Interpretable Machine Learning-Derived Spectral Indices for Vegetation Monitoring
Notice bibliographique
Résumé
Spectral indices such as NDVI have driven vegetation monitoring for decades, yet their design remains largely manual and ad hoc. Their usefulness stems not only from their empirical performance, but also from algebraic forms that remain compact and biologically interpretable. However, the space of possible algebraic expressions relating spectral bands is effectively infinite, making systematic search impractical without structural constraints. We introduce the Spectral Feature Polynomial (SFP) framework, a general pipeline that automatically discovers compact, interpretable spectral indices from labeled multispectral imagery. SFP constructs a library of ratio-based spectral features that inherit illumination invariance by construction. It then applies cross-validated feature selection and continuous coefficient optimization to produce a single closed-form equation per task, transparent to domain experts and deployable on any remote sensing platform without requiring standardization statistics. We validate the framework on two agricultural applications. For Kochia (Bassia scoparia) detection in Sentinel-2 imagery near Lucky Lake of Saskatchewan over three growing seasons, the same two-term equation emerged in 44 of 46 independent cross-validation folds, achieving 98.6% mean accuracy, more than 4 percentage points above the best established index under year-held-out evaluation. For wheat plant classification from UAV multispectral imagery, stage-specific indices achieved 99.5%, 97.2%, and 93.5% across three growth stages, compared to 78% or below for the best established index at late season when NIR-based contrasts lose discriminatory power as wheat senesces. In both applications, SFP yielded a single transparent equation that generalized across held-out regions and outperformed established indices.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».