WinDENDRO, an image analysis system for annual tree-rings analysis
Analyse d'Images pour la Science des Plantes
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Regent Instruments Inc. depuis 1991

 

 

WinDENDRO

 


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Processus d'Analyse
Acquisition d'images
Détection de cernes
Validation des cernes
Le Graphique des Largeurs de Cernes et Datation Croisée
Analyse de densité
Données
Analyse de tiges
Divers
Acquisition d'images

La première étape de l'analyse des cernes est l'acquisition d'images. WinDENDROa été conçu et est optimisé pour les scanners optiques mais peut également analyser les images de caméras et de systèmes rayons-x sans film numériques. Il peut ouvrir les fichiers images produits par les programmes de ces fabricants de matériel (à condition qu'ils soient enregistrés dans un format standard tel que tiff, jpeg, jpeg2000, bmp ou png), mais la plupart du temps, WinDENDROest utilisé pour acquérir des images directement à partir de ces appareils (lorsqu'ils sont compatibles TWAIN*). Les scanners sont particulièrement bien adaptés à l'analyse des cernes. Ils produisent des images de haute qualité sur de grandes surfaces, exempt de problèmes d'éclairage (tels que la non-uniformité). Ils ont une calibration permanente intégrée (contrairement aux caméras), de sorte que l'opérateur n'a pas à calibrer ses images, ni à régler son système d'éclairage ou l'ouverture et la mise au point de l'objectif.

WinDENDRO traite les scanners de manière très efficace. Il dispose de deux méthodes d'acquisition d'images pour eux, dont l'une est optimisée pour la facilité d'utilisation et ne nécessite qu'un clic de souris pour obtenir une image. On gagne du temps en contournant l'étape standard "Aperçu" - ou "Preview" - (qui peut prendre des dizaines de secondes par échantillon) et en utilisant des accessoires de positionnement qui permettent de placer de manière répétitive les échantillons au bon endroit sur le scanner. L'autre méthode de numérisation est plus complexe et puissante, elle utilise l'étape de prévisualisation pour optimiser les paramètres de numérisation.

   

Notre support de carotte et système de positionnement optionnels diminuent et accélèrent la numérisation des carottes en permettant à l'opérateur de positionner rapidement les échantillons au même endroit sur la vitre du scanner (éliminant ainsi le besoin de prévisualiser avant une numérisation) et permet la manipulation des carottes pendant leur préparation. Ce système peut être rapidement ajouté ou supprimé à tout moment.

Note: Le scanner illustré n'est pas un modèle que nous vendons.

 

Les disques sont placés face vers le bas sur le scanner pour l'acquisition d'images. Vous pouvez analyser l'intégralité du disque (bien que cela prenne beaucoup de mémoire) ou vous pouvez analyser les chemins étroits, de quelques millimètres ou centimètres de largeur, du centre à l'écorce. Une numérisation prend généralement entre 10 et 60 secondes en fonction de la taille de l'image (zone de numérisation et de résolution). Notez que l'analyse de disques entiers ou l'utilisation de dpi très élevé (comme 2400 ou plus) prendra plus de temps (et un ordinateur rapide avec beaucoup de mémoire). Après la numérisation, l'image s'affiche à l'écran.

 

* WinDENDRO peut fonctionner avec la plupart des scanners compatibles TWAIN (32 et 64 bits) que vous pouvez acheter localement. Nos scanners sont livrés avec une calibration pour une plus grande précision et des accessoires optiques tels que des porte-carottes. À noter que nous ne suggérons ou recommendons aucun scanner.

** Pour en savoir plus sur la préparation des échantillons requis pour la numérisation et WinDENDRO voir la note suivante "Concernant les essences de bois, les cernes étroits et les contrastes de cernes".

Détection de cernes

Après l'acquisition de l'image, vous indiquez à WinDENDROoù mesurer les cernes dans l'image. Cela se fait en traçant les chemins de manière interactive. Des chemins en ligne droite (tels que ceux qui s'étendent du centre d'un disque à l'écorce) peuvent être créés automatiquement par un simple clic de souris (jusqu'à quelques centaines en un seul clic). Des chemins de forme plus complexes (voir ci-dessous) sont créés manuellement en cliquant à différents endroits.

  Dans sa forme la plus simple, un chemin peut traverser un échantillon (rayon de la carotte ou du disque) sur une ligne droite. Des centaines de chemins peuvent être créés d'un simple clic de souris dans des directions prédéfinies autour de la position cliquée. Les chemins peuvent également être créés en cliquant sur leurs points de départ et d'arrivée.  
       
 
Vous pouvez tracer des chemins avec une trajectoire perpendiculaire aux limites des cernes (comme dans les méthodes de mesure dendrochronologiques manuelles).
 
Les chemins peuvent contenir des discontinuités pour éviter les zones endommagées afin de se déplacer perpendiculairement aux limites des cernes.
 
  Les largeurs des cernes peuvent être mesurées en tenant compte de la limite de leur orientation par rapport au trajet. Cela permet d'augmenter la précision lors de l'utilisation des trajectoires rectilignes (pour obtenir des résultats similaires à ceux obtenus avec des trajectoires perpendiculaires aux largeurs de cernes).  
   
  Une ou plusieurs carottes peuvent être analysées par image. Dans cet exemple, plusieurs carottes ont été analysées côte à côte pour gagner du temps d'analyse. Elles sont ensuite analysées dans la même image en cliquant sur leurs débuts et leur fins respectives (pour les carottes courbes, des clics intermédiaires sont nécessaires).  
   

Une fois les chemins créés, les cernes sont automatiquement détectés par WinDENDROet leur présence est indiquée sur l'image par des lignes et du texte. Les lignes indiquent la position et l'orientation du début des cernes et le texte indiquent l'année et le numéro du cerne. La largeur du bois initial peut également être affichée avec d'autres caractéristiques du cerne (expliquées ci-après). Près de l'image, un profil des variations de lumière à l'intérieur du chemin est également affiché avec les largeurs des cernes et du bois initial. Cette région est également utilisée pour régler la sensibilité de la détection automatique du cerne. La sensibilité de cette détection initiale peut être ajustée en fonction de l'apparition des cernes. Les cernes étroits et à faible contraste demandent plus d'attention.

Une ou quatre méthodes de détection de cernes sont fournies en fonction du modèle du logiciel WinDENDROLa première méthode est basée sur les différences d'intensité lumineuse. C'est simple, efficace et fonctionne très bien pour les cernes contrastés, comme ceux des conifères. Une autre méthode de détection des cernes s'appelle Teach & Show et est une méthode où vous montrez à WinDENDROce qu'est un cerne d'arbre dans l'image afin qu'il puisse les détecter automatiquement après. Cette méthode et deux autres sont bien adaptées aux cernes peu contrastés, comme ceux des feuillus. Il y a cependant des limites et un contraste minimal est nécessaire pour obtenir un bon niveau de détection automatique. Lorsque le contraste est trop faible, vous pouvez travailler en mode manuel où vous indiquez la position des cernes dans l'image en cliquant dessus.

 

Le contenu de l'image à l'intérieur du chemin (pas seulement la ligne centrale) est utilisé pour calculer le profil d'intensité (et pour la version Density, le profil de densité ou de réflectance bleue) affiché parallèlement au chemin. La largeur du chemin est réglable afin que vous choisissiez la composition du profil (les chemins ne doivent contenir que des informations valides sur les cernes, ils ne doivent pas englober le porte-carotte par exemple).

La versionWinDENDRO Density utilise également l'orientation des cernes pour produire des profils plus précis. Chaque fois qu'un cerne est déplacé ou réorienté, le profil d'intensité est recalculé à l'aide d'une fente virtuelle qui correspond à la limite des cernes.

   
 

Concernant les essences de bois, les cernes étroits et les contrastes des cernes

Lorsque les cernes sont bien contrastés, comme avec des cernes moyens à grands (0,5 mm et plus) d'espèces de conifères, le taux de détection automatique est de l'ordre de 85 à 100 % nécessitant peu de modifications de la pièce de l'opérateur, de sorte que le gain de productivité par rapport aux méthodes manuelles est très haut. Les cernes avec des contrastes plus faibles tels que ceux des espèces de feuillus ou cernes étroits, requièrent plus d'attention de préparation, de numérisation et de paramètres d'analyse. Plus on passe de temps à obtenir une bonne image, moins on en passe à les analyser (c'est vrai aussi pour les méthodes manuelles). Les échantillons à faible contraste peuvent être analysés avec WinDENDROmais le gain de productivité par rapport aux méthodes manuelles est inférieur à celui des conifères car plus de corrections de l'opérateur sont nécessaires. Les cernes peu contrastés demandent que l’on porte attention à:

1) Préparation des échantillons. Elle a une grande influence sur le taux de détection automatique. Plus les cernes se rétrécissent, plus la préparation doit être fine (les cernes de 0,01 mm obtiennent une méthode plus fine que les cernes de 1,0 cm). Les marques mécaniques visibles (comme les rayures) doivent être supprimées car elles ont tendance à être plus visibles sur les images numérisées qu'à l'œil nu. Elles peuvent désigner de fausses détections de cernes ou de mauvaises orientations. Il n'y a pas de méthode universelle acceptée pour la préparation, mais le ponçage est très populaire pour les échantillons secs.

2) Numérisation. Les rehaussements de contrastes effectués pendant le scan ou après dans WinDENDROpermettent de voir plus facilement les cernes. Les cernes étroits requièrent une résolution (DPI) plus élevée que les cernes larges. En règle générale, le nombre minimum pratique de pixels par cerne est de quatre et ce nombre augmente (jusqu'à dix généralement) à mesure que le contraste des cernes diminue. Un scanner de bonne qualité est également obligatoire. Une bonne qualité n'est pas seulement liée au dpi théorique revendiqué par son fabricant, c'est aussi une question de bonne optique et électronique. Regent Instruments teste et compare tous les modèles de scanners qu'il vend. Il garantit également leur compatibilité avec WinDENDROet ses accessoires. Regent Instruments peut prendre le temps de regarder vos échantillons avant de recommander un système, alors n'hésitez pas à nous contacter.

3) Paramètres d'analyse. Ils doivent également être affinés pour les cernes à faible contraste. Vous pouvez tester les deux méthodes de détection de cernes fournies et ajuster leurs paramètres pour optimiser la détection automatique. Certains échantillons sont mieux analysés en mode manuel complet.

 

 

 

Les cernes peuvent être tagués avec des observations que vous sélectionnez (vous choisissez leur nom, leur signification et le symbole utilisé pour indiquer leur présence à proximité d'un cerne). Par exemple, vous pouvez définir deux caractéristiques appelées "étroit" et "gel" et sélectionner les cernes qui ont ces caractéristiques. Ces caractéristiques des cernes sont ensuite affichées sur le graphique et dans l'image à proximité des cernes qui ont ces caractéristiques.

Aucune modification n'est apportée à l'image originale qui est toujours disponible pour de futures références ou analyses. Les images peuvent également être exportées vers d'autres logiciels (pour créer un rapport par exemple). Elles peuvent également être enregistrées avec leurs analyses et être ensuite récupérées et éditées ou validées par WinDENDRO.

Validation des cernes

Après la détection automatique initiale des cernes, une validation doit être effectuée pour considérer la possibilité de la présence de faux cernes, cernes de gel, cernes localement absents ou simplement d'une mauvaise classification effectuée par WinDENDRO. Dans ce contexte, nous disons que WinDENDROest un système semi-automatique plutôt qu'automatique. Cela se fait en parcourant l'image et en recherchant les cernes manquants ou faux. Contrairement aux systèmes basés sur des tables de positionnement, vous pouvez effectuer des allers-retours le long des trajectoires des cernes sans perte de précision (due au jeu des engrenages). Les cernes identifiés précédemment peuvent être revus à tout moment, même des années plus tard. L'ajout ou la suppression de cernes se fait facilement de manière interactive. Lorsque la souris est maintenue au-dessus d'un cerne, ce dernier est mis en surbrillance (en jaune, comme illustré). Cliquer dessus supprime le cerne, cliquer à un endroit où il n'y a pas de cerne en ajoute un. Les cernes peuvent être supprimés par groupes, déplacés ou réorientés. La position des limites entre le bois initial et le bois final peut également être annulée. Au fur et à mesure des modifications, le numéro et l'année des cernes sont automatiquement mis à jour dans l'image et le graphique de largeurs des cernes.

 
Les cernes détectés peuvent être réorientés pour correspondre à la limite du cerne pour une mesure plus précise.
Les cernes peuvent être déplacés.
 
Les cernes peuvent être supprimés (ou ajoutés) en cliquant dessus un par un ou en utilisant une sélection d'image.
 
 
Le Graphique des Largeurs de Cernes et Datation Croisée

 

Un graphique des largeurs de cernes en fonction de l'année est affiché lors de l'analyse et est automatiquement mis à jour au fur et à mesure de l'édition des cernes lors de la phase de validation (versions Reg et Density). Ce graphique est également utilisé pour la datation croisée visuelle et numérique. Il peut afficher simultanément les chronologies principales et les largeurs de cernes de l'échantillon analysé et corréler certaines d'entre elles pour aider à trouver des erreurs dans l'analyse. Les séries de largeur de cernes peuvent être redressées (converties en indices) à l'aide de la méthode des splines de lissage.

La spline de lissage peut être affichée pour aider à déterminer sa force de filtrage.

Des squelettes tracés peuvent être affichés pendant les mesures d'une ou plusieurs séries simultanément avec des chronologies maîtresses. Ceux-ci sont utilisés par les dendrochronologues pour identifier les cernes plus petits ou plus grands que leurs voisins pour une datation croisée visuelle.

Les largeurs de cernes peuvent être affichées telles quelles (mesurées en millimètres) ou sous forme de valeurs d'indice (largeurs des cernes pour lesquelles les variations non climatiques à long terme, telles que celles dues au vieillissement des arbres ont été supprimées) et peuvent également être convertis en échelle logarithmique pour augmenter les effets des variations des cernes étroits.

De nombreuses commandes interactives sont associées au graphique. Par exemple, lorsque vous cliquez sur une année dessus, l'image défile pour afficher la partie de l'image où se trouve ce cerne. La série de largeurs de cernes peut être divisée et décalée à différents endroits (et la corrélation mise à jour) pour aider à trouver les cernes manquants ou faux. Les modifications effectuées en ajoutant des cernes aux points de fractionnement peuvent être portées sur l'échantillon analysé en activant une commande. Trois points de séparation où les séries de données peuvent être décalées indépendamment. Plus de points peuvent être ajoutés ou supprimés.

Analyse de Densité

WinDENDROest disponible avec ou sans fonction d'analyse de densité. Les principes qui derrière l’analyse de densité deWinDENDROsont bien connus et sont appliqués depuis plusieurs années dans l'analyse des cernes de croissance. Différentes méthodes peuvent être appliquées pour effectuer une analyse de densité dans WinDENDRO:

  • La méthode conventionnelle sur film
    Cette méthode est la plus ancienne et la plus largement utilisée pour l'analyse de densité des cernes par les dendrochronologues. Il est bien documenté dans le livre du Dr. Schweingruber "Basic and Applications of Dendrochronology". Des échantillons de bois sont découpés en tranches fines (1 à 2 mm d'épaisseur), amenés à un taux d'humidité prédéterminé et exposés aux rayons-x sur un film. Le film est alors développé. Dans WinDENDRO, le densitomètre analogique conventionnel est remplacé par une méthode numérique qui consiste à balayer le film rayons-x puis à mesurer la lumière qui passe à travers une fente virtuelle balayée au-dessus des cernes. Contrairement au densitomètre analogique, des paramètres tels que la taille de la fente peuvent être facilement modifiés. Lors du calcul de la densité, WinDENDRO définit automatiquement l'angle de fente tangente à la limite du cerne afin de produire des mesures précises. L'angle de fente change linéairement son orientation progressivement entre les cernes de sorte qu'il soit tangent à toutes les limites des cernes. L'opérateur peut remplacer de manière interactive l'angle de fente estimé par WinDENDRO.

  • La méthode Blue Reflectance
    Cette méthode ne produit pas de mesures de densité mais un substitut de celle-ci. Elle estime les données de densité en se basant sur l'hypothèse que la couleur du bois (ou la réflectance dans la bande bleue) est liée à la densité. Ces dernières années, certains chercheurs ont obtenu des résultats intéressants en utilisant le canal bleu des images en couleur. Un avantage majeur de la méthode de la lumière réfléchie est qu'elle ne nécessite pas d'équipement de rayonnement coûteux. Cela nécessite cependant une bonne compréhension de ses limites.

  • La méthode d'imagerie par rayons-x numérique sans film
    Il est possible d'utiliser les caméras ou scanners à rayons-x numériques sans film les plus récents (non vendus par Regent) pour acquérir des images rayons-x de morceaux de bois et ensuite mesurer leur densité. Certains systèmes exigent que les pièces de bois soient encore préparées, comme décrit ci-dessus. La densité est mesurée dansWinDENDRO à partir de ces images exactement comme elle l'est à partir de films numérisés (sauf pour la calibration).

Plusieurs mesures de densité peuvent être enregistrées par cernes ou par pixel. Disponible par cerne: largeur des cernes, largeur du bois initial et du bois final (en mm ou en pourcentage de la largeur des cernes), densité maximale des cernes, densité minimale des cernes, densité moyenne des cernes, densité moyenne du bois initial, densité moyenne du bois final et orientation des limites des cernes. Disponible par pixel le long d'un chemin de cerne: densité de pixels ou intensité lumineuse (calibrée ou non) et orientation de la fente.

Données

Lorsqu'une image analysée est enregistrée dans un fichier, l'analyse est automatiquement enregistrée avec celle-ci. Cette analyse peut ensuite être récupérée, validée ou modifiée simplement en chargeant l'image dans WinDENDRO. Les données d'analyse telles que la largeur du cerne, la densité minimale, etc. sont également enregistrées dans des fichiers texte standard qui peuvent être lus par de nombreux programmes, y compris des logiciels de style tableur comme Microsoft Excel. WinDENDROpossède son propre format (documenté dans son guide d'utilisation) pour inscrire ces données mais peut aussi convertir des fichiers au format Decadal (Tucson) utilisé par les dendrochronologues (au 1/100 ou 1/1000 de mm de précision). Contrairement au format Decadal, le format WinDENDRO permet d’inscrire les paramètres d'analyse, la date et l'heure, les informations d'image ainsi que les mesures des cernes.

Analyse de tiges

XLStem est un programme d'analyse de tiges (ensemble de macros) qui s'exécute dans Microsoft Excel. Il permet de visualiser les données produites par WinDENDRO et de faire des analyses de tiges standards (comme reconstituer la croissance des arbres en fonction de leur âge, mesurer le volume des arbres...). Les calculs peuvent être effectués de manière interactive sur des arbres sélectionnés ou par lots.

XLStem calcule les informations suivantes à partir des données de largeur de cernes produites par WinDENDRO:

  • Rayon moyen (méthode quadratique), diamètre et surface par disque (cumulatif ou incrémental)
  • Hauteur et volume des arbres en fonction de l'âge ou de l'année (cumulatif ou incrémental)
  • Informations de base et résumé sur l'arbre

Il dispose de trois méthodes d'interpolation de hauteur: Linear, Carmean and Newberry.

Divers

WinDENDROest livré avec un manuel illustré en couleur (imprimé et en fichier pdf), en plus d’un support technique rapide et compétent (par e-mail). Le temps de réponse typique est d'une heure. Il est réalisé par des personnes compétentes qui peuvent s'appuyer sur les programmeurs de WinDENDROpour des conseils techniques.

WinDENDROfait partie d'une famille de produits connexes pour la recherche en sciences végétales et la production. Parmi eux, vous trouverez: WinCELLpour l'analyse des cellules anatomiques du bois, WinRHIZO & WinRHIZO Tronpour l'analyse des racines (extraites et dans le sol) WinSCANOPY pour l’analyse de la canopée et du rayonnement à partir d'images hémisphériques fisheye WinCAM pour l'analyse de couleurs WinFOLIA pour l'analyse des feuilles WinSEEDLE pour les semences et analyse d'aiguilles

La forte augmentation des performances des scanners et des ordinateurs et la baisse des prix au fil des ans ont fait des systèmes WinDENDRO plus qu'une solution abordable pour mettre en place une installation d’analyse de cernes d'arbres. Son coût se compare favorablement aux systèmes manuels basés sur des binoculaires et des tables de positionnement.