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应用地球物理  2020, Vol. 17 Issue (3): 419-431    DOI: 10.1007/s11770-020-0825-7
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基于U-Net 神经网络的低频涌浪噪声压制*
张锐埼1,宋鹏♦,1,2,3,刘保华4,张晓波4,谭军1,2,3,邹志辉1,2,3,解闯1,王绍文1
1. 中国海洋大学海洋地球科学学院,山东青岛 266100;
2. 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266100;
3. 中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室,山东青岛 266100;
4. 国家深海基地管理中心,山东青岛 266237
Low-frequency swell noise suppression based on U-Net*
Zhang Rui-qi 1, Song Peng 1,2,3, Liu Bao-hua 4, Zhang Xiao-bo 4, Tan Jun 1,2,3, Zou Zhi-hui 1,2,3,Xie Chuang 1, and Wang Shao-wen 1
1. College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China.
2. Laboratory for MMR, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266100, China.
3. Key Laboratory of Submarine Geoscience and Prospecting Techniques, Ministry of Education, Qingdao 266100, China.
4. National Deep Sea Center, Qingdao 266237, China.
 全文: PDF (1407 KB)   HTML ( KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 海上地震数据中常见强振幅条带状低频涌浪噪声干扰,常规的高通滤波算法往往会造成低频有效信息的严重损伤。为高精度剔除涌浪噪声并且有效保护低频信息,本文将DnCNN 的残差学习策略引入至U-Net 神经网络,通过批标准化、跳跃连接等处理手段,构建了具备一定的泛化性的U-Net 神经网络,其可实现低频涌浪噪声的高精度剔除。数值模型数据和实际数据的去噪实验均表明:该网络具备高效学习能力,噪音剔除精度高,且避免了常规神经网络方法对模型数据的过拟合,具有一定泛化性,同时可有效保护低频信息。相比于目前工业界常用的高通滤波方法,基于U-Net 神经网络的涌浪剔除算法能够在高精度剔除低频涌浪干扰的同时,有效地保护低频信息,这对于后续的保幅成像以及全波形反演等处理具有重要意义。
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关键词U-Net 神经网络   涌浪噪声   噪声衰减   残差学习   泛化性     
Abstract: Low-frequency band-shaped swell noise with strong amplitude is common in marine seismic data. The conventional high-pass filtering algorithm widely used to suppress swell noise often results in serious damage of effective information. This paper introduces the residual learning strategy of denoising convolutional neural network (DnCNN) into a U-shaped convolutional neural network (U-Net) to develop a new U-Net with more generalization, which can eliminate low-frequency swell noise with high precision. The results of both model date tests and real data processing show that the new U-Net is capable of efficient learning and high-precision noise removal, and can avoid the overfitting problem which is very common in conventional neural network methods. This new U-Net can also be generalized to some extent and can effectively preserve low-frequency effective information. Compared with the conventional high-pass filtering method commonly used in the industry, the new U-Net can eliminate low-frequency swell noise with higher precision while effectively preserving low-frequency effective information, which is of great significance for subsequent processing such as amplitude-preserving imaging and full waveform inversion.
Key wordsU-Net   swell noise   noise attenuation   residual learning   generalization   
收稿日期: 2019-11-18;
基金资助:

本研究由山东省重大科技创新工程项目(编号:2019JZZY010803),中央高校基本科研业务费专项(编号:201964016),国家自然科学基金项目(编号:41704114),国家重大科技专项(编号:2016ZX05027-002),泰山学者基金项目(编号:No.tspd20161007),及国家留学基金委(编号:201906335010))联合资助。

通讯作者: 宋鹏(E-mail: pengs@ouc.edu.cn)     E-mail: pengs@ouc.edu.cn
作者简介: 张锐埼,2017 年本科毕业于西安石油大学海洋油气工程专业,中国海洋大学海洋地球科学学院在读硕士研究生,主要从事基于人工智能的地震数据噪音衰减研究及其应用。通讯地址:青岛市崂山区松岭路238 号、邮编:266100、Email:zhangrq997622@163.com
引用本文:   
. 基于U-Net 神经网络的低频涌浪噪声压制*[J]. 应用地球物理, 2020, 17(3): 419-431.
. Low-frequency swell noise suppression based on U-Net*[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2020, 17(3): 419-431.
 
没有本文参考文献
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