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Type: Dissertação
Title: Compressão de dados sísmicos pós-pilha usando uma rede adversária generativa com função de perda composta
Author: Ribeiro, Kevyn Swhants dos Santos
First Advisor: Vieira, Marcelo Bernardes
Co-Advisor: Villela, Saulo Moraes
Referee Member: Maciel, Luiz Maurílio da Silva
Referee Member: Pedrini, Hélio
Resumo: Dados sísmicos fornecem informações estruturais e estáticas da região de onde foram coletados, usadas para determinar regiões para explorar petróleo e gás. As melhorias nos métodos de aquisição, especialmente na alta qualidade dos sensores, também aumentaram o tamanho dos dados sísmicos. A motivação para comprimi-los vem da necessidade de centenas de terabytes para transmitir e armazenar dados sísmicos. Este trabalho apresenta um método para compressão de dados sísmicos pós-pilha tridimensional (3D) integrando um autocodificador baseado em convoluções 3D e uma rede adversária generativa (GAN). O principal desafio dos autocodificadores é como explorar a redundância volumétrica, mantendo as dimensões da representação latente. O método proposto é baseado em uma rede neural convolucional para compressão de dados sísmicos chamada 3DSC. A principal hipótese é que a arquitetura da 3DSC pode ser melhorada pelo treinamento adversário. Assim, é proposto um novo método de compressão de dados sísmicos baseado em 3D (3DSC-GAN) ao acoplar a rede 3DSC a uma GAN. O módulo decodificador é utilizado como um gerador de dados sísmicos pós-pilha integrado a um módulo discriminador para melhor explorar a redundância volumétrica presente no dado 3D. Também é proposta uma nova forma para calcular a distorção em dados multidimensionais, como dados sísmicos. Visto que funções genéricas ignoram a estrutura do dado 3D e o consideram como um vetor 1D, a ideia consiste em aplicar uma função de perda diferente para cada eixo, para uma redução de dimensionalidade que melhor capture o erro de acordo com sua grandeza. Para isso, é feito um estudo extensivo para analisar as possíveis combinações de funções para o problema de compressão de dados sísmicos pós-pilha 3D. Os resultados indicam que o método 3DSC-GAN supera os métodos anteriores para taxas de bits alvo muito baixas, aumentando a relação sinal-ruído de pico (PSNR) com alta qualidade visual de reconstrução. Além disso, os experimentos realizados aplicando a nova função de distorção mostram que ela auxilia no processo de aprendizado da rede, gerando uma reconstrução superior comparado com métodos que utilizam PSNR como função de distorção, em termos quantitativos e qualitativos.
Abstract: Seismic data provide structural and static information of the region where they were acquired, used to determine regions to explore oil and gas. The improvements in the acquisition methods, especially in the high quality of the sensors, have also increased the size of the seismic data. The motivation for compressing them comes from the demand for hundreds of terabytes to transmit and store seismic data. This work presents a method for three-dimensional (3D) poststack seismic data compression integrating a 3D convolutionbased autoencoder to a generative adversarial network (GAN). The main challenge of the 3D convolutional autoencoder is how to exploit volumetric redundancy, keeping the latent representation dimensions. The proposed method is based on a convolutional neural network for seismic data compression called 3DSC. The main hypothesis is that 3DSC architecture can be improved by adversarial training. Thus, a new 3D-based seismic data compression method (3DSC-GAN) is proposed by coupling the 3DSC network to a GAN. The decoder module is used as a generator of poststack seismic data integrated with a discriminator module to better exploit the volumetric redundancy of the 3D data. Also, a new fashion to calculate the distortion for multidimensional data is proposed, such as seismic data. Since the generic functions ignore the 3D data structure and consider it as a 1D vector, the idea is to apply a different loss function for each axis, for a reduction in dimensionality that better captures the error according to its magnitude. For this purpose, an extensive study is performed to analyze the possible combinations of functions for the 3D poststack seismic data compression problem. Results indicate that the 3DSC-GAN method outperforms previous ones for very low target bit rates, increasing the peak signal-to-noise ratio (PSNR) with high visual reconstruction quality. In addition, the experiments using the new distortion function show that it benefits the network learning process, generating a superior reconstruction compared to methods that use PSNR as a distortion function, in quantitative and qualitative terms.
Keywords: Compressão de dados sísmicos
Aprendizado profundo
Redes adversárias generativas
Dados sísmicos pós-pilha 3D
Seismic data compression
Deep learning
Generative adversarial networks
3D poststack seismic data
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15519
Issue Date: 22-Sep-2022
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