inertie du nuage de point (29,4 % et 26, 9 % respectivement) ; cependant le troisième axe présente également une contribution non négligeable à l'inertie du nuage de point (6,8 %) et donc est retenu. Ainsi les scores des imagettes sur les trois premiers axes de l'ACP sont retenus comme indices de texture. Les cercles de corrélation entre les trois premiers axes de l'ACP et les fréquences de Fourier (Figure 4.5-3 et 4.5-5) montrent que l'axe 1 exprime un gradient des faibles longueurs d'ondes ou des petits motifs (λ = 6 m) sur le côté négatif de l'axe, aux longueurs d'ondes élevées ou larges motifs (λ = 202 m) sur le côté positif de l'axe. L'axe 2 exprime un gradient partant de la coexistence des longueurs d'ondes faibles et élevées pour converger progressivement vers des longueurs d'ondes intermédiaires relativement basses (20 m). Enfin l'axe 3 commence dans le domaine des longueurs d'ondes intermédiaires basses et prend fin dans les longueurs d'ondes intermédiaires hautes (40m), en passant par une contribution mêlant plusieurs gammes de longueurs d'ondes.

Figure 4.5 : Résultats synoptiques de l'ACP sur les spectres-r de Fourier des 259112 imagettes de canopée de forêt et de savane, analysées sur les 8 images Pléiades (1 et 2). Les imagettes sur les deux

six classes) de texture auxquelles elles appartiennent. Les croix noires correspondent aux scores des imagettes de canopée des parcelles de terrain. Les lettres indiquées sur certaines croix font référence aux extraits des parcelles sur l'image Pléiades de Forêt Plate, tandis que celles présentes à côté des carrés noirs renvoient à l'illustration de la texture des classes non représentées par des parcelles de terrain ; ces imagettes ont été prélevées aléatoirement sur les images Pléiades étudiées. L'histogramme des valeurs propres donne le pourcentage de la variance expliquée par chaque axe de l'ACP (4). Les cercles de corrélation montrent les relations entre les fréquences spatiales (longueurs d’onde associées en m ; valeurs aux extrémités des flèches) et les axes de l'ACP (3 et 5).

Les deux premiers axes sont utilisés pour expliquer l'organisation des imagettes en fonction de leurs propriétés texturales, comme l'illustrent les positions des parcelles de forêt denses humides du site de Forêt Plate dans le premier et le deuxième plan de l'ACP (Figure 4.5-1). L'axe 3 n'est pas interprétable en termes de variation de la texture de la canopée sur la base des parcelles. Ces parcelles s'organisent sur une faible gamme de coordonnées des axes 1 et 2 de l'ACP en comparaison à la gamme de valeurs occupée par l'ensemble du nuage de points. Cependant, l'étude détaillée de la répartition des imagettes le long des axes de l'ACP permet d'expliquer les axes. Les parcelles caractérisées visuellement par un grain de canopée fin (Imagettes H et A, Figure 4.5-1) présentent de faibles longueurs d'ondes alors que celles caractérisées par un grain de canopée plus grossier (Imagettes C et D, Figure 4.5-1) présentent des longueurs d'ondes plus élevées. La répartition en diagonale des parcelles du site de Forêt Plate dans le plan s'explique à partir de l'axe 2 qui décrit un gradient de texture des scores positifs (texture fine) aux scores négatifs (texture grossière), et de l'axe 1 qui décrit un gradient d'hétérogénéité, allant des scores négatifs (texture homogène) aux scores positifs (texture hétérogène). Les deux principaux facteurs identifiés pour décrire ce gradient d'hétérogénéité sont d'une part le grain de la canopée : les imagettes caractérisées par des grains grossiers (imagette C, Figure 4.5-1) présentent une hétérogénéité plus élevée que celles présentant des grains fins (imagette A, Figure 4.5-1). D'autre part, les variations topographiques abruptes, dues aux reliefs et aux cours d'eau, induisant des changements à courte distance dans la texture de la canopée au sein d'une imagette (Figure 4.6). De plus une partie des imagettes marquées par une texture fine (score positif sur l'axes 2) et hétérogène (score positif sur l'axes 1) sont regroupées sur le plan factoriel de l'ACP indépendamment de leur grain de canopée (imagette F, Figure 4.5-1). Leur variance est

essentiellement décomposée par des longueurs d'ondes élevées (Figure 4.5-3), conséquence d'imagettes caractérisées par une texture lisse ou par une texture marquée par une macro-hétérogénéité élevée (présence de très larges motifs) (imagette F et G, Figure 4.5-1). Ces textures atypiques sont traduites par la transformée de Fourrier en un unique motif alors que les longueurs d'ondes plus faibles qui pourraient décrire la texture de ces imagettes n'expliquaient que peu la variance de l'imagette (Figure 4.6). Ainsi ces imagettes sont définies par leur macro-hétérogénéité ou leur absence d'hétérogénéité, plutôt que par leur grain de canopée.

Figure 4.6 : Illustration d'imagettes caractérisées par une texture lisse ou marquée par une macro-hétérogénéité.

La représentation des trois premiers axes de l'ACP par une carte composée rouge-vert-bleu (axe 1 en R, axe 2 en V et axe 3 en B) permet de mettre en avant des patrons spatiaux contrastés et cohérents dans l'espace, fournissant des informations visuelles utiles sur les variations de la texture de la canopée et de la structure des paysages (voir figure 4.4 B). Les pixels rose-rouge correspondent à une structure de la canopée fermée et composée de couronnes de taille moyenne à large, les pixels bleu-vert foncé à une structure de la canopée ouverte et composée de petites couronnes, tandis que les pixels jaune-vert clair marquent à la fois l'aspect " lisse " de la texture des zones de non-végétation et des maquis miniers et l'aspect " perforé " de la texture des jeunes savanes. La cartographie de la texture de la végétation selon les trois indices de texture est illustrée pour les huit sites étudiés dans la figure 4.7.

Figure 4.7 : Cartes de la texture de la canopée des huit sites étudiés, obtenues par codage des scores des imagettes sur les trois premiers axes de l'ACP (= Indices de texture) sous la forme d'images trois canaux rouge-vert-bleu. La résolution spatiale est de 50m.