Imagerie hyperspectrale et inférence de la teneur en azote foliaire: approche par modelisation pour documenter les effets liés à l'architecture de la plante
Résumé
Imaging coupled with visible and infrared spectroscopy provide us some data to represent the canopy under field
conditions. This signal can be processed to infer some leaf biochemical content such as nitrogen [1]. Here our aim
was firstly, to precise how this calibration could be extended to numerous architectural contexts according in
particular to leaf angle and secondly, to clarify why the accuracy of this calibration is lower compared to another
one's performed on isolated leaves.
Using ADEL-wheat a 3d architectural model of wheat development [2], different scenes corresponding to wheat
canopies along plant cycle or related to leaf geometry shape have been modelled. These 3D scenes have been
coupled with Caribu which model lighting for virtual scenes [3] allowing to estimate in each point of the scene direct
and multiple reflectances.
Multiple reflexions were reduced for upper leaves which received larger amount of light whereas they were
important for lower leaves decoupling the relationship between spectral data and leaf nitrogen content (LNC).
Therefore the LNC of these leaves are slightly under-estimated (-0.4 points). The consequence of these results will
be discussed in the frame of the use of hyperspectral imaging development for field phenotyping.
La spectroscopie visible et proche Infrarouge couplée à de l’imagerie (hyperspectrale) permet le traitement
du signal de réflectance à l’échelle d’un couvert végétal en plein champ. A partir de ce signal, un étalonnage
permettant d'inférer la teneur en azote folaire d'un couvert de blé a été développé [1]. Notre objectif était de i)
préciser le domaine de validité de cet étalonnage notamment en prenant en compte l'impact de variations
architecturales (insertion des feuilles notamment) et ii) comprendre pourquoi les performances de l'étalonnage
obtenu -au demeurant très correctes- restaient inférieures à celles obtenues sur feuilles ou plantes isolées. Nous
avons modélisé différentes maquettes de couvert de blé (modèle architecturé ADEL [2]) correspondant à différents
stades phénologiques et architectures folaires. Ces maquettes ont été couplées avec un modèle de radiosité,
CARIBU, estimant la quantité d’énergie d’une feuille reçue soit directement soit par ses voisines (reflectances
directe et multiples) [3]. Nous avons observé que les organes soumis à des expositions fortes (généralement situés
dans la partie haute du couvert) présentaient peu de réflexions multiples et avaient une teneur en azote foliaire
conforme à un attendu défini sur la base d'une feuille isolée. A l'inverse, les réflexions multiples étaient importantes
pour les pixels situés dans la partie basse du couvert générant un découplage entre signal spectral et contenu
bichimique et une sous estimation de la teneur en azote (-0.4 points). Ces résultats sont présentés dans différents
contextes architecturaux et leurs implications sont discutées dans le cadre du développement de la technologie
hyperspectrale pour l’inférence de la teneur azote foliaire de couvert de blé.
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