Aerial and Satellite Sensor Detection and Classification of Western Spruce Budworm Defoliation in a Subalpine Forest

RÉSUMÉ

La détection et la classification des patrons de défoliation par la tordeuse occidentale de l'épinette (Choristoneura occidentalis, Freeman) dans une forêt subalpine de l'ouest de l'Oregon ont été réalisées à l'aide d'images vidéo acquises à deux altitudes à partir d'un aéronef ultra léger et à l'aide d'images numériques multibandes acquises par le capteur thématique de Landsat.

L'analyse de texture des images vidéo a donné lieu à une précision de classification de l'ordre de 78 % en référence avec un relevé de terrain de la défoliation et de l'interception de lumière du couvert forestier effectué sur 21 parcelles en septembre 1994. Les données acquises par le capteur thématique en 1993, à elles seules, ont permis d'obtenir des résultats de classification satisfaisants dans une proportion de 75 % pour quatre classes de dommages (aucun, léger, modéré et sévère) dans ces mêmes parcelles. La précision cartographique était de l'ordre de 67 % d'après les résultats d'une classification (K-moyennes) non dirigée modifiée. À partir d'une série de données diachroniques acquises par le capteur thématique de Landsat, une comparaison a été effectuée entre une structure forestière telle qu'elle apparaissait avant l'épidémie en 1988 et cette structure en état de défiolation à la suite de la chute de la population d'insectes en 1993, ce qui a permis d'atteindre une précision de 86 % dans la discrimination de trois classes de dommages (aucun, léger/modéré, sévère).

L'analyse texturale et spectrale combinée des données vidéo peut constituer une méthode complémentaire aux photographies aériennes et aux relevés de terrain classiques pour évaluer le niveau de défoliation ainsi qu'une solution de rechange à la tâche complexe que constitue la sélection des sites d'entraînement pour les classifications effectuées à l'aide d'images satellites.

SUMMARY

The detection and classification of western spruce budworm (Choristoneura occidentalis Freeman) defoliation patterns in a subalpine forest in western Oregon was accomplished with videographic imagery acquired at two altitudes from an ultralight aircraft and with multitemporal digital Landsat TM satellite imagery.

Image texture analysis of the aerial videographic data provided 78% classification accuracy with reference to a ground survey of defoliation and canopy light interception made on 21 plots in September 1994. The 1993 TM data alone provided 75% correct discrimination in four damage classes (none, light, moderate, severe) in these same plots. Mapping accuracy was 67% correct based on a modified, unsupervised K-means classification. A multitemporal TM image data set enabled the comparison of a pre-outbreak forest structure in 1 988 and defoliation conditions following a collapse of the insect population in 1993, which improved the discrimination of defoliation to 86% in three damage classes (none, light/moderate, severe).

A combination of spectral and textural analysis of aerial videographic data may provide a complementary technique to conventional photography and ground surveys in assessing defoliation, and may offer an alternative in the complex task of training site selection for satellite-derived image classification.

Additional information

Notes on contributors

S.E. Franklin

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S.E. Franklin is with the Department of Geography, The University of Calgary, Calgary, Alberta T2N 1N4.

R.H. Waring

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R.H. Waring is with Department of Forest Science, Oregon State University, Corvallis, Oregon 97331.

R.W. McCreight

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R.W. McCreight is with the Department of Bioresource Engineering, Oregon State University, Corvallis, Oregon 97331.

W.B. Cohen

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W.B. Cohen and M. Fiorella are with the USDA Forest Service, Pacific Northwest Forest and Range Experiment Station, Corvallis, Oregon 97331.

M. Fiorella

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W.B. Cohen and M. Fiorella are with the USDA Forest Service, Pacific Northwest Forest and Range Experiment Station, Corvallis, Oregon 97331.