量子图像处理关键技术研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目量子图像处理关键技术研究学科专业计算机软件与理论201011060308黎海生学号作者姓名指导教师朱清新教授 分类号密级注1UDC学位论文量子图像处理关键技术研究（题名和副题名）黎海生（作者姓名）指导教师朱清新教授电子科技大学成都周日贵教授华东交通大学南昌（姓名、职称、单位名称）学科专业申请学位级别博士计算机软件与理论提交论文日期2014.3.14论文答辩日期2014.5.25学位授予单位和日期电子科技大

2、学2014年6月日答辩委员会主席王晓京评阅人张凤荔孙世新沈会良宋恩民赵海注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。 KEYTECHNIQUESRESEARCHONQUANTUMIMAGEPROCESSINGADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ComputerSoftwareandTheoryHaishengLiAuthor:Advisor:Prof.QingxinZhuSchool:SchoolofComputerScience&Engineering 独创性

3、声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段

4、保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日 摘要摘要量子计算是量子力学和计算机科学相结合的产物，作为一种新型的计算模式，已成为解决摩尔律失效问题的一个可能的解决方法。本文结合量子计算的基本概念和原理，研究了量子图像处理技术中的图像存储与检索、图像几何变换、图像压缩和图像分割四个关键技术。量子图像处理技术的研究一方面为未来量子计算机技术做好理论和方法的储备，对量子计算理论完善和应用的推广有重大意义。另一方面也是量子计算理论在图像处理领域的拓展，对图像处理技术的发展和应用提供了一种新的观念和思路。本文的主要研究内容和创新点概括如下：1.根据单量子比

5、特和多量子比特的量子态表示颜色两种情况，提出了5种量子图像表示方法，分别是：单量子比特的量子态表示图像、规范任意的叠加态(NormalArbitrarySuperpositionState,NASS)表示一幅多维图像、规范任意的量子叠加态(NormalArbitraryQuantumSuperpositionState,NAQSS)表示图像和图像的附加信息、相关相位的规范任意的叠加态(NormalArbitrarySuperpositionStatewithRelativePhases,NASSRP)表示图像和图像的附加信息、三分量的规范任意的叠加态(NormalArbitrarySuper

6、positionStatewithThreeComponents,NASSTC)表示多维彩色图像。同时，分别为这5种图像表示方法的实现设计了相应的量子线路，并提出了相应的图像检索方案。量子图像的存储和检索的实现成功解决了量子图像处理的基础问题“如何将图像储存在量子系统并将它检索出来”，并为量子图像处理提供了前提条件和基础。2.提出了基于NASS的多维量子彩色图像的几何变换，包括两点交换、对称翻转、局部翻转、直角旋转和平移变换，并设计出相应的实现线路。从线路的复杂度分析可知，本文设计的量子线路可以方便高效的实现量子图像的几何变换。3.研究了两类量子图像压缩（即量子图像的经典压缩和量子压缩）：量

7、子图像的经典压缩以减少图像的存储容量为目标；量子图像的量子压缩通过减少存储图像的叠加态系数不为0的项数，来减少实现图像的量子存储和操作所需的资源。本文首次提出多维量子图像的量子压缩算法，探讨了图像处理在量子计算机中的理论和实践。4.提出了基于推广的Grover搜索算法的量子图像分割。该算法将表示一幅多维图像和图像的分割信息的NAQSS量子态作为初始态，根据初始图像的一些统计信息，选择合适的相位旋转角度和迭代次