Improving accuracy of canopy hemispherical photography by a constant threshold value derived from an unobscured overcast sky

: High image discrimination threshold values tend to be given to canopy hemispherical photographs (CHPs) with high exposure (resulting in bright images), but the effects of exposure on image threshold have been overlooked. A model canopy system was developed to precisely manipulate exposure (in relation to reference exposure measured from an unobscured overcast model sky), canopy openness, gap fragmentation and sky illumination of CHPs. We showed that there was a numerical trade-off relationship between exposure and image threshold of CHPs, whereas the last three factors had negligible effects on image threshold. A new thresholding method based on this relationship was shown to be applicable in the field and to allow users of hemispherical photography (HP) to compensate for the effects of higher exposure on CHPs with higher empirical threshold values. The advantages of this method are as follows: (i) it is an objective method; (ii) its overall performance is better than that of automatic thresholding methods throughout a wide range of canopy openness and exposure; and (iii) its efficiency of image analysis is higher than that of conventional manual and automatic thresholding methods, because all CHPs can be analysed with a constant empirical threshold value. Our results highlight the necessity of integrating both exposure and thresholding for optimal CHP results and the contribution that model canopies can make to methodological studies of HP. Resume: Des valeurs elevees de seuil de mobilite de l'image ont tendance a etre attribuees aux photographies hemispheriques du couvert forestier (PHCF) avec un long temps de pose. Cela produit des images lumineuses mais on ne s'est pas preoccupe des effets du temps de pose sur le seuil de l'image. Un systeme de modelisation du couvert forestier a ete developpe pour manipuler avec precision le temps de pose (en relation avec un temps de pose de reference mesure a partir de la modelisation d'un ciel couvert non obstrue), l'ouverture du couvert forestier, la fragmentation due aux trouees et l'eclairage du ciel des PHCF. Nous avons montre qu'il y avait une relation de compensation numerique entre le temps de pose et le seuil de l'image des PHCF tandis que les trois derniers facteurs avaient des effets negligeables sur le seuil de l'image. Nous avons aussi demontre qu'une nouvelle methode de seuillage fondee sur cette relation etait applicable sur le terrain et permettait aux utilisateurs de la photographie hemispherique (PH) de compenser les effets d'un plus long temps de pose sur les PHCF par des valeurs empiriques de seuil plus elevees. Les avantages de cette methode sont: (i) l'objectivite de la methode, (ii) une performance globale meilleure que celle des methodes d'autoseuillage pour une large gamme d'ouvertures du couvert forestier et de temps de pose, et (iii) une analyse de l'image plus efficace que celle des methodes de seuillage manuelles ou automatiques conventionnelles parce que toutes les PHCF peuvent etre analysees avec une valeur de seuil empirique constante. Nos resultats font ressortir la necessite d'integrer le temps de pose et le seuillage pour que les resultats de la PHCF soient optimaux ainsi que la contribution que la modelisation du couvert forestier peut apporter aux etudes methodologiques de la PH. [Traduit par la Redaction]
1. Introduction For most established image-analysis programs of hemispherical photography (HP), every image pixel has to be classified into either sky (completely white) or canopy (completely black) pixels before any [...]