基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声压制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声压制方法，解决现有方法由于没有考虑到地震资料同相轴固有的局部和非局部相似性，造成的噪声压制不充分和有效信息衰减的问题，该方法包括相似性分组、三维变换奇异值滤波去噪、根据基础估计重新分组并计算维纳收缩系数和维纳滤波四个步骤。该方法在理论上采用块匹配算法，考虑到地震资料同相轴的局部和非局部相似性的固有特点，采用二维奇异值分解和一维奇异值分解结合，充分利用地震资料的结构信息，实现地震资料的稀疏表示，能够较大程度地减小有效信号衰减，并提高噪声压制效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地震资料处理领域，具体涉及一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声压制方法。
技术介绍
有关于地震资料噪声压制，并已经成熟应用到实际地震资料处理中的方法主要包括：自适应滤波，f-k滤波，多项式拟合，独立成分分析，时频峰值滤波等。M.Naghizadeh在Seismicdatainterpolationanddenoisinginthefrequency-wavenumberdomain中提出的f-k滤波，根据信号与噪声的视速度差异完成噪声压制，主要应用于去除频率较低的面波噪声。多项式拟合的拟合中心点随正交多项式系数而改变，导致处理后数据主频降低、断点变形。随着基于多尺度分析的小波变换方法被引入到地震信号去噪中来，多分辨率分析方法为地震资料处理开辟了新的方向。ShucongL和ErgenG等在SeismicDataDenoisingSimulationResearchBasedonWaveletTransform所使用的小波变换，在处理二维及更高维的信号方面存在方向局限性，并不能很好的描述有效信号的方向信息，并且二维滤波方法时常会引起信号畸变，导致出现虚假同相轴。近年来如Ridgelet变换、Curvelet变换、Contourlet变换、Sharlet变换等具有多分辨率、多方向性、多尺度化的几何分析法成为热门方法，具体可以参考：王梅和侯振杰等的基于Ridgelet变换的多尺度去噪算法研究；孟阁阁，王德利等的基于2DCurvelet变换的多炮地震数据去噪方法研究；刘成明等的基于Shearlet变换的地震随机噪声压制。它们通过少数非零变换系数重构有效信号，在各向异性上实现了良好的稀疏表示。但上述方法采用固定基函数对信号进行分解，忽略了地震同相轴固有的时空连续性，导致噪声压制效果不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有方法由于没有考虑到地震资料同相轴固有的局部和非局部相似性，造成的噪声压制不充分和有效信息衰减的问题，提出一种基于地震资料同相轴固有的局部和非局部相似性的，可以明显提高地震资料信噪比，并能较大程度保留有效信息的噪声压制方法。本专利技术的目的是通过以下方案实现的：一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声压制方法，包括以下步骤：步骤一、相似性分组：将整个地震资料切割成过完备的子块，遍历地选择参考子块，计算参考子块与一定邻域内的其他子块的欧氏距离，判断两子块是否相似，并把相似二维子块按照三维数据的方式存放起来成为相似组；步骤二、三维奇异值滤波去噪：对相似组中每个子块先进行二维离散余弦变换，选用频域二维奇异值分解滤波，再将相似块向量化，进行频域一维奇异值分解，并进行奇异值保留去噪；二维离散余弦反变换后，将过完备子块加权聚合成原始尺寸地震资料，得到基础估计；步骤三、计算维纳收缩系数：将基础估计重新分块分组，并且通过新的相似组计算变换域的维纳收缩系数；步骤四、维纳滤波：按照新的相似分组，对原始信号进行三维离散余弦变换，采用维纳滤波实现噪声压制，三维离散余弦反变换并聚合重构得到最终噪声压制后的地震资料。所述的一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声压制方法，其中，步骤一相似性分组包括以下具体步骤：1)预处理：先将整个地震资料按照一定的步进长度过完备的分割成N1×N1大小的时-空域子块Yx；然后对各个子块的二维频谱进行阈值r′处理，将大于阈值的频谱值保留下来，小于阈值的频谱值置0；2)计算块间距离：将预处理后的子块频谱r′(T(Yx))作为计算块间距离的元素，选定一个参考块YR，选定搜索窗大小为Nh×Nh，通过2-范数的计算参考块与其相应搜索窗内其他子块的块间距离：d(YR,Yx)=||r′(T(YR))-r′(T(Yx))||22(N1)2]]>3)堆叠成三维数组：当两个子块的距离d(YR,Yx)小于阈值τ时，判定两块相似，然后将所有与同一参考块相似的二维子块，连同参考块一起存放成一个三维数组，即相似组ZR。所述的一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声压制方法，其中，步骤二三维奇异值滤波去噪包括以下具体步骤：1)二维离散余弦变换：进行二维离散余弦变换，将相似组中各个子块变换到频域；2)奇异值处理：(1)二维奇异值分解：对于一个相似组中的任一二维子块A，A是N1×N1的，它的特征矩阵U2D和V2D分别根据它的行-行协方差矩阵和列-列协方差矩阵求得，将Ai,i∈[0,N1-1]投影到U2D和V2D上，得到投影系数Λi，满足：Ai=U2DΛ2DV2DT]]>Λi即奇异值矩阵，将奇异值矩阵中大于阈值T1的奇异值保留，小于T1的奇异值置0，然后重构；(2)一维奇异值分解：将相似组中所有子块向量化，进行一维奇异值分解，获得奇异值矩阵并进行重构；3)离散余弦反变换、加权聚合：经所述步骤2)处理后的奇异值矩阵重构得到的是噪声压制后的频域数据块，将其进行二维离散余弦反变换，然后对二维离散余弦反变换结果进行加权重构，得到实现大部分噪声压制的该相似组所有子块对应位置的时域的的基础估计Y^basic=ΣYRΣZRωRht×Y^RΣYRΣZRωRht]]>其中，NR是未置0的系数个数所述的一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声压制方法，其中，步骤三计算维纳收缩系数具体包括以下步骤：1)重新分块：将经过所述步骤二获得的基础估计过完备地分成N1×N1的子块选择参考块重新计算子块间欧氏距离：d(Y^Rbasic,Y^xbasic)=||Y^Rbasic-Y^xbasic||22(N1)2]]>其中，是经过所述步骤二得到的基础估计；2)堆叠成三维数组：当两个子块的距离小于阈值τ时，判定两块相似，并将分组方法传递给原始含噪地震资料，将判定为相似的子块作为一个数组存放起来形成一个新的相似组3)三维离散余弦变换：首先对相似组中每个二维块独立地进行二维离散余弦变换，然后对所有子块的同一位置的数据点进行一维离散余弦变换，三维离散余弦变换后，地震资料被变换到频域；4)计算维纳收缩系数：根据基础估计计算维纳收缩系数WR：WR=|T3D(Y^Rbasic)2||T3D(Y^Rbasic)|2+σ2]]>其中，σ2是噪声方差，T3D为三维离散余弦变换，是的分组块。所述的一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声压制方法，其中，步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声压制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、相似性分组：将整个地震资料切割成过完备的子块，遍历地选择参考子块，计算参考子块与一定邻域内的其他子块的欧氏距离，判断两子块是否相似，并把相似二维子块按照三维数据的方式存放起来成为相似组；步骤二、三维奇异值滤波去噪：对相似组中每个子块先进行二维离散余弦变换，选用频域二维奇异值分解滤波，再将相似块向量化，进行频域一维奇异值分解，并进行奇异值保留去噪；二维离散余弦反变换后，将过完备子块加权聚合成原始尺寸地震资料，得到基础估计；步骤三、计算维纳收缩系数：将基础估计重新分块分组，并且通过新的相似组计算变换域的维纳收缩系数；步骤四、维纳滤波：按照新的相似分组，对原始信号进行三维离散余弦变换，采用维纳滤波实现噪声压制，三维离散余弦反变换并聚合重构得到最终噪声压制后的地震资料。

【技术特征摘要】
1.一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声压制方法，其特征在
于，包括以下步骤：
步骤一、相似性分组：将整个地震资料切割成过完备的子块，遍历地选择
参考子块，计算参考子块与一定邻域内的其他子块的欧氏距离，判断两子块是
否相似，并把相似二维子块按照三维数据的方式存放起来成为相似组；
步骤二、三维奇异值滤波去噪：对相似组中每个子块先进行二维离散余弦
变换，选用频域二维奇异值分解滤波，再将相似块向量化，进行频域一维奇异
值分解，并进行奇异值保留去噪；二维离散余弦反变换后，将过完备子块加权
聚合成原始尺寸地震资料，得到基础估计；
步骤三、计算维纳收缩系数：将基础估计重新分块分组，并且通过新的相
似组计算变换域的维纳收缩系数；
步骤四、维纳滤波：按照新的相似分组，对原始信号进行三维离散余弦变
换，采用维纳滤波实现噪声压制，三维离散余弦反变换并聚合重构得到最终噪
声压制后的地震资料。
2.如权利要求1所述的一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声
压制方法，其特征在于，所述步骤一相似性分组包括以下具体步骤：
1)预处理：先将整个地震资料按照一定的步进长度过完备的分割成N1×N1大小的时-空域子块Yx；然后对各个子块的二维频谱进行阈值r′处理，将大于阈
值的频谱值保留下来，小于阈值的频谱值置0；
2)计算块间距离：将预处理后的子块频谱r′(T(Yx))作为计算块间距离的元
素，选定一个参考块YR，选定搜索窗大小为Nh×Nh，通过2-范数的计算参考块
与其相应搜索窗内其他子块的块间距离：
d(YR,Yx)=||r′(T(YR))-r′(T(Yx))||22(N1)2]]>3)堆叠成三维数组：当两个子块的距离d(YR,Yx)小于阈值τ时，判定两块相
似，然后将所有与同一参考块相似的二维子块，连同参考块一起存放成一个三
维数组，即相似组ZR。
3.如权利要求1所述的一种基于块匹配算法和奇异值分解的地震资料噪声
压制方法，其特征在于，所述步骤二三维奇异值滤波去噪包括以下具体步骤：
1)二维离散余弦变换：进行二维离散余弦变换，将相似组中各个子块变换
到频域；
2)奇异值处理：
(1)二维奇异值分解：对于一个相似组中的任一二维子块A，A是N1×N1的，
它的特征矩阵U2D和V2D分别根据它的行-行协方差矩阵和列-列协方差矩阵求
得，将Ai,i∈[0,N1-1]投影到U2D和V2D上，得到投影系数Λi，满足：
Ai=U2DΛiV2DT]]>Λi即奇异值矩阵，将奇异值矩阵中大于阈值T1的奇异值保留，小于T1的奇异
值置0，然后重构；
(2)一维奇异值分解：将相...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟可心，李娟，李月，杜海龙，王代香，吕伟力，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22