[发明专利]分级自动检测主体山脉与水系的方法---方向导数小波变换

说明书

一.技术领域：本发明涉及到一种分级自动检测主体山脉与水系的方法，按中华人民共和国国家标准“学科分类与代码”，本发明属于地球科学中的“勘探地球化学(编码：1703050)”。

二.背景技术

山脉线即山脊线，水系即山谷线，它们有宏观(主体)和微观之分。在军用和民用中，地形图中的山脊线、山谷线是一个很重要的应用特征参数，例如，在地球化学探矿中，由山脊线和山谷线形成的汇水盆地是最基本的探矿基础图件。在巡航导弹的自动识别目标系统中以及在作战模拟和指挥自动化中，地形特征数据是自动识别攻击目标以及确定进攻、防御部署的重要区域依据。然而，目前从DEM(数字高程模型)中自动提取山脊(谷)线的方法还停留在初步探索阶段，还没有完全成熟。现有的各种方法都是先识别可能的山脊(谷)点，再将山脊(谷)点连接起来构成山脊(谷)线，不同之处在于各种提取方法的具体实现方式不同。这些方法的共同不足是没有将山脊(谷)线的区域性特征与局部性特征有机地结合起来，并将这些特征尽可能地体现在算法中，没有对山脊线和山谷线分级(分成主体山脉和次级山脉或更次一级)提取，主次不分，尤其没有对地形图中的噪音干扰消除，这影响了方法的实用性和提取结果的稳定性。为了拟补这些不足，本专利研发了一种新方法---方向导数小波变换法，该方法可以重点突出层次分明的分级提取主体山脊(山谷)线和次级山脊(山谷)线，并且可以更加抗干扰高精度的自动检测山脊线和山谷线。这种方法的基本思想是首先借助小波变换，采用多分辨率分析方法对一般的DEM数据进行多尺度处理、逐层分解，自动分级提取出反映主体山脊(山谷)线和次级山脊(山谷)线的DEM数据，然后，用方向导数从这种被逐层分解并提取出来的DEM数据中，分别分级(多尺度或多层次)提取主体山脊(山谷)线和次级山脊(山谷)线。

三.发明内容

1.发明目的(阐明本发明所要解决的问题，从而归纳出本发明的目的)：本发明所要解决的问题是针对现有技术的不足，提供一种分级自动检测山脊山谷线的方法---方向导数小波变换，可以重点突出层次分明的分级提取主体山脊(山谷)线和次级山脊(山谷)线，并且可以更加抗干扰高精度的自动检测山脊线和山谷线。如背景技术中所讲，目前从DEM(数字高程模型)中自动提取山脊(谷)线的方法还停留在初步探索阶段，还没有完全成熟。这些方法的共同不足是没有将山脊(谷)线的区域性特征与局部性特征有机地结合起来，并将这些特征尽可能地体现在算法中，没有对山脊线和山谷线分级(分成主体山脉和次级山脉或更次一级)提取，主次不分，这影响了实用性和提取结果的稳定性。为了拟补这些不足，本专利研发了一种新方法---方向导数小波变换法，该方法可以重点突出层次分明的分级提取主体山脊(山谷)线和次级山脊(山谷)线，并且可以更加抗干扰高精度的自动检测山脊线和山谷线。

2.所采用的技术方案

为了解决上面提到的技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种分级自动检测山脊线山谷线的方法----方向导数小波变换法，技术方案如下：

(1)利用小波变换提取出主体山脉(谷)线和次级山脉(谷)线的等值线图

主体山脉线和山谷线的长度都远大于次级山脉线和次级山谷线，在频率域(或波数域)中，长度比较长的主体山脊(谷)线对应的地形等高线图表现为低频；而长度比较短的次级山脊(谷)线对应的地形等高线图是中频的。这样，在频率域，通过滤波的方法分离出频率不同的频率成分(高、中和低)，也就等于分离出了不同等级的山脊(谷)线，从而提取出了主体山脉(谷)线和次级山脉(谷)线。

小波变换可以分离出频率高、中和低不同的频率成分，也就是说能够分离并提取出了主体山脉(谷)线以及次级山脉(谷)线。小波变换理论是近年来兴起的新的数学分支，它是继1822年法国人傅立叶提出傅立叶变换之后又一里程碑式的发展，解决了很多傅立叶变换不能解决的困难问题。小波变换可以被看作是傅立叶变换的发展，即它是空间(时间)和频率的局部变换。

二维小波变换只是一维小波变换的重复使用。一维小波变换的定义是：

小波变换把待分析的信号f(x)用基小波的ψ(x)伸缩尺寸和位移来处理，信号f(x)的连续小波变换定义为：