量子圖像處理關鍵技術研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、量子計算是量子力學和計算機科學相結(jié)合的產(chǎn)物,作為一種新型的計算模式,已成為解決摩爾律失效問題的一個可能的解決方法。本文結(jié)合量子計算的基本概念和原理,研究了量子圖像處理技術中的圖像存儲與檢索、圖像幾何變換、圖像壓縮和圖像分割四個關鍵技術。量子圖像處理技術的研究一方面為未來量子計算機技術做好理論和方法的儲備,對量子計算理論完善和應用的推廣有重大意義。另一方面也是量子計算理論在圖像處理領域的拓展,對圖像處理技術的發(fā)展和應用提供了一種新的觀念和

2、思路。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點概括如下:
  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,分別為這5種圖像表示方法的實現(xiàn)設計了相應的量子線路,并提出了相

4、應的圖像檢索方案。量子圖像的存儲和檢索的實現(xiàn)成功解決了量子圖像處理的基礎問題“如何將圖像儲存在量子系統(tǒng)并將它檢索出來”,并為量子圖像處理提供了前提條件和基礎。
  2.提出了基于NASS的多維量子彩色圖像的幾何變換,包括兩點交換、對稱翻轉(zhuǎn)、局部翻轉(zhuǎn)、直角旋轉(zhuǎn)和平移變換,并設計出相應的實現(xiàn)線路。從線路的復雜度分析可知,本文設計的量子線路可以方便高效的實現(xiàn)量子圖像的幾何變換。
  3.研究了兩類量子圖像壓縮(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容量為目標;量子圖像的量子壓縮通過減少存儲圖像的疊加態(tài)系數(shù)不為0的項數(shù),來減少實現(xiàn)圖像的量子存儲和操作所需的資源。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算機中的理論和實踐。
  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)計信息,選擇合適的相位旋轉(zhuǎn)角度和迭代次

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