一种处理三维地震数据的方法及装置与流程
本申请涉及石油勘探地震信号处理领域，尤其涉及一种处理三维地震数据的方法及装置。
背景技术：
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
随着油气勘探开发精度的不断提高，“两宽一高”、单点高密度和多分量等三维地震勘探技术得到大范围的应用，从而使得地震勘探数据量高速增长，这对地震数据采集、处理、传输、存储等方面都带来了新的挑战。因此，如何在保证三维地震数据主要特征基本不变的前提下，对三维地震数据进行合理的处理和压缩，从而降低传输成本、减少传输资源占用时间等具有重要的现实意义。
目前，国内外主要使用变换编码(如离散余弦变换、小波变换等)方法进行地震数据的压缩。虽然这些压缩方法都取得了一定的效果，但都是一维或者二维压缩方法，并不能直接压缩通过上述三维地震勘探技术采集到的三维地震数据，因而不能得到良好的数据压缩结果。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现要素：
本申请实施方式的目的是提供一种处理三维地震数据的方法及装置，以提高三维地震数据的压缩效果。
为了实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案：
利用三维离散曲波变换方法对所述三维地震数据进行稀疏表示，以获取所述三维地震数据的三维稀疏表示系数；
利用硬阈值算法对所述三维稀疏表示系数进行阈值处理；
对所述阈值处理后的三维稀疏表示系数进行编码。
在至少一实施方式中，所述利用三维离散曲波变换方法对所述三维地震数据进行稀疏表示以获取所述三维地震数据的三维稀疏表示系数的步骤包括利用下述公式来获取所述三维稀疏表示系数：
其中，sparsecoef(j,l,k)为所述三维稀疏表示系数；seis3d(n1,n2,n3)为所获取的三维地震数据；
在至少一实施方式中，所述利用硬阈值算法对所述三维稀疏表示系数进行阈值处理的步骤包括利用下述公式来对所述三维稀疏表示系数进行阈值处理：
其中，thredcoef(j,l,k)为阈值处理后的三维稀疏表示系数；t为用户设定的阈值。
在至少一实施方式中，对所述阈值处理后的三维稀疏表示系数进行编码的步骤包括利用下述公式对所述三维稀疏表示系数进行编码：
codecoef(m).v＝thredcoef(j,l,k)如果|thredcoef(j,l,k)|＞0
codecoef(m).j＝j如果|thredcoef(j,l,k)|＞0
codecoef(m).l＝l如果|thredcoef(j,l,k)|＞0
codecoef(m).k＝k如果|thredcoef(j,l,k)|＞0
其中，codecoef(m)为编码后的所述三维稀疏表示系数；m为编码后的所述三维稀疏表示系数的下标，其最大值为阈值处理后的非零三维稀疏表示系数的个数；ν为三维稀疏表示系数的数值。
在至少一实施方式中，该方法还可以包括：
对编码后的所述三维稀疏表示系数进行解码；
利用所述三维离散曲波变换方法的逆变换方法对解码后的所述三维稀疏表示系数进行逆变换，以获得压缩恢复后的三维地震数据。
在至少一实施方式中，该方法还可以包括：对编码后的所述三维稀疏表示系数进行存储。
在至少一实施方式中，该方法还可以包括：
读取所存储的所述三维稀疏表示系数；
对所读取的所述三维稀疏表示系数进行解码；
利用所述三维离散曲波变换方法的逆变换方法对解码后的所述三维稀疏表示系数进行逆变换，以获得压缩恢复后的三维地震数据。
在至少一实施方式中，所述对所述三维稀疏表示系数进行解码的步骤包括利用下述公式对所述三维稀疏表示系数进行解码：：
其中，decodecoef(j,l,k)为解码后的所述三维稀疏表示系数；
相应的，所获得的压缩恢复后的所述三维地震数据可以为：
其中，rseis3d(n1,n2,n3)压缩恢复后的所述三维地震数据。
本申请的实施方式还提供了一种用于处理三维地震数据的装置，该装置可以包括：
获取单元，用于利用三维离散曲波变换方法对所述三维地震数据进行稀疏表示，以获取所述三维地震数据的三维稀疏表示系数；
阈值处理单元，用于利用硬阈值算法对所述三维稀疏表示系数进行阈值处理；
编码单元，用于对所述阈值处理后的三维稀疏表示系数进行编码。
在至少一实施方式中，该装置还可以包括：
存储单元，用于对编码后的所述三维稀疏表示系数进行存储。
在至少一实施方式中，该装置还包括：
解码单元，用于对编码后的所述三维稀疏表示系数进行解码；
逆变换单元，用于利用所述三维离散曲波变换方法的逆变换方法对解码后的所述三维稀疏表示系数进行逆变换，以获得压缩恢复后的三维地震数据。
由以上本申请实施方式提供的技术方案可见，本申请通过利用三维离散曲波变换方法对所述三维地震数据进行稀疏表示以获得所述三维地震数据的三维稀疏表示系数、对所述三维稀疏表示系数进行阈值处理以及对所述阈值处理后的三维稀疏表示系数进行编码来实现对三维地震数据的直接压缩处理，从而实现了提高三维地震数据的压缩效果的目的，并且可以很好地体现三维地震数据的结构特点，还可以有利于降低后续传输成本、减少传输资源占用的时间等。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为根据本申请的一实施方式的一种处理三维地震数据的方法的流程示意图。
图2为根据本申请的另一实施方式的一种处理三维地震数据的方法的流程示意图。
图3为根据本申请的另一实施方式的一种处理三维地震数据的方法的流程示意图。
图4(a)-图4(c)分别示出所获取的三维单炮记录、压缩恢复的三维单炮记录以及三维单炮记录与压缩恢复的三维单炮记录之差。
图5为根据本申请的一实施方式的一种用于处理三维地震数据的装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本申请保护的范围。
下面结合附图对本申请所述的处理三维地震数据的方法进行详细的说明。虽然本申请提供了如下述实施方式或流程图所述的方法操作步骤，但是基于常规或者无需创造性的劳动，在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。此外，所述方法在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施方式中所提供的执行顺序。
图1为根据本申请实施方式的一种处理三维地震数据的方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
s1：利用三维离散曲波变换方法对三维地震数据进行稀疏表示，以获取所述三维地震数据的三维稀疏表示系数。
所述三维地震数据可以是在全部或部分目标勘探区域中所采集的三维单炮记录。
在获取三维地震数据后，可以利用三维离散曲波变换方法对所获取的三维地震数据进行稀疏表示，根据所述稀疏表示来获取所述三维地震数据的三维稀疏表示系数。具体地，
在获取三维地震数据后，构建所述三维地震数据的三维离散曲波，并计算该三维离散曲波的共轭复数，然后利用该共轭复数与所述三维地震数据进行稀疏表示，从而获得所述三维地震数据的三维稀疏表示系数。获取三维稀疏表示系数的具体过程可以用下述公式来表示：
其中，sparsecoef(j,l,k)为三维稀疏表示系数；seis3d(n1,n2,n3)为三维地震数据；
通过对三维地震数据进行稀疏表示，使得后续对原始复杂冗余的三维地震数据的处理可以转换为对三维地震数据的三维稀疏表示系数的处理，从而可以大大简化三维地震数据处理的复杂度。
s2：对三维地震数据的三维稀疏表示系数进行阈值处理。
在获得三维地震数据的三维稀疏表示系数之后，可以利用硬阈值算法对三维稀疏表示系数进行阈值处理。具体地，
在获取三维地震数据的三维稀疏表示系数之后，可以利用所获取的用户设定的阈值对所述三维稀疏表示系数进行迭代处理，从而得到符合所述阈值的三维稀疏表示系数。对三维稀疏表示系数进行阈值处理的过程可以用下述公式来表示：
其中，thredcoef(j,l,k)为阈值处理后的三维稀疏表示系数；t为用户设定的阈值，该阈值可以根据实际数据的噪声水平来确定，一般取最大的三维稀疏表示系数的1e-6倍。该阈值可以是预先获取的，也可以是即时获取的。
通过对三维地震数据的三维稀疏表示系数进行阈值处理，可以减少三维表示稀疏系数的个数，从而减小存储空间。
s3：对阈值处理后的三维稀疏表示系数进行编码，以获取压缩后的三维地震数据。
在对三维稀疏表示系数进行阈值处理后，可以对其进行编码，以得到压缩后的三维地震数据。可以利用统计编码、矢量量化和子带编码、脉冲编码调制、预测编码、变换编码和混合编码等方法对三维稀疏表示系数进行编码，但不限于此。
在本申请的一实施方式中，可以利用下述公式对三维稀疏表示系数进行编码，从而获得三维稀疏表示系数：
codecoef(m).v＝thredcoef(j,l,k)如果|thredcoef(j,l,k)|＞0
codecoef(m).j＝j如果|thredcoef(j,l,k)|＞0
codecoef(m).l＝l如果|thredcoef(j,l,k)|＞0
codecoef(m).k＝k如果|thredcoef(j,l,k)|＞0
其中，codecoef(m)为编码后的三维稀疏表示系数；m为编码后的三维稀疏表示系数的下标，其最大值为阈值处理后的非零三维稀疏表示系数的个数；v表示三维稀疏表示系数的数值。
上述编码后的三维稀疏表示系数即为所述三维地震数据的压缩结果。
在本申请的一实施方式中，如图2所示，该方法还可以包括：
s4：存储编码后的三维稀疏表示系数。
在获得经过编码的三维稀疏表示系数后，可以存储该三维稀疏表示系数，即存储三维地震数据的压缩结果，以便于后续处理使用。此外，也可以传输该压缩结果，以便于其他技术人员使用。
在本申请的一实施方式中，如图3所示，该方法也还可以包括：
s5：对压缩后的三维地震数据进行稀疏重建。
在对三维稀疏表示系数进行编码后，可以对所获得的三维地震数据进行稀疏重建，以得到压缩恢复后的三维地震数据，从而可以确认经过压缩处理后的三维地震数据是否有数据丢失，进而验证所述三维地震数据的压缩效果。
需要说明的是，虽然图3中示出了在步骤s3后执行该步骤，但该步骤也可以在步骤s4后执行。
对于在步骤s3后执行该步骤的情况，该步骤的具体执行过程如下：
s51a：对编码后的三维稀疏表示系数进行解码。
可以利用与上述步骤s3中的编码方法对应的解码方法，对编码后的三维稀疏表示系数进行解码。该步骤的具体执行过程可以用如下公式来表示：
其中，decodecoef(j,l,k)为解码后的三维稀疏表示系数；
je＝codecoef(m).j
le＝codecoef(m).l。
ke＝codecoef(m).k
s52a：利用与所述三维离散曲波变换方法对应的逆变换方法对解码后的三维稀疏表示系数进行逆变换。
在对三维稀疏表示系数进行解码后，可以利用与所述三维离散曲波变换方法对应的逆变换方法对解码后的三维稀疏表示系数进行逆变换，以获得压缩恢复后的三维地震数据，从而实现对压缩后的三维地震数据的稀疏重建。对解码后的三维稀疏表示系数进行逆变换的具体过程可以用如下公式来表示：
其中，rseis3d(n1,n2,n3)为压缩恢复后的三维地震数据。
对于在步骤s4后执行该步骤的情况，该步骤的具体执行过程如下：
s51b：读取所存储的编码后的三维稀疏表示系数。
可以按照所接收的指令，读取所存储的编码后的三维稀疏表示系数，即读取压缩的三维地震数据。该指令可以是即时接收的，也可以是预先接收的。该指令可以是自动化脚本，也可以是用户指令。
s52b：对所读取的三维稀疏表示系数进行解码。
在读取编码后的三维稀疏表示系数后，可以对该三维稀疏表示系数进行解码。
对于该步骤的具体执行过程，可以参照步骤s51a，在此不再赘叙。
s53b：利用与所述三维离散曲波变换方法对应的逆变换方法对解码后的三维稀疏表示系数进行逆变换。
对于该步骤的具体执行过程，可以参照步骤s52a，在此不再赘叙。
本申请的实施方式通过利用三维离散曲波变换方法对所述三维地震数据进行稀疏表示以获得所述三维地震数据的三维稀疏表示系数、利用硬阈值算法对所述三维稀疏表示系数进行阈值处理以及对所述阈值处理后的三维稀疏表示系数进行编码来实现对三维地震数据的直接压缩处理，而不是通过采用一维或二维的压缩方法来实现对三维地震数据的压缩处理，从而实现了提高三维地震数据的压缩效果的目的，并且可以很好地体现三维地震数据的结构特点，还可以有利于降低后续传输成本、减少传输资源占用的时间等。此外，通过对压缩后的三维地震数据进行稀疏重建，可以确认经过压缩处理后的三维地震数据是否有数据丢失，并且能够保证较小的重建误差。
下面以具体实例来说明本申请所提供的处理三维地震数据的方法的实际应用效果。
图4(a)为所获取的三维单炮记录，图4(b)为压缩恢复的三维单炮记录，以及图4(c)为所获取的三维单炮记录与压缩恢复的三维单炮记录之差。经过计算，利用本申请所提供的方法对图4(a)中的所示的三维单炮记录进行压缩处理后，其相对均方误差为0.05，压缩后压缩率为143.23。通过对比图4(a)与图4(b)可见，压缩恢复后的三维单炮记录几乎没有信息损失，从图4(c)也可以看出这一点。由此可见，通过利用本申请所提供的方法，在实现三维地震数据高压缩比压缩的同时，能够保证较小的重建误差。
基于同一构思，本申请实施方式还提供了一种用于处理三维地震数据的装置，如图5所示。该装置可以包括获取单元110、阈值处理单元120以及编码单元130。其中，
获取单元110可以用于利用三维离散曲波变换方法对所述三维地震数据进行稀疏表示以获取所述三维地震数据的三维稀疏表示系数。
阈值处理单元120可以用于利用硬阈值算法对所述三维稀疏表示系数进行阈值处理。
编码单元130可以用于对所述阈值处理后的三维稀疏表示系数进行编码，以实现对所述三维地震数据的压缩。
在本申请的另一实施方式中，该装置还可以包括：存储单元(图中未示出)，其可以用于存储编码后的三维稀疏表示系数。
在本申请的另一实施方式中，该装置还可以包括：解码单元和逆变换单元，还可以包括读取单元。其中，读取单元可以用于从存储单元中读取所存储的编码后的三维稀疏表示系数；解码单元可以用于对编码后的三维稀疏表示系数进行解码；逆变换单元可以用于对解码后的三维稀疏表示系数进行逆变换。这三个单元可以相互独立，也可以集成于一体。
本实施方式提供的用于处理三维地震数据的装置与本申请中上述处理三维地震数据的方法相对应，可以实现本申请处理三维地震数据的方法的技术效果，因此用于处理三维地震数据的装置的实施可以参见上述处理三维地震数据的方法的实施，重复之处不再赘叙。
上述实施例阐明的装置或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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