Comment créer des cartes NDVI, NDRE et de végétation dans Agisoft Metashape

La création de cartes NDVI, NDRE et d’autres indices de végétation dans Agisoft Metashape permet aux opérateurs de drones, aux agronomes, aux chercheurs et aux professionnels de l’environnement de transformer des images multispectrales en informations pertinentes sur la variabilité de la végétation.

Lorsque les images sont capturées à l’aide d’un capteur multispectral comprenant les bandes rouge, verte, « Red Edge » et proche infrarouge (NIR), Metashape Professional est capable de traiter l’ensemble des données photogrammétriques, de générer une orthomosaïque multibande calibrée et de calculer des indices de végétation personnalisés directement au sein du logiciel.

Des indices courants tels que le NDVI et le NDRE permettent de visualiser les différences de vigueur des cultures, de densité du couvert végétal et de réponse de la chlorophylle, tandis que d’autres indices peuvent être choisis lorsque l’on souhaite mettre davantage l’accent sur le fond du sol, la densité de la végétation ou des longueurs d’onde spécifiques.

Ce guide explique comment créer des cartes NDVI, NDRE et d’indice de végétation dans Agisoft Metashape Professional, depuis l’étalonnage de la réflectance jusqu’aux formules de transformation raster, en passant par les palettes de couleurs et l’exportation finale au format GeoTIFF.

Qu’est-ce qu’un indice de végétation ?

Un indice de végétation est une combinaison mathématique des valeurs de réflectance mesurées dans deux bandes spectrales ou plus.

Une végétation saine interagit différemment avec la lumière visible et celle du proche infrarouge. La chlorophylle absorbe fortement certaines parties de la lumière visible, en particulier les longueurs d’onde rouges, tandis que la structure interne des feuilles saines réfléchit une quantité importante d’énergie du proche infrarouge.

En comparant ces réponses spectrales, les indices de végétation permettent de mettre en évidence des différences qui peuvent être difficiles à percevoir sur une photographie RVB classique.

Les applications les plus courantes sont les suivantes :

• Agriculture de précision
• Suivi des cultures
• Cartographie du stress de la végétation
• Sylviculture
• Surveillance environnementale
• Recherche sur les plantes
• Gestion des vignobles et des vergers
• Analyse de l’irrigation
• Études sur la variabilité du couvert forestier

Qu’est-ce que le NDVI ?

NDVI signifie « indice de végétation par différence normalisée ».

Il compare la réflectance dans le proche infrarouge et dans le rouge à l’aide de la formule suivante :

NDVI = (NIR – Rouge) / (NIR + Rouge)

Les valeurs de l’indice NDVI varient théoriquement entre -1 et +1.

La végétation produit généralement des valeurs positives, car les feuilles saines réfléchissent davantage le rayonnement NIR que la lumière rouge.

L’indice NDVI est couramment utilisé pour évaluer :

• Présence de végétation
• Vigueur relative des plantes
• Densité du couvert végétal
• Variabilité spatiale des rendements agricoles
• Évolution au fil du temps

Toutefois, l’indice NDVI ne doit pas être interprété comme un diagnostic direct d’une maladie végétale spécifique, d’une carence en nutriments ou d’un problème d’irrigation. Les observations sur le terrain et le contexte agronomique restent essentiels pour l’interprétation des résultats multispectraux.

Qu’est-ce que le NDRE ?

NDRE signifie « indice de différence normalisée du spectre rouge » (Normalized Difference Red Edge Index).

Sa formule est la suivante :

NDRE = (NIR – bord rouge) / (NIR + bord rouge)

Contrairement à l’indice NDVI, l’indice NDRE utilise la bande « Red Edge » à la place de la bande rouge classique.

La longueur d’onde « Red Edge » est particulièrement utile pour évaluer la végétation présentant des teneurs en chlorophylle modérées à élevées.

L’indice NDRE peut donc compléter l’indice NDVI dans les domaines suivants :

• Des canopées végétales denses
• Cultures de mi-saison et de fin de saison
• Analyse de la variabilité de la chlorophylle
• Études sur la gestion de l’azote
• Suivi du stress des cultures

NDVI ou NDRE : lequel choisir ?

Il n’existe pas d’indice de végétation unique qui soit optimal pour tous les projets agricoles ou environnementaux.

Une méthode efficace consiste souvent à calculer plusieurs indices et à les comparer aux observations sur le terrain, plutôt que de se fier exclusivement à une seule carte.

Qu’est-ce que le GNDVI ?

GNDVI signifie « indice de végétation par différence normalisée verte ».

Il remplace la bande rouge de l’indice NDVI par la bande verte :

GNDVI = (NIR – Vert) / (NIR + Vert)

Le GNDVI peut offrir un autre point de vue sur la réaction de la végétation et la variabilité liée à la chlorophylle.

Si votre capteur dispose de canaux vert et NIR, la formule peut être saisie directement dans le « Raster Calculator » de Metashape.

Qu’est-ce que SAVI ?

Le SAVI(Soil Adjusted Vegetation Index, ou indice de végétation ajusté en fonction du sol) a été mis au point afin de réduire l’influence du sol visible lorsque le couvert végétal est relativement clairsemé.

La formule est la suivante :

SAVI = ((NIR – Rouge) / (NIR + Rouge + L)) × (1 + L)

où L est un facteur d’ajustement lié au sol.

Une valeur couramment utilisée est la suivante :

L = 0,5

C’est pourquoi la méthode SAVI peut s’avérer utile lorsque le sol est largement visible entre les plantes et qu’une carte NDVI classique est fortement influencée par le fond du sol.

Qu’est-ce que l’OSAVI ?

OSAVI signifie « indice de végétation optimisé et adapté au sol ».

Cette méthode est apparentée à la méthode SAVI, mais utilise généralement un coefficient d’ajustement au sol de 0,16 :

OSAVI = (NIR – Rouge) / (NIR + Rouge + 0,16)

L’OSAVI peut s’avérer utile lorsque la végétation est relativement clairsemée ou lorsque la luminosité du sol varie considérablement d’un endroit à l’autre du champ.

Étape 1 : Acquisition d’images multispectrales par drone

Les indices de végétation nécessitent des bandes spectrales adaptées.

Une caméra RVB classique ne peut pas générer un véritable indice NDVI, car elle ne capte généralement pas de bande dédiée au proche infrarouge.

Les caméras multispectrales couramment utilisées pour la cartographie de la végétation comprennent des capteurs associant :

• Bleu
• Vert
• Rouge
• Red Edge
• Proche infrarouge
• Panchromatique

Avant de décoller, prévoyez un chevauchement suffisant vers l’avant et sur les côtés, et évitez autant que possible les changements brusques de conditions d’éclairage.

Lorsque des comparaisons quantitatives sont nécessaires, l’étalonnage radiométrique doit également faire partie du processus d’acquisition d’images.

Étape 2 : Saisie des données d’étalonnage de la réflectance

Pour les capteurs multispectraux pris en charge, Metashape Professional peut utiliser des panneaux de réflectance étalonnés ainsi que les données du capteur solaire.

Un panneau de réflectance étalonné offre une surface dont les valeurs de réflectance spectrale sont connues.

Pour les capteurs tels que les systèmes MicaSense RedEdge ou Altum, les photographies des panneaux doivent être prises conformément aux recommandations du fabricant et importées en même temps que les images de vol.

L’étalonnage de la réflectance revêt une importance particulière dans les cas suivants :

• Comparaison de différents domaines
• Comparaison des vols à différentes dates
• Suivi de l’évolution de la végétation au cours d’une saison
• Réalisation d’une analyse spectrale quantitative

Étape 3 : Importer les images multispectrales dans Metashape

Créez un nouveau projet dans Agisoft Metashape Professional.

Sélectionnez :

> du flux de travail Ajouter des photos…

ou, selon le processus de traitement des données du capteur :

> du flux de travail — Ajouter un dossier…

Pour les capteurs multispectraux synchronisés, veuillez choisir :

Système à caméras multiples

Metashape peut utiliser les métadonnées des images pour regrouper les bandes spectrales synchronisées au sein des groupes de caméras correspondants.

Étape 4 : Vérifiez l’ordre des bandes

Il s’agit de l’une des étapes les plus importantes avant de saisir les formules des indices de végétation.

Ne partez jamais du principe que les bandes 1, 2, 3, 4 et 5 correspondent aux mêmes longueurs d’onde pour tous les capteurs multispectraux.

Ouvert :

Outils > Calibrage de l’appareil photo

et de vérifier :

Onglet « Groupes ».

Vérifiez à quelle couche correspond :

• Bleu
• Vert
• Rouge
• Red Edge
• NIR

Vous devez déterminer cet ordre avant de saisir toute formule dans le Calculateur raster.

Exemple : Commande de la bande RedEdge-P de MicaSense

Après un traitement multispectral standard du RedEdge-P, l’ordre habituel des cinq bandes de sortie est le suivant :

1. Bleu
2. Vert
3. Rouge
4. Red Edge
5. NIR

Dans ce cas précis :

NDVI = (B5 – B3) / (B5 + B3)

et :

NDRE = (B5 – B4) / (B5 + B4)

Ne copiez pas ces numéros de bande sur un autre appareil photo, sauf si vous vous êtes assuré que l’ordre des couches est identique.

Étape 5 : Étalonnage de la réflectance

Si votre ensemble de données contient les informations d’étalonnage requises, ouvrez :

Outils > Calibrer la réflectance…

Pour les flux de travail utilisant des panneaux de réflectance, sélectionnez :

Localiser les panneaux

Metashape tente d’identifier automatiquement la cible d’étalonnage.

Saisissez ou importez ensuite les valeurs de réflectance calibrées du panneau là où cela est nécessaire.

En fonction du capteur et des métadonnées disponibles, l’étalonnage peut utiliser :

• Données relatives aux panneaux de réflectance
• Données du capteur solaire
• Ces deux sources

Une fois l’étalonnage terminé, poursuivez le processus habituel de traitement photogrammétrique.

Étape 6 : Aligner les photos

Sélectionnez :

> du flux de travail : Aligner les photos…

Metashape détermine les positions des caméras et crée le réseau initial de points de liaison.

Une fois l’alignement effectué, vérifiez que :

• Les caméras attendues sont alignées.
• La zone d’étude dans son ensemble a été reconstituée.
• Il n’y a pas de groupes de caméras isolés.
• Le système de référence de coordonnées est correct.

Étape 7 : Création du MNT et de l’orthomosaïque

Poursuivez les étapes de traitement photogrammétrique requises.

En fonction de votre processus de travail, cela peut inclure :

> du flux de travail : création d’un nuage de points

suivi de :

> du flux de travail : création d’un modèle numérique de relief (DEM)

et :

> du flux de travail : création d’une orthomosaïque

L’orthomosaïque ainsi obtenue contient les informations spectrales nécessaires au calcul des indices de végétation.

Étape 8 : Ouvrez « Raster Calculator » dans Metashape

Une fois l’orthomosaïque multispectrale créée, sélectionnez :

Outils > Définir la transformation raster…

La boîte de dialogue « Raster Calculator » vous permet de définir des transformations mathématiques à l’aide des bandes spectrales disponibles.

Veuillez ouvrir le :

Onglet « Transformer ».

Saisissez la formule requise.

Comment calculer l’indice NDVI dans Metashape

Commencez par identifier les couches qui contiennent les bandes NIR et rouge.

La formule générique est la suivante :

(NIR – Rouge) / (NIR + Rouge)

Par exemple, si votre commande de bracelets vérifiée est la suivante :

• B3 = Rouge
• B5 = NIR

Entrez :

(B5 – B3) / (B5 + B3)

Activez la transformation raster pour afficher la couche NDVI calculée en mode ortho.

Comment calculer le NDRE dans Metashape

La technologie NDRE nécessite une bande « Red Edge » dédiée.

La formule générique est la suivante :

(NIR – RedEdge) / (NIR + RedEdge)

Si :

• B4 = Red Edge
• B5 = NIR

Entrez :

(B5 – B4) / (B5 + B4)

Comment calculer le GNDVI dans Metashape

La formule générale est la suivante :

(NIR – Vert) / (NIR + Vert)

Pour un ensemble de données dans lequel :

• B2 = Vert
• B5 = NIR

la formule devient alors :

(B5 – B2) / (B5 + B2)

Étape 9 : Appliquer une palette de couleurs

Un indice de végétation est, par définition, une grille numérique.

Pour mieux visualiser les différences spatiales, ouvrez le fichier :

Onglet « Palette »

dans Raster Calculator.

Choisissez une gamme de couleurs adaptée et ajustez les valeurs minimales et maximales en fonction de l’ensemble de données.

Une visualisation courante peut utiliser :

• Rouge ou orange pour les valeurs d’indice relativement faibles
• Jaune pour les valeurs intermédiaires
• Vert pour les valeurs relativement élevées

Cependant, les couleurs en elles-mêmes n’ont aucune signification biologique universelle. Elles représentent les intervalles numériques que vous attribuez à la palette.

N’utilisez pas aveuglément les seuils NDVI universels

Il est tentant d’interpréter chaque carte NDVI selon des règles fixes telles que :

« 0,8 correspond à un état de bonne santé et 0,4 à un état de mauvaise santé. »

Cela peut prêter à confusion.

Les valeurs des indices de végétation sont influencées par divers facteurs, notamment :

• Espèces cultivées
• Phase de croissance
• Densité du couvert végétal
• Exposition au sol
• Caractéristiques du capteur
• Éclairage
• Étalonnage radiométrique
• Conditions météorologiques

Pour de nombreux processus agricoles, les différences spatiales au sein d’un même relevé calibré et les variations dans le temps fournissent davantage d’informations que l’application d’un seuil universel à toutes les cultures et à tous les champs.

Étape 10 : Exporter la carte de l’indice de végétation

Sélectionnez :

Fichier > Exporter > Exporter une orthomosaïque…

Dans la section « Raster Transform », Metashape propose différentes options d’exportation.

Aucun

Exporte les bandes spectrales d’origine et ignore les formules de transformation raster actives.

Valeur de l’indice

Exporte les valeurs numériques générées par votre formule d’indice de végétation.

Il s’agit généralement de l’option privilégiée lorsque la matrice doit être analysée ultérieurement dans un logiciel SIG ou un logiciel scientifique.

Couleurs de l’index

Exporte une visualisation RVB à l’aide de la palette de couleurs configurée dans Raster Calculator.

Cela s’avère utile pour les rapports, les présentations et l’interprétation visuelle rapide.

Le format GeoTIFF est généralement le plus pratique lorsque la carte doit être utilisée dans QGIS, ArcGIS ou tout autre logiciel géospatial.

Exporter séparément les données numériques et les cartes de couleurs

Pour les flux de travail professionnels, pensez à exporter les deux :

• Un fichier GeoTIFF contenant un indice de végétation numérique
• Une visualisation en couleurs

La grille numérique conserve les valeurs effectivement calculées en vue de l’analyse.

L’image en couleur est principalement utile pour la communication visuelle.

Créer plusieurs indices de végétation à partir d’une orthomosaïque

Le « Raster Calculator » de Metashape peut prendre en charge plusieurs formules de transformation.

Cela signifie que la même orthomosaïque multispectrale calibrée peut être utilisée pour générer plusieurs résultats sans avoir à répéter l’intégralité du processus de traitement photogrammétrique.

Par exemple, vous pouvez calculer :

• NDVI
• NDRE
• GNDVI
• SAVI ou OSAVI

et de comparer la manière dont chaque index réagit à ce même champ.

Création de cartes de prescription dans Metashape

Metashape Professional peut également utiliser un indice de végétation calculé comme base pour établir une carte de prescription.

Après avoir créé le NDVI ou une autre transformation matricielle appropriée, sélectionnez :

Outils > Orthomosaïque > Générer une carte de prescriptions…

La image raster transformée peut être divisée en zones de gestion en fonction de son histogramme.

Ce processus permet de convertir une carte d’indice de végétation continue en zones spatiales distinctes pouvant être exportées en vue d’analyses agricoles complémentaires ou de la planification de la gestion.

Toute décision relative à la fertilisation ou aux traitements doit toujours reposer sur une interprétation agronomique appropriée, plutôt que sur les seules valeurs des indices de végétation.

Comparaison entre l’indice NDVI et l’indice NDRE pour les cultures denses

L’indice NDVI peut perdre de sa sensibilité lorsque le couvert végétal devient très dense, car la bande rouge est fortement absorbée par une végétation saine.

NDRE utilise la bande « Red Edge », qui permet de conserver une plus grande sensibilité dans des conditions de couvert végétal plus dense.

C’est pourquoi l’indice NDVI peut s’avérer particulièrement utile pour suivre le développement précoce et intermédiaire de la végétation, tandis que l’indice NDRE peut fournir des informations complémentaires plus tard dans la saison ou dans le cas de cultures denses.

Le fait d’utiliser les deux permet souvent d’obtenir davantage d’informations que de se limiter à un seul indice.

Erreurs courantes dans la cartographie des indices de végétation

Utilisation de numéros de bande erronés

C’est l’un des moyens les plus simples de générer une carte totalement erronée.

Vérifiez toujours l’ordre des bandes dans l’outil « Calibrage de la caméra » avant de saisir une formule.

Ignorer l’étalonnage de la réflectance

Même sans étalonnage, les images peuvent permettre d’obtenir une carte de végétation visuellement attrayante, mais les comparaisons quantitatives entre les différents vols perdent en fiabilité.

Comparaison de vols selon différentes méthodes de traitement

Si vous assurez le suivi d’une culture au fil du temps, veillez à respecter un processus cohérent d’acquisition et de traitement des données.

Partir du principe que « vert » est toujours synonyme de « sain »

Les couleurs ne sont qu’une représentation visuelle des intervalles numériques définis dans la palette.

Considérer l’indice NDVI comme un outil de diagnostic

Une faible valeur de l’indice de végétation indique une variabilité spectrale. Elle ne permet pas à elle seule de déterminer si la cause est une maladie, un manque d’eau, une carence en azote, l’état du sol ou un autre facteur.

Procédure recommandée pour l’indice de végétation Metashape

1. Réalisez des prises de vue multispectrales par drone en veillant à ce que les images se chevauchent suffisamment.
2. Enregistrez les données d’étalonnage de la réflectance lorsque cela s’avère nécessaire.
3. Importez toutes les bandes spectrales sous la forme d’un système multicaméra.
4. Vérifiez que l’ordre des bandes est correct.
5. Effectuez l’étalonnage de la réflectance.
6. Alignez les images multispectrales.
7. Optimisez les caméras et le géoréférencement si nécessaire.
8. Créez le MNT.
9. Créez l’orthomosaïque multispectrale.
10. Ouvrez « Outils » >, puis « Définir la transformation raster ».
11. Saisissez la formule requise pour l’indice de végétation.
12. Configurez une palette de visualisation adaptée.
13. Comparez le NDVI, le NDRE ou d’autres indices lorsque cela s’avère utile.
14. Exporter les valeurs numériques des indices au format GeoTIFF.
15. Vous pouvez, si vous le souhaitez, exporter une version colorisée à des fins de visualisation.
16. Validez les profils spectraux à l’aide d’observations sur le terrain.

Recommandations finales

La création de cartes NDVI et NDRE dans Agisoft Metashape est très simple dès lors qu’une orthomosaïque multispectrale correctement calibrée a été générée.

Les règles les plus importantes sont les suivantes :

• Utilisez un capteur comportant les bandes spectrales requises par l’indice sélectionné.
• Vérifiez l’ordre des bandes avant de saisir les formules.
• Effectuez un étalonnage de la réflectance lorsque des comparaisons quantitatives sont nécessaires.
• Utilisez des relations symboliques entre les bandes plutôt que de copier aveuglément les numéros de bande.
• Exportez les valeurs numériques des indices lorsqu’une analyse plus approfondie s’avère nécessaire.
• Utilisez les palettes de couleurs principalement à des fins de visualisation.
• N’interprétez pas les indices de végétation sans tenir compte du contexte agronomique ou de terrain.

Grâce à ces étapes, Agisoft Metashape Professional permet de mettre en place un flux de travail complet, depuis les photographies multispectrales brutes prises par drone jusqu’aux cartes calibrées de NDVI, NDRE et autres indices de végétation, adaptées à l’agriculture de précision, à la sylviculture, à la recherche et à la surveillance environnementale.

Foire aux questions

Agisoft Metashape permet-il de calculer l’indice NDVI ?

Oui. Metashape Professional permet de calculer l’indice NDVI et d’autres indices de végétation à partir d’images multispectrales, à l’aide de l’outil « > Set Raster Transform » et du « Raster Calculator » intégré.

Quelle est la formule du NDVI ?

La formule standard du NDVI est la suivante : (NIR – Rouge) / (NIR + Rouge).

Qu’est-ce que la formule NDRE ?

L’indice NDRE est calculé selon la formule suivante : (NIR – Red Edge) / (NIR + Red Edge).

Quel est le meilleur indicateur, le NDVI ou le NDRE ?

Aucun des deux n’est universellement supérieur. L’indice NDVI est largement utilisé pour évaluer la variabilité générale de la végétation et de la biomasse, tandis que l’indice NDRE peut offrir une sensibilité supplémentaire utile aux variations de la chlorophylle et aux couvertures végétales plus denses.

Puis-je calculer le GNDVI dans Metashape ?

Oui. Si les bandes verte et NIR sont présentes, le GNDVI peut être calculé à l’aide de la formule suivante : (NIR – verte) / (NIR + verte).

Ai-je besoin d’une caméra multispectrale pour calculer l’indice NDVI ?

Pour obtenir un véritable indice NDVI, il faut disposer à la fois d’une mesure dans le proche infrarouge et d’une mesure dans le rouge. Une caméra classique fonctionnant uniquement en RVB ne fournit généralement pas les informations spécifiques au proche infrarouge nécessaires au calcul d’un indice NDVI standard.

Dois-je calibrer la réflectance avant de calculer l’indice NDVI ?

Il est vivement recommandé de procéder à un étalonnage de la réflectance lorsque les valeurs des indices de végétation doivent être comparées de manière quantitative entre différents sites ou différentes dates de relevé.

Puis-je exporter des données NDVI depuis Metashape vers QGIS ?

Oui. Exportez l’orthomosaïque transformée sous la forme d’une image raster géoréférencée, telle que GeoTIFF, en utilisant l’option « Valeur d’indice » pour les valeurs numériques.

Metashape permet-il de créer des cartes de prescription agricole ?

Oui. Metashape Professional intègre un outil « Générer une carte de prescription » capable d’utiliser une transformation de maillage d’indice de végétation active pour diviser la zone étudiée en zones de gestion.