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UTILISATION DE L'ANALYSE TEMPORELLE DU SIGNAL LASER
RÉTRODIFFUSÉ PAR UN COUVERT VÉGÉTAL POUR
CARACTÉRISER SA STRUCTURE
L. Camenen 1 , Y. Goulas 2 , G. Guyot 1 ,G. Schmuck 3 and I. Moya 2
1 INRA - Bioclimatologie, 84143 Montfavet, France
2 CNRS - LURE, 91405 Orsay, France
3 JRC - IRSA/AT, Ispra, Italy
ABSTRACT
Time resolved laser backscattering measurements to characterize plant canopy structure
The reflectance signal, measured over a plant canopy after a picosecond laser shot (nadir viewing), is composed
of elementary contributions coming from the leaves and the soil background illuminated by the laser spot, and
affected by a time delay depending on their distance to the sensor. This signal is rather complex and depends on
canopy geometry.
We propose two different methods to characterize canopy structure using time resolved backscattering
measurements. In the first one, a single shot time resolved response is deconvolued into a sum of shifted and
weighted elementary reflectance signals (time resolved reflectance of an horizontal leaf). Then, we determine
the positions and weights (proportional to the considered surfaces) of the different leaf levels, intercepting the
laser spot. A three-dimensional canopy model was used for the validation of the deconvolution method. By
repeating a large number of shots over the canopy, vertical profiles of gap frequency and leaf cross-sections are
inferred from the levels intercepting the laser shot.
The second method consists in simulating the canopy response to a laser shot sampling the whole
canopy. In this case, the reflectance signal is the sum of the contributions of all the visible leaf levels of the
canopy. We compute this total canopy reflectance signal by performing a large number of laser shots with a
finite cross section, and by adding all the corresponding responses. The total canopy reflectance depends on the
leaf area distribution. Our approach consists in extracting some information about the canopy structure by fitting
this signal to a radiative transfer model.
Results show that the response of a complex plant canopy can be deconvolued offering a new approach
for the characterization of plant canopy structure.
MOTS CLES : Signal rétrodiffusé. Réponse élastique, Laser, Couvert végétal, Architecture du couvert.
1-INTRODUCTION
De nombreuses méthodes destinées à la caractérisation de l'architecture des couverts végétaux ont été proposées.
Elles peuvent être classées dans deux catégories : les méthodes directes (Sinoquet et Andrieu, 1993) et les
méthodes indirectes (Andrieu & Baret, 1993). Dans le premier cas, les informations sur la structure sont
obtenues directement par des mesures géométriques simples effectuées sur les plantes (surface, inclinaison,
niveau... des feuilles), alors que les méthodes indirectes décrivent l'architecture du couvert à partir de l'inversion
de mesures de rayonnement réfléchi ou intercepté. Une sélection naturelle s'est opérée et seulement quelques
unes sont aujourd'hui utilisées communément.
Parmi les méthodes non destructives les plus pratiquées, citons celle des points quadrats introduite par
Warren-Wilson (1960) et perfectionnée par la suite par Dauzat et al. (1981), ou encore la méthode des photos
hémisphériques proposée par Bonhomme (1974). Plus récemment, d'autres méthodes basées sur des systèmes de
digitalisation tridimensionnelle des couverts ont été développées (Moulia & Sinoquet, 1993). Ce sont, entre
autres, l'utilisation des techniques de photogrammétrie (Boissard, 1985; Chapron et al., 1992) et des techniques
de contact s'appuyant sur l'utilisation de signaux électriques (Lang, 1990), magnétiques (Polhemus 3SPACE
digitiser) ou soniques (Sinoquet et al., 1991) pour la détermination de la position du pointeur.
La télémétrie laser est une technique récente qui a été employée dans certaines applications relatives à
1 agriculture et l'environnement. En particulier, des méthodes de mesure de la rugosité des sols ont été
développées (Huang et al., 1988; Rômkens et al., 1988; Bertuzzi et al., 1990; Courault et al., 1993). Les
