Comparison of four different programs for the analysis of hemispherical photographs using parameters of canopy structure and solar radiation transmittance

摘要

In vielen Studien werden Hemisphärenphotos genutzt um indirekt die Kronenstruktur und die Belichtungsverhältnisse zu schätzen. Verschiedene kommerzielle und kostenfreie Softwarepakete sind zu Analyse von Hemisphärenphotos verfügbar. Es gibt bisher keine umfassende Vergleichsstudie zu Ergebnissen oder technischer Handhabung aus Sicht der Nutzer dieser Programme (Ökologen und Forstwissenschaftler). Das Ziel dieser Studie war der Vergleich der Schätzungen von Kronenstrukturvariablen (Kronenöffnung und effektiver Pflanzenflächenindex) Solartransmission (direkte, diffuse und Global-Strahlung) aus digitalen Hemisphärenphotos berechnet mit vier verschiedenen Programmen (kostenpflichtig: HemiView und frei: Gap Light Analyzer, hemIMAGE and Winphot). Die verwendeten Photos stammen aus drei verschiedenen Laubwaldregionen (Chile, Deutschland und Venezuela) und repräsentieren jeweils Verhältnisse unter geschlossenem Kronendach und in Lücken. Die ermittelten Schätzungen für die verschiedenen Strukturvariablen und Einstrahlungsverhältnisse zeigten eine sehr hohe Übereinstimmung. Einzig der effektive Pflanzenflächenindex basierend auf ellipsoider Blattwinkelverteilung unterschied sich signifikant zwischen den Programmen. Weitere für Nutzer interessante Aspekte wie Kosten, Bildformate, Systemvoraussetzungen und mehr wurden verglichen und diskutiert.%There have been many studies involving the use of hemispherical photographs to indirectly estimate canopy structures and forest light environments. A variety of commercial and free software packages are available for the analysis of hemispherical photographs. The costs of investment might represent an advantage of the free programmes over the commercial, but as yet little has been documented about the differences in their outputs and in the technical applications from a user (ecologist and forester) perspective. The objective of the study was to compare the canopy structure variables (canopy openness and effective plant area index) and solar radiation transmission estimates (direct, diffuse and global solar radiation transmittances) from digital hemispherical photographs taken under two forest canopy conditions (gap and closed canopy) in three different broadleafforest regions (Chile, Germany, Venezuela) and calculated using four different programmes. The hemispherical photographs were analysed using one commercial (HemiView) and three free programmes (Gap Light Analyzer, hemlMAGEand Winphot). The results obtained revealed that all of the programmes computed similar estimates of both canopy structures and below-canopy solar radiation. Only the results relating to the effective plant area index with an ellipsoidal leaf angle distribution made with HemiView and Winphot deviated significantly. Other user aspects are also discussed, such as costs, image formats, computer system requirements, etc.