[發明專利]分級自動檢測主體山脈與水系的方法---方向導數小波變換

在審

• 申請號: 201410356679.8
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104156571A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 余生晨;劉保金;張驎;楊戍;孫莉民;周文豪;程裕斌
• 申請（專利權）人: 山西潞安環保能源開發股份有限公司;華北科技學院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

一.技術領域：本發明涉及到一種分級自動檢測主體山脈與水系的方法，按中華人民共和國國家標準“學科分類與代碼”，本發明屬于地球科學中的“勘探地球化學(編碼：1703050)”。

二.背景技術

山脈線即山脊線，水系即山谷線，它們有宏觀(主體)和微觀之分。在軍用和民用中，地形圖中的山脊線、山谷線是一個很重要的應用特征參數，例如，在地球化學探礦中，由山脊線和山谷線形成的匯水盆地是最基本的探礦基礎圖件。在巡航導彈的自動識別目標系統中以及在作戰模擬和指揮自動化中，地形特征數據是自動識別攻擊目標以及確定進攻、防御部署的重要區域依據。然而，目前從DEM(數字高程模型)中自動提取山脊(谷)線的方法還停留在初步探索階段，還沒有完全成熟。現有的各種方法都是先識別可能的山脊(谷)點，再將山脊(谷)點連接起來構成山脊(谷)線，不同之處在于各種提取方法的具體實現方式不同。這些方法的共同不足是沒有將山脊(谷)線的區域性特征與局部性特征有機地結合起來，并將這些特征盡可能地體現在算法中，沒有對山脊線和山谷線分級(分成主體山脈和次級山脈或更次一級)提取，主次不分，尤其沒有對地形圖中的噪音干擾消除，這影響了方法的實用性和提取結果的穩定性。為了擬補這些不足，本專利研發了一種新方法---方向導數小波變換法，該方法可以重點突出層次分明的分級提取主體山脊(山谷)線和次級山脊(山谷)線，并且可以更加抗干擾高精度的自動檢測山脊線和山谷線。這種方法的基本思想是首先借助小波變換，采用多分辨率分析方法對一般的DEM數據進行多尺度處理、逐層分解，自動分級提取出反映主體山脊(山谷)線和次級山脊(山谷)線的DEM數據，然后，用方向導數從這種被逐層分解并提取出來的DEM數據中，分別分級(多尺度或多層次)提取主體山脊(山谷)線和次級山脊(山谷)線。

三.發明內容

1.發明目的(闡明本發明所要解決的問題，從而歸納出本發明的目的)：本發明所要解決的問題是針對現有技術的不足，提供一種分級自動檢測山脊山谷線的方法---方向導數小波變換，可以重點突出層次分明的分級提取主體山脊(山谷)線和次級山脊(山谷)線，并且可以更加抗干擾高精度的自動檢測山脊線和山谷線。如背景技術中所講，目前從DEM(數字高程模型)中自動提取山脊(谷)線的方法還停留在初步探索階段，還沒有完全成熟。這些方法的共同不足是沒有將山脊(谷)線的區域性特征與局部性特征有機地結合起來，并將這些特征盡可能地體現在算法中，沒有對山脊線和山谷線分級(分成主體山脈和次級山脈或更次一級)提取，主次不分，這影響了實用性和提取結果的穩定性。為了擬補這些不足，本專利研發了一種新方法---方向導數小波變換法，該方法可以重點突出層次分明的分級提取主體山脊(山谷)線和次級山脊(山谷)線，并且可以更加抗干擾高精度的自動檢測山脊線和山谷線。

2.所采用的技術方案

為了解決上面提到的技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種分級自動檢測山脊線山谷線的方法----方向導數小波變換法，技術方案如下：

(1)利用小波變換提取出主體山脈(谷)線和次級山脈(谷)線的等值線圖

主體山脈線和山谷線的長度都遠大于次級山脈線和次級山谷線，在頻率域(或波數域)中，長度比較長的主體山脊(谷)線對應的地形等高線圖表現為低頻；而長度比較短的次級山脊(谷)線對應的地形等高線圖是中頻的。這樣，在頻率域，通過濾波的方法分離出頻率不同的頻率成分(高、中和低)，也就等于分離出了不同等級的山脊(谷)線，從而提取出了主體山脈(谷)線和次級山脈(谷)線。

小波變換可以分離出頻率高、中和低不同的頻率成分，也就是說能夠分離并提取出了主體山脈(谷)線以及次級山脈(谷)線。小波變換理論是近年來興起的新的數學分支，它是繼1822年法國人傅立葉提出傅立葉變換之后又一里程碑式的發展，解決了很多傅立葉變換不能解決的困難問題。小波變換可以被看作是傅立葉變換的發展，即它是空間(時間)和頻率的局部變換。

二維小波變換只是一維小波變換的重復使用。一維小波變換的定義是：

小波變換把待分析的信號f(x)用基小波的ψ(x)伸縮尺寸和位移來處理，信號f(x)的連續小波變換定義為：