We propose a sparse regularization model for inversion of incomplete Fourier transforms and apply it to seismic wavefield modeling. The objective function of the proposed model employs the Moreau envelope of the $\ell_0$ norm under a tight framelet system as a regularization to promote sparsity. This model leads to a non-smooth, non-convex optimization problem for which traditional iteration schemes are inefficient or even divergent. By exploiting special structures of the $\ell_0$ norm, we identify a local minimizer of the proposed non-convex optimization problem with a global minimizer of a convex optimization problem, which provides us insights for the development of efficient and convergence guaranteed algorithms to solve it. We characterize the solution of the regularization model in terms of a fixed-point of a map defined by the proximity operator of the $\ell_0$ norm and develop a fixed-point iteration algorithm to solve it. By connecting the map with an $\alpha$-averaged nonexpansive operator, we prove that the sequence generated by the proposed fixed-point proximity algorithm converges to a local minimizer of the proposed model. Our numerical examples confirm that the proposed model outperforms significantly the existing model based on the $\ell_1$-norm. The seismic wavefield modeling in the frequency domain requires solving a series of the Helmholtz equation with large wave numbers, which is a computationally intensive task. Applying the proposed sparse regularization model to the seismic wavefield modeling requires data of only a few low frequencies, avoiding solving the Helmholtz equation with large wave numbers. Numerical results show that the proposed method performs better than the existing method based on the $\ell_1$ norm in terms of the SNR values and visual quality of the restored synthetic seismograms.


翻译:我们为不完全的Fourier变换提出一个稀疏的正规化模型,并将其应用于地震波场模型。拟议模型的目标功能在紧密框架系统下使用美元=0.0美元规范的Moreau封套套件,作为促进聚度的正规化。这个模型导致一个非moth、非cavex优化问题,传统迭代计划对此效率低甚至有差异。通过利用美元=0.0美元标准的特殊结构,我们找到一个本地最小化的非convex 低频优化问题,与一个全球最小化的 convex优化问题,这为我们提供了制定高效和趋同的保证算法以解决这个问题。我们用一个固定点来描述由$\ell_0美元规范的地图的解决方案,并开发一个固定点的推算算法来解决它。通过将一个美元-altz 平均值和非解析的快速化操作器与一个全球最小化的固定点调值算器生成的快速化模型生成的序列。我们用一个数字方法来证实一个基于当前平流价模型的模型的模型,而用一个更精确的计算方法来显示一个以美元正式的当前平流化的模型。

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