Prediction of forests structure from PolInSAR images by machine learning using LIDAR derived features

The objective of this thesis is to predict the structural parameters of forests on a large scale using remote sensing images. The approach is to extend the accuracy of LIDAR full waveforms, on a larger area covered by polarimetric and interferometric (PolInSAR) synthetic aperture radar images using machine learning methods. From the analysis of the geometric properties of the PolInSAR coherence shape, we proposed a set of parameters that are likely to have a strong correlation with the LIDAR density profiles on forest lands. These features were used as input data for SVM techniques, neural networks, and random forests, in order to learn a set of forest descriptors deduced from LIDAR: the canopy height, the vertical profile type, and the canopy cover. The application of these techniques to airborne data over boreal forests in Sweden and Canada, and the evaluation of their accuracy, demonstrate the relevance of the method. This approach can be soon be adapted for future satellite missions dedicated to the forest: Biomass, Tandem-L and NiSAR.
Ce travail de thèse a pour objectif la prédiction des paramètres structurels des forêts à grande échelle, grâce aux images de télédétection. La démarche consiste à étendre la précision des données LIDAR spatiales, en les utilisant là où elles sont disponibles, en tant que donnée d'apprentissage pour les images radar à synthèse d'ouverture polarimétriques et interférométrique (PolInSAR). A partir de l'analyse des propriétés géométriques de la forme de cohérence PolInSAR, nous avons proposé un ensemble de paramètres susceptibles d'avoir une corrélation forte avec les profils de densité LIDAR en milieu forestier. Cette description a été utilisée comme données d'entrée de techniques SVM, de réseaux de neurones, et de forêts aléatoires, afin d'apprendre un ensemble de descripteurs de forêts issus du LIDAR : la hauteur totale, le type de profil vertical, et la couverture horizontale. L'application de ces techniques à des données réelles aéroportées de forêts boréales en Suède et au Canada, et l'évaluation de leur précision, démontrent la pertinence de la méthode. Celle-ci préfigure les traitements qui pourront être appliqués à l'échelle planétaires aux futures missions satellites dédiées à la forêt : Biomass, Tandem-L et NiSAR.