量子圖像處理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、量子計(jì)算是量子力學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物,作為一種新型的計(jì)算模式,已成為解決摩爾律失效問(wèn)題的一個(gè)可能的解決方法。本文結(jié)合量子計(jì)算的基本概念和原理,研究了量子圖像處理技術(shù)中的圖像存儲(chǔ)與檢索、圖像幾何變換、圖像壓縮和圖像分割四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。量子圖像處理技術(shù)的研究一方面為未來(lái)量子計(jì)算機(jī)技術(shù)做好理論和方法的儲(chǔ)備,對(duì)量子計(jì)算理論完善和應(yīng)用的推廣有重大意義。另一方面也是量子計(jì)算理論在圖像處理領(lǐng)域的拓展,對(duì)圖像處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了一種新的觀念和

2、思路。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)概括如下:
　　1.根據(jù)單量子比特和多量子比特的量子態(tài)表示顏色兩種情況,提出了5種量子圖像表示方法,分別是:單量子比特的量子態(tài)表示圖像、規(guī)范任意的疊加態(tài)(Normal Arbitrary Superposition State, NASS)表示一幅多維圖像、規(guī)范任意的量子疊加態(tài)(Normal Arbitrary Quantum Superposition State, NAQSS)表示圖像和圖像的附

3、加信息、相關(guān)相位的規(guī)范任意的疊加態(tài)(Normal Arbitrary Superposition State with Relative Phases, NASSRP)表示圖像和圖像的附加信息、三分量的規(guī)范任意的疊加態(tài)(Normal Arbitrary Superposition State with Three Components, NASSTC)表示多維彩色圖像。同時(shí),分別為這5種圖像表示方法的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的量子線路,并提出了相

4、應(yīng)的圖像檢索方案。量子圖像的存儲(chǔ)和檢索的實(shí)現(xiàn)成功解決了量子圖像處理的基礎(chǔ)問(wèn)題“如何將圖像儲(chǔ)存在量子系統(tǒng)并將它檢索出來(lái)”,并為量子圖像處理提供了前提條件和基礎(chǔ)。
　　2.提出了基于NASS的多維量子彩色圖像的幾何變換,包括兩點(diǎn)交換、對(duì)稱(chēng)翻轉(zhuǎn)、局部翻轉(zhuǎn)、直角旋轉(zhuǎn)和平移變換,并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)線路。從線路的復(fù)雜度分析可知,本文設(shè)計(jì)的量子線路可以方便高效的實(shí)現(xiàn)量子圖像的幾何變換。
　　3.研究了兩類(lèi)量子圖像壓縮(即量子圖像的經(jīng)典壓縮

5、和量子壓縮):量子圖像的經(jīng)典壓縮以減少圖像的存儲(chǔ)容量為目標(biāo);量子圖像的量子壓縮通過(guò)減少存儲(chǔ)圖像的疊加態(tài)系數(shù)不為0的項(xiàng)數(shù),來(lái)減少實(shí)現(xiàn)圖像的量子存儲(chǔ)和操作所需的資源。本文首次提出多維量子圖像的量子壓縮算法,探討了圖像處理在量子計(jì)算機(jī)中的理論和實(shí)踐。
　　4.提出了基于推廣的Grover搜索算法的量子圖像分割。該算法將表示一幅多維圖像和圖像的分割信息的NAQSS量子態(tài)作為初始態(tài),根據(jù)初始圖像的一些統(tǒng)計(jì)信息,選擇合適的相位旋轉(zhuǎn)角度和迭代次