基于EMD与1D全变分的地震信号去噪.pdf

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1、第27卷第3期四川理工学院学报(自然科学版)Vo1．27No．32014年6月JournalofSichuanUniversityofScience&Engineering(NaturalScienceEdition)Jun．2014文章编号：1673—1549(2014)03-0029-05DOI：10．11863／j．suse．2014．03．07基于EMD与1D全变分的地震信号去噪王均荣，张涛，安素珍，周仲礼，王茂芝(1．成都理工大学数学地质I~IJsl省重点实验室，成都610059；2．电子科技大学神

2、经信息教育部重点实验室，成都610054)摘要：经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition，EMD)是一种信号的时频分析方法，该方法在不需要先验知识的条件下，可以将非平稳、非线性信号，依据信号的特征，自适应的分解为多个本征模态函数(IntrinsicModeFunction，IMF)之和，得到高的频率分辨率。然而，一般的去噪方法是将所选择的高频IMF部分取不同的阈值进行滤波或者是直接置为零重构后实现信号的去噪，很显然这会造成高频部分有用信号的损失。1D全变分(TotalVariatio

3、n，TV)是一种有效的信号去噪方法，能够非常好的保护信号边缘信息，但有时也会把噪声当作边缘信息，出现虚假边缘现象。因此，基于EMD和1D—TV的优点提出了一种新的去噪方法，根据对实际金属矿床地震信号处理的结果表明，该算法能有效的消除地震信号中的噪声，并能有效保护地震信号边缘构造信息。关键词：1D全变分；EMD；地震信号去噪中图分类号：TB115文献标志码：A号与噪声信号的分离，并能有效的保护地震信号边缘信引言息。地震信号中噪声的压制是地震数据处理中重要的将EMD技术与1D—TV方法相结合，应用于地震信预处理任

4、务，关系到后续的地震信号属性提取和数据号噪声的压制。首先通过EMD算法将地震信号分解为解释等相关工作。严格意义上地震信号属于非平稳信一系列表征信号特征时间尺度的固有模态函数(Intrinsic号⋯，随着现代地震勘探对地震资料信噪比的要求越ModeFunction，IMF)，然后应用1D—TV方法对所选择来越高，各种现代数字信号处理方法被广泛应用，如的高频成分IMF分量进行处理，最后利用处理后的IMFICA、PCA、小波阈值、EMD、TV等去噪方法。但是，目分量重构信号，从而达到去噪的目的。该方法能充分发前很多

5、方法难以有效地应付更为复杂的地震信号，往挥两者的优点，在更精细的尺度上对噪声进行压制，并往在去噪的同时，也会造成严重的细节性有效信号的使信号边缘信息得到有效的保护。实际的地震数据处丢失。因此，在有效消除地震信号噪声的同时，如何有理结果表明该新算法是可行的，且去噪效果优于单独使效保持地震信号中的构造边缘信息，已成为人们更为用EMD方法。关心的问题。经验模态分解时频分析法是最近发展起1EMD／TV(全变分)方法原理来的一种处理非线性非平稳信号的新方法，由于EMD算法能自主分解输入信号，因此EMD去噪是自适应的，1

6、．1经验模态分解(EMD)去噪原理不需要先验知识，与传统的傅里叶变换滤波相比有着明EMD是对非平稳信号进行时频处理的方法，该方法显的优势]。另外，1D—TV算法能较好地实现地震信将信号中不同尺度的波动逐级分解开来，产生一系列具收稿13期：2013·12-22基金项目：国家863计划项目(2008AA121103)；中国地质调查局项目(1212011120226)作者简介：王均荣(1986．)，女，山西太原人，硕士生，主要从事空间分析和图像处理方面的研究，(E-mail)707561048@qq．com四川理工

7、学院学报(自然科学版)2014年6月有不同特征尺度的数据信号，每一个数据信号就是一个从高到低，因此第一个IMF分量的频率最高，是由高频固有模态函数IMF，IMF分量按从高频到低频依次排随机噪声引起的。去除高频分量后，用剩余的IMF分量列。其中，IMF必须满足以下两个条件：重构信号，即达到去噪的目的’。(1)信号的极值点数目和过零点数目相等或最多1．21D—TV模型去噪原理相差一个。全变分去噪模型首先由Rudin、OsherandFatemi于(2)且由局部极大值构成的上包络线和局部极小1992年提出]，主要用

8、于图像的去噪、修复、分割等方值构成的下包络线的平均值为零]。面，该方法基于噪声图像的全变分明显高于无噪声图像以实际地震信号分解(图1)为例，EMD算法的实施的全变分，把图像去噪问题转化为求解图像模型的能量步骤：泛函最小化问题，其实质就是各向异性扩散，从而实现(1)找到信号Y(t)所有的局部极大值并且用三次去除图像的噪声，其优点在于平滑噪声的同时，又能很样条函数插值连接，获得上包络线；同理，连接局部极