International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 32, Part 3W14, La Jolla, CA, 9-11 Nov. 1999 
ESTIMATING INDIVIDUAL TREE HEIGHTS OF THE BOREAL FOREST 
USING AIRBORNE LASER ALTIMETRY AND DIGITAL VIDEOGRAPHY 
B.A. St-Onge 
Department of Geography 
Université du Québec à Montréal (UQAM) 
Canada 
st-onge.benoit@ugam.ca 
KEY WORDS: Laser altimetry, Tree, Height, Boreal, Forest, Videography 
ABSTRACT 
Estimation of tree heights for large territories is either expensive if done in the field or imprecise when accomplished through 
automated stereophotogrammetry. While scanning laser altimetry provides a solution, estimating the height on an individual tree 
using such an approach requires that a laser spot fall near the point of maximum height, an event that cannot normally be verified 
unless ancillary data is available. Two distinct aerial surveys of an 8 km” area of the boreal forest in Québec, Canada, yielded 
respectively 50 cm resolution multispectral imagery and a laser altimetry coverage (the average distance between to hits being 
approximately 1.5 m). Subtracting the interpolated terrain altitudes from the interpolated canopy altitudes yielded a 50 cm resolution 
canopy height model (CHM). The multispectral imagery was overlaid onto the CHM after rectification to help locate trees and 
provide information on species. The height of individual trees read from the CHM at the center of the tree crowns visible on the 
overlaid multispectral imagery were compared with field observations consisting of the mean of two height measurements for each 
GPS-positioned tree. A linear regression model between actual and laser-predicted heights yielded a R? of 0.90 for 36 trees 
(hardwood and softwood). The mean difference between actual tree height and laser-predicted tree height is 1.4 m, while the mean 
difference between the two ground measurements for the same trees is 1.5 m, suggesting that the accuracy of height prediction based 
on laser altimetry is comparable to that of ground measures. The correlation between crown radius and laser-predicted height error is 
-0.76, confirming that smaller trees have a lower chance of being properly hit by the laser beam. Current research is directed toward 
the bettering of the predictions and the automation of the process. 
RÉSUMÉ 
L'estimation de la hauteur des arbres pour de vastes régions est coüteuse si elle se réalise par des mesures de terrain, ou imprécise 
dans le cas oü une approche de stéréophotogrammétrie est utilisée. Si l'altimétrie laser constitue une solution, encore faut-il vérifier 
qu'un faisceau laser ait été réfléchi par un point situé prés du centre du houppier, une vérification qui est irréalisable sans données 
additionnelles. Deux survols au-dessus d'un secteur de 8 km? la forét boréale du Québec (Canada) ont produit des images 
multispectrales de 50 cm de résolution et une couverture laser d'une densité d'approximativement 1 point à tous les 1.5 m. En 
soustrayant en forme interpolée matricielle les altitudes du terrain de celles du couvert forestier on obtient un modèle de hauteur du 
couvert (MHC) de 50 cm de résolution. La superposition des images multispectrales au MHC permet de faciliter la localisation des 
arbres et l'identification des espèces. La hauteur des arbres lue dans le MHC au centre des houppiers visibles sur les images 
multispectrales superposées ont été comparées aux observations de terrain formées de deux mesures de hauteur pour chacun des 
arbres positionnés par GPS. Un modèle de régression linéaire reliant les hauteurs-terrain aux hauteurs-laser a produit un R? de 0.90 
pour 36 arbres (feuillus et conifères). La différence moyenne entre les hauteurs-laser et les hauteurs-terrain est de 1.4 m cependant 
qu'elle s'éléve à 1.5 m en moyenne entre les deux mesures de terrain, suggérant ainsi que les prédictions-laser sont d'une exactitude 
comparable à celles du terrain. La corrélation entre le rayon du houppier et l'erreur de prédiction basée sur le laser est de -0.76, ce qui 
confirme que les petits arbres se voient en général moins bien décrits par les faisceaux laser. Des recherche en cours portent sur 
l'amélioration et l'automatisation des prédictions.