一种高斯束中心射线与成像点位置关系判别方法及装置与流程

1.本发明涉及地震勘探技术，具体涉及一种基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别方法及装置。


背景技术：

2.高斯束偏移程序运行的过程中，在求取射线中心位置点的射线追踪与求取射线动力学特性的动力学射线追踪过程完成以后，即进入成像点与射线中心点的匹配过程。在如图1所示的成像点与中心射线关系示意图中，i为成像点，l为中心射线，o为射线原点，p1到p5为经过射线追踪得到的射线节点。为了求取射线外成像点i上的成像值，需要对i点所所对应的中心射线进行匹配，匹配原则即i点在射线上的垂足点i`点。
3.在常规高斯束成像算法中，为了获得成像点与中心射线一般有以下两种方法：一是在整个射线上寻找与成像点的连线垂直于射线的某一点(以下简称垂直点方法)；二是遍历所有的射线点，计算并提取最近点(以下简称最近点方法)。若对于每根高斯束，中心射线上的点数目为n
ω
，需要计算的成像点数为n，在针对其的成像过程中，垂直点思路与最近点思路的运算时间复杂度均为o(n
·nω
)。hale认为应用垂直点思路进行搜索，会出现单射线多值问题，从而影响高斯束的精度，因此应用最近点思路更为恰当。其借鉴计算机科学包围盒算法，将最近点思路的运算时间复杂度降为o(n
·
(nc+kn/nc))，其中nc为射线包围盒的总数目，k为对每个成像点实际进入包围盒进行运算的次数(一般为一个很小的数)，但是该方法需要进行大量空间中两点距离的计算运算量较大。hill以及gray基于上述方法并利用粗网格插值进行成像。
4.目前已公开的所有方法仅仅以射线节点与成像点的空间位置关系为基础解决问题，而没有考射线传播的方向性、射线本身的微分特性、高斯束的局部特性和相邻成像点相近的特性，从而导致其精度以及搜寻效率都比较低。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别方法及装置。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
7.第一方面，本发明提供一种基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别方法，向量内积的运算量明显小于前文所述的空间中两点距离运算，且在利用中心射线l与成像点i 在高斯束偏移过程中实际的空间相对关系所具备的以下三点基本特性(4)，即“偏移成像过程中，成像点一般呈规则分布且间距较小，因此可以在前一次搜索的基础上对下一个成像点进行匹配”后，利用本文的方法还能进一步降低运算时间复杂度至约o(n)，也就是说本发明不但利用“向量法”中对向量内积的计算替代常规的“最近点方法”中的空间中两点距离计算降低了运算量，还利用偏移过程中的空间特性降低了计算的时间复杂度，所述方法包括：
8.步骤1：输入成像点坐标与前一次判别所得射线节点号n即为图1中p3点在中心射线l 上由原点o(0号点)顺序递增所得的射线节点号，如图1所示，考虑到进行相关向量的内积运算时，可能会出现以下三种情况：(1)如图1a所示，向量和由线段p3p4的两端点射向点i，p3与p4处的射线切向量记为和此时与反号，线段p3p4与i点位置最为接近，此时只需要求取点p3与p4同i的距离，并找到二者中值最小的一个，便可以找到与i 点距离最近的射线点；(2)当点i与线段p3p4如图1b所示时，与同为负，在这种情况下，沿着中心射线的传播方向反向搜寻若干步，即可找到满足图1a所示位置关系的线段； (3)当点i与线段p3p4出现如图1c所示的位置关系时，与同为正，此时沿中心射线的传播方向正向搜寻若干步，即可找到满足图1a所示位置关系的线段。而在程序设计过程中，为了提高运算效率，我们不同时计算上述所有相关向量的内积，而是针对计算机中数据离散存储的特点进行分步运算从而实现优化设计(见图2)；
9.步骤2：如图2所示，我们首先计算成像点到第n个射线节点所成像量与第n个到 n+1个射线节点所成向量的内积；
10.步骤3：判断这个内积是否大于0，若是则说明成像点与射线节点满足图1c所示的位置关系，则令n＝n-1并返回进入步骤2；若否，则进入步骤4；
11.步骤4：判断内积是否等于0，若是则说明成像点垂直于该段节点，我们已经达到目的直接进入步骤6，若否，则进入步骤5；
12.步骤5：计算成像点到第n+1个射线节点所成向量与第n个射线节点到第n+1个射线节点所成向量的内积，并判断该内积是否大于等于0，若是，则满足图1a所示的相互位置关系进入步骤6，若否，则为图1b所示的位置关系，令n＝n+1返回步骤2；
13.步骤6：计算成像点与射线节点之间距离；
14.步骤7：判断该距离与预先设定值的大小关系，若大于预先设定的高斯束成像宽度，则将成像点标记为边界点，若小于或等于，则将该点标记为高斯束内的点。
15.至此，针对某一条高斯束和某一个成像点配对的判别结束，从步骤2至步骤5可以看出其不但还原了步骤1中成像点与射线节点向量法判别的基本原理，还利用计算机中数据离散的特点，分步实现，提高了运算效率。
16.第二方面，本发明提供一种基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别装置，包括：
17.输入模块，用于输入成像点坐标与前一次判别所得射线节点号n；
18.第一计算模块，用于计算成像点到第n个射线节点所成像量与第n个到n+1个射线节点所成向量的内积；
19.第一判断模块，用于判断内积是否大于0，若是，则令n＝n-1并返回进入第一计算模块；若否，则进入第二判断模块；
20.第二判断模块，用于判断内积是否等于0，若是，则进入第二计算模块，若否，则进入计算判断模块；
21.计算判断模块，用于计算成像点到第n+1个射线节点所成向量与第n个射线节点到第n+1个射线节点所成向量的内积，并判断该内积是否大于等于0，若是，进入第二计算模块，若否，令n＝n+1返回进入第一计算模块；
22.第二计算模块，用于计算成像点与射线节点之间距离；
23.第三判断模块，判断该距离与预先设定值的大小关系，若大于预先设定的高斯束成像宽度，则将成像点标记为边界点，若小于或等于，则将该点标记为高斯束内的点。
24.第三方面，本发明提供一种基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
25.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
26.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
27.与目前已公开的其他现有技术相比，本发明综合利用射线传播的方向性、射线本身的微分特性、高斯束的局部特性和相邻成像点相近的特性，基于垂直点思路，应用向量方法，有效避免了多值问题的产生，在提高了垂直点思路的精度的同时，提高搜寻效率。
附图说明
28.图1为成点与中心射线关系示意图；
29.图2为本发明实施例1提供的基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别方法的流程图；
30.图3为经预处理后的炮集地震记录图；
31.图4为网格化的速度-深度模型图；
32.图5为输入相关偏移参数界面操作图；
33.图6为偏移形成地震剖面；
34.图7为本发明实施例2提供的基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别装置的组成示意图；
35.图8为本发明实施例3提供的基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端的组成示意图。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
37.实施例1：
38.向量法基于高斯束在成像过程中，成像点与中心射线具有以下几个基本特性：
39.(1)射线传播具有方向性，该特性是向量法的基础，保证向量法搜寻能够有方向高效地执行；
40.(2)射线在一个局部区域可以近似地看为一条直线，该特性保证应用在本技术提出的方法所找到的垂直点即为最近点；
41.(3)高斯束的能量集中于中心射线附近，其保证仅仅需要找到一对最近的对应点
即可，而不需要进行额外搜索；
42.(4)相邻成像点在射线上的对应节点距离相近，其保证申请所提出的方法能在很少的几步之内确定出目标对应点，具有极高的效率。
43.参阅图2所示，本实施例提供的基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别方法，该方法包括如下步骤：
44.步骤1：输入成像点坐标与前一次判别所得射线节点号n即为图1中p3点在中心射线l 上由原点o(0号点)顺序递增所得的射线节点号，如图1所示，考虑到进行相关向量的内积运算时，可能会出现以下三种情况：(1)如图1a所示，向量和由线段p3p4的两端点射向点i，p3与p4处的射线切向量记为和此时与反号，线段p3p4与i点位置最为接近，此时只需要求取点p3与p4同i的距离，并找到二者中值最小的一个，便可以找到与i 点距离最近的射线点；(2)当点i与线段p3p4如图1b所示时，与同为负，在这种情况下，沿着中心射线的传播方向反向搜寻若干步，即可找到满足图1a所示位置关系的线段； (3)当点i与线段p3p4出现如图1c所示的位置关系时，与同为正，此时沿中心射线的传播方向正向搜寻若干步，即可找到满足图1a所示位置关系的线段。而在程序设计过程中，为了提高运算效率，我们不同时计算上述所有相关向量的内积，而是针对计算机中数据离散存储的特点进行分步运算从而实现优化设计(见图2)；
45.步骤2：如图2所示，我们首先计算成像点到第n个射线节点所成像量与第n个到 n+1个射线节点所成向量的内积；
46.步骤3：判断这个内积是否大于0，若是则说明成像点与射线节点满足图1c所示的位置关系，则令n＝n-1并返回进入步骤2；若否，则进入步骤4；
47.步骤4：判断内积是否等于0，若是则说明成像点垂直于该段节点，我们已经达到目的直接进入步骤6，若否，则进入步骤5；
48.步骤5：计算成像点到第n+1个射线节点所成向量与第n个射线节点到第n+1个射线节点所成向量的内积，并判断该内积是否大于等于0，若是，则满足图1a所示的相互位置关系进入步骤6，若否，则为图1b所示的位置关系，令n＝n+1返回步骤2；
49.步骤6：计算成像点与射线节点之间距离；
50.步骤7：判断该距离与预先设定值的大小关系，若大于预先设定的高斯束成像宽度，则将成像点标记为边界点，若小于或等于，则将该点标记为高斯束内的点。
51.至此，针对某一条高斯束和某一个成像点配对的判别结束，从步骤2-5可以看出其不但还原了步骤1中成像点与射线节点向量法判别的基本原理，还利用计算机中数据离散的特点，分步实现，提高了运算效率。
52.通过上述方法步骤，对于每根高斯束的成像运算，将运算时间复杂度由o(n
·
(nc+kn/nc)) 其中nc为射线包围盒的总数目，k为对每个成像点实际进入包围盒进行运算的次数，降为约 o(n)。并且，本方法基于向量内积运算而非空间中两点距离运算，运算量较小，本方法还容易高效地扩展至三维，与目前已公开的其他方法相比，本发明综合利用射线传播的方向性、射线本身的微分特性、高斯束的局部特性和相邻成像点相近的特性，基于垂直
点思路，应用向量方法，有效避免了多值问题的产生，在提高了垂直点思路的精度的同时，提高搜寻效率。
53.所述为对常规高斯束叠前深度偏移成像的技术改进，重点改进了在高斯束偏移成像程序后台运行过程中的一个影响成像精度与效率的关键环节
──
成像点与射线节点位置判别
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时常规算法利用基于距离并遍历射线节点而造成效率低下的问题。为了用户使用方便，偏移程序的安装与使用方法与一般的叠前深度偏移程序完全相同。即导入经预处理后的炮集地震记录(见图3)和网格化的速度-深度模型(见图4)，在输入相关偏移参数(见图5)之后程序即可自动运行，直至偏移形成地震剖面(见图6)，用于后续的解释工作，与目前已公开的其他方法相比，本发明综合利用射线传播的方向性、射线本身的微分特性、高斯束的局部特性和相邻成像点相近的特性，基于垂直点思路，应用向量方法，有效避免了多值问题的产生，在提高了垂直点思路的精度的同时，提高搜寻效率。
54.实施例2：
55.参阅图7所示，本实施例提供的基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别装置主要包括：
56.输入模块71，用于输入成像点坐标与前一次判别所得射线节点号n；
57.第一计算模块72，用于计算成像点到第n个射线节点所成像量与第n个到n+1个射线节点所成向量的内积；
58.第一判断模块73，用于判断内积是否大于0，若是，则令n＝n-1并返回进入第一计算模块；若否，则进入第二判断模块；
59.第二判断模块74，用于判断内积是否等于0，若是，则进入第二计算模块，若否，则进入计算判断模块；
60.计算判断模块75，用于计算成像点到第n+1个射线节点所成向量与第n个射线节点到第n+1个射线节点所成向量的内积，并判断该内积是否大于等于0，若是，进入第二计算模块，若否，令n＝n+1返回进入第一计算模块；
61.第二计算模块76，用于计算成像点与射线节点之间距离；
62.第三判断模块77，判断该距离与预先设定值的大小关系，若大于预先设定的高斯束成像宽度，则将成像点标记为边界点，若小于或等于，则将该点标记为高斯束内的点。
63.与目前已公开的其他方法相比，本发明综合利用射线传播的方向性、射线本身的微分特性、高斯束的局部特性和相邻成像点相近的特性，基于垂直点思路，应用向量方法，有效避免了多值问题的产生，在提高了垂直点思路的精度的同时，提高搜寻效率。
64.实施例3：
65.参阅图8所示，本实施例提供的基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端包括处理器78、存储器79以及存储在该存储器79中并可在所述处理器78上运行的计算机程序80，例如基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别处理程序。该处理器78执行所述计算机程序80时实现上述实施例1中如图2所示的步骤。或者，所述处理器78执行该计算机程序80时实现上述实施例2中各模块的功能。
66.所述计算机程序80可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器79中，并由所述处理器78执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能
够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序80在所述基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端中的执行过程。
67.所述基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端可包括，但不仅限于，处理器78、存储器79。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端的示例，并不构成基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
68.所称处理器78可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specificintegrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(fieldprogrammable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
69.所述存储器79可以是所述基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端的内部存储元，例如基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端的硬盘或内存。所述存储器79也可以是所述基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端的外部存储设备，例如所述基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmedia card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card) 等。进一步地，所述存储器79还可以既包括所述基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器79用于存储所述计算机程序以及所述基于向量的高斯束中心射线与成像点位置关系判别终端所需的其他程序和数据。所述存储器79还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
70.实施例4：
71.本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤。
72.所示计算机可读介质可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器 (eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理再以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
73.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。