量子圖像處理算法研究及電路設(shè)計(jì).pdf

1、由于量子計(jì)算具有疊加、糾纏、并行性等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，研究者們提出了許多經(jīng)典算法的量子版本，并驗(yàn)證了算法的高效性。量子圖像處理作為目前的一個(gè)研究熱門(mén)，它是將量子計(jì)算應(yīng)用到圖像處理中。量子圖像處理研究包括幾何變換、顏色變換、圖像縮放、圖像置亂、圖像分割、特征提取、量子圖像水印和加密等等，當(dāng)然還包括它的基礎(chǔ)，量子圖像表示方法。本文旨在研究量子圖像處理算法及相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，主要研究工作如下：
　?。?）量子高維彩色圖像表示方法
　　量子圖

2、像表示方法是量子圖像處理的基礎(chǔ)和前提。靈活的量子圖像表示方法（FRQI）和新型改進(jìn)的量子圖像表示方法（NEQR）作為兩種常用的量子圖像表示方法，他們具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并且互為補(bǔ)充，但對(duì)于他們的研究局限在二維灰度圖像。因此本文改進(jìn)了FRQI和NEQR的不足，并擴(kuò)展到高維彩色圖像表示方法，即EFRQI和ENEQR。
　　（2）量子高維彩色圖像縮放研究
　　由于當(dāng)前對(duì)于圖像縮放的研究局限于二維灰度圖像，因此本文研究量子高維彩色圖像

3、縮放，包括放大和縮小。使用的量子高維彩色圖像表示方法，就是本文提出的EFRQI和ENEQR。圖像縮放必定涉及到插值方法，而最近鄰插值方法只應(yīng)用在經(jīng)典的二維灰度圖像中，本文將最近鄰插值方法擴(kuò)展到了量子高維彩色圖像中。此外，本文設(shè)計(jì)了量子高維彩色圖像縮放電路，為了優(yōu)化電路，并提出了循環(huán)平移（CTx）操作。復(fù)雜度分析也顯示了本文提出的算法和電路具有更低的復(fù)雜度。
　?。?）量子圖像全局平移和局部平移研究
　　本文設(shè)計(jì)了兩種量子圖像

4、平移方法，分別是全局平移和局部平移。首先，通過(guò)引入模N加法器實(shí)現(xiàn)了全局平移。在全局平移過(guò)程中，圖像中的所有像素都將會(huì)被移動(dòng)。論文中設(shè)計(jì)了右移的電路，左移可以通過(guò)右移的電路實(shí)現(xiàn)，且上下平移和左右平移是類(lèi)似的。復(fù)雜度分析顯示，本文中的全局平移電路有著更低的復(fù)雜度，并且花費(fèi)了更少的量子比特。其次，通過(guò)引入格雷碼，設(shè)計(jì)了局部平移，包括單列平移、多列平移、限制區(qū)域的平移組成。在局部平移中，可以平移圖像中任意部分的像素，而其他的像素保持不變。當(dāng)有多

5、列像素需要平移時(shí)，為了降低復(fù)雜度，設(shè)計(jì)了多列平移。多列平移有著單列平移相近的復(fù)雜度。當(dāng)然，多列平移必須滿足三個(gè)條件。另外需要注意的是，論文中所有的平移都是循環(huán)的。
　?。?）量子灰度圖像膨脹與腐蝕算法
　　經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的形態(tài)學(xué)操作應(yīng)用很廣泛，比如特征分割、提取操作，但是它的時(shí)間復(fù)雜度很高。利用量子計(jì)算的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，本文提出了一種新型灰度圖像膨脹與腐蝕算法，在采用量子加載方案和量子可逆加減法電路上實(shí)現(xiàn)的。和經(jīng)典的方案相比，提出的