English Français Español Русский 中文 Deutsch Português عربي italiano 日本



         Некоторые вопросы сейсморазведки



 Домашняя  Сервис  Софт  Учебный материал  Контакты

Оцифровка

Оцифровка онлайн (преобразование картинки в SEGY файл)




Почти все, что мы видим и слышим в наши дни, происходит из цифрового источника. Спецэффекты в кино или на телевидении зависят от цифровых методов, CD – это цифровая музыка. Даже радио и телевидение близки к тому, чтобы вещать на цифровых сигналах. Эта статья – лишь серия черных пятен, определенных серией бинарных чисел в дисковом файле.

Цифровая регистрация сейсмических данных используется с 1960-х, и, решая, как регистрировать данные, мы должны принять три решения.

Какова максимально возможная амплитуда во входящем аналоговом сигнале, и как мы регулируем объем для хранения?
Каково минимально возможное число (кроме нуля), которое мы хотим записать (относительно наибольшего)?
Какой шаг дискретизации мы используем?
Регулирование объема данных может быть произвольным – нет гарантированного соотношения между мелкими напряжениями, генерируемыми в приемниках, и объемом данных хранимых на ленте. Это количество могло бы представлять собой, например, милливольты, но оно может регулироваться почти любым способом – нам необходимо отрегулировать их так, чтобы они «подходили» используемому числовому диапазону.

Общий возможный диапазон чисел (от наименьшего до наибольшего) зачастую выражается как динамический диапазон системы. Он обычно выражается в децибелах (дБ), выраженных в логарифмическом масштабе, где каждые 6дБ представляют (примерно) удвоение амплитуды. Каждый бит системы целых чисел, следовательно, будет давать 6дБ динамического диапазона. 16-битные слова, используемые в некоторых системах (и CD!) имеют, следовательно, 6 x 16 или 96 дБ динамический диапазон, что почти эквивалентно общей области звуковых частот. Системы с плавающей запятой теперь используют гораздо бóльшие диапазоны.

Выбор шага дискретизации – процесс несколько более сложный, и мы оставим это до следующей страницы!




Чтобы продемонстрировать некоторые заблуждения, связанные с цифровой записью, ниже приводится синусоидальная волна с частотой 150 Гц при шаге дискретизации 2мсек, оцифрованное изображение и оцифрованный звук. Если у вашей системы есть звуковой выход, используйте кнопочки для проигрывания звука.

Все изображения были подвержены некоторым изменениям, чтобы продемонстрировать некоторые проблемы, связанные с цифровой записью.



Синусоидальная волна с шагом дискретизации 2 мсек исходные данные
Это наши исходные данные. Синусоидальная волна с шагом дискретизации 2 мсек, и звук, с шагом 1/8 миллисекунды. И звук, и картинка используют 256 уровней оцифровки. На картинке они представлены цветностью, а в звуке – уровнем амплитуды.
Данные были урезаны Урезанные данные обычно довольно легко определить


Данные были урезаны (голубая линия показывает исходные данные). Плохой выбор параметров записи означает, что любые очень большие амплитуды выпадают из диапазона записи (в зеленую область), и записываются как наибольшее возможное число.

Современное регистрирующее оборудование имеет автоматический доступ для высоких амплитуд, но это явление возможно на некоторых старых полевых системах и в некоторых обрабатывающих системах. Выводы зачастую урезаны, чтобы избежать «забивания» всех прочих данных высоко амплитудными трассами. Урезанные данные обычно довольно легко определить – пики и впадины будут иметь вершины скорее плоские, нежели скругленные. Нам необходимо убедиться, в любой цифровой системе, что наш числовой диапазон достаточен для записи наибольшей амплитуды.


 

набор данных был квантован мы использовали только числа от -3 до +3

Этот набор данных был квантован. Хотя мы избежали урезания данных, используя достаточно большое число, истинный диапазон чисел ограничен. В этом примере мы использовали только числа от -3 до +3 (целые), чтобы охватить весь диапазон данных.

Эта проблема также встречалась на некоторых ранних полевых системах, и все еще может появляться на некоторых обработанных данных с очень большим амплитудным диапазоном. Если мы сохраним наши данные в 16-битных словах, тогда наибольшее значение будет +32767, и данные будут неверно отрегулированы (или будут сырыми полевыми данными), мы сможем найти в конце трассы, что наши амплитуды находятся в диапазоне от 0 до 0,5. Все эти маленькие значения будут квантованы в целое число со значением ноль!



Случайный шум, вызванный многими факторами в поле, радикально искажает сигнал в нашей сейсмической трассе тушение этого случайного шума

Случайный шум, вызванный многими факторами в поле, радикально искажает сигнал в нашей сейсмической трассе. Мы позднее увидим, как много операций из графа обработки направлено на тушение этого случайного шума.


 

Когерентный шум содержит шум с частотой 50 Гц

Когерентный шум – это другая проблема. Исходная трасса с частотой 150 Гц теперь содержит шум с частотой 50 Гц (наземные данные могут страдать от шумов ЛЭП в диапазоне 50 – 60 Гц).

Звук в данном случае содержит шум с частотой 100 Гц – 50 Гц, который почти не слышен, но он может повредить ваши колонки!


 

полностью отфильтрован фильтром нижних частот Синусоидальная волна с частотой 150 Гц была полностью удалена этим фильтром

Нам также необходимо быть уверенными, что мы регистрируем верные частоты в поле. Пример, показанный здесь, был полностью отфильтрован фильтром нижних частот, с удалением всех частот выше определенного значения. Синусоидальная волна с частотой 150 Гц была полностью удалена этим фильтром, и мы записали только нули!



самая сложная проблема, именуемая аляйсинг подверглась эффекту алясинга

И наконец, самая сложная проблема, именуемая аляйсинг. Еще раз у нас есть только низкие частоты, но в данном случае, это получено путем взятия каждого следующего цифрового шага из нашей исходной формы волны (мы изменили шаг дискретизации до 4 мсек). Вы заметите, что картинка выглядит очень похожей на криминальную ТВ программу «из реальной жизни»!

Этот пример показывает недостаточный шаг дискретизации ("недосэмплирование") с добавлением проблемы, так что исходная синусоида частотой 150 Гц (а в звуковом примере присутствуют и более высокие частоты) подверглась эффекту алясинга и преобразовалась в искаженную (неправильную) частоту. Исходный сигнал с частотой 150 Гц теперь является как сигнал с частотой 100 Гц! Мы все это детально обсудим на следующей странице.



Подробнее об аляйсинге ... Следующая страница