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专利号: 2022107255720
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2025-05-15
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种量子彩色图像中值滤波优化方法,其特征在于,包括:

获取经典彩色图像的八幅邻域彩色图像,基于OCQR模型对经典彩色图像和八幅邻域彩色图像进行制备获得九幅待处理的量子彩色图像;

根据中值滤波算法的量子线路,对量子彩色图像进行中值计算,获得量子彩色图像的中值;

对量子彩色图像的强度信息做均值计算,获得对所述中值进行滤波的阈值,替换量子彩色图像中超过所述阈值的像素对应的所述中值,保留量子彩色图像中未超过所述阈值的像素对应的所述中值;

对执行替换和/或保留处理之后的量子彩色图像表达式进行测量,从所述量子图像表达式中获取各个分量的信息,并将各个分量的信息转换为经典图像信息。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获取经典彩色图像的八幅邻域彩色图像,基于OCQR模型对经典彩色图像和八幅邻域彩色图像进行制备获得九幅待处理的量子彩色图像,包括:获取待处理经典彩色图像的信息,其中所述信息包括经典彩色图像各颜色通道的强度信息、尺寸信息和颜色通道信息;

对待处理经典彩色图像进行循环移位处理,每进行循环移位一次可获取一幅邻域彩色图像,进行八次循环移位获得八幅邻域彩色图像;

根据待处理经典彩色图像的信息设置对应的量子比特位;

根据设置的量子比特位制备待处理经典彩色图像与八幅邻域彩色图像共用相同的位置信息和颜色通道信息来控制各自图像的强度信息,得到图像的像素位置信息、颜色通道信息和灰度信息的唯一映射的量子序列,获得量子彩色图像。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据待处理经典彩色图像的信息设置对应的量子比特位,具体为:m

将待处理经典彩色图像的灰度值范围设置为[0,2 ],待处理经典彩色图像尺寸大小为n n

2×2;其中m个量子比特表示每幅彩色图像对应的强度信息,2个量子比特表示每幅彩色图像的3个颜色通道,设置2n个量子比特和4个辅助量子比特表示量子彩色图像和八幅邻域彩色图像共用相同的位置信息。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据中值滤波算法的量子线路,对量子彩色图像进行中值计算,获得量子彩色图像的中值,具体包括:利用量子比较器将量子彩色图像和八幅邻域彩色图像组成九邻域区域,并对九邻域区域的每行像素进行比较排序,其中量子比较器的位数为m位;

对经过每行像素进行比较排序处理后九邻域区域的每一列像素进行比较排序,获得第一排序结果,其中所述第一排序结果包括像素的行排序结果和列排序结果;

将排序结果的第一行的最大值、第二行的中间值以及最三行的最小值进行比较排序,获得第二排序结果,其中所述第二排序结果的中间值即为九邻域区域像素的中值。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,利用量子比较器将量子彩色图像和八幅邻域彩色图像组成九邻域区域,并对九邻域区域的每行像素进行比较排序,具体包括:利用量子比较器对九邻域区域每行的三个像素进行比较,输出一个比较结果,其中量子受控交换器的控制位依据量子比较器输出的结果位,对第一个像素和第二个像素进行比较,其较大值排在第二个像素所在的位置,然后将第二个像素与第三个像素进行比较,得出第一结果;

量子受控交换器依据第一结果将三个像素值中的最大值排在第三个像素所在的位置,再将第一个像素与第二个像素进行比较,得出第二结果;

量子受控交换器依据第二结果将三个像素值中的中间值排在第二个像素所在的位置,三个像素值中的最小值排在第一个像素所在的位置。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对量子彩色图像的强度信息做均值计算,获得对所述中值进行滤波的阈值,替换量子彩色图像中超过所述阈值的像素对应的所述中值,保留量子彩色图像中未超过所述阈值的像素对应的所述中值,具体包括:利用n位量子加法器将量子彩色图像与八幅邻域彩色图像对应位置的色通道的强度信息相加,获得各颜色通道的强度信息之和,其中强度信息之和为n位量子加法器输出的量子串;

利用量子除法器对所述强度信息之和做均值计算,得到的整数商和待处理像素之间的差值,并将所述差值作为阈值,其中当阈值和量子彩色图像的中值进行比较,当阈值大于中值,则该像素视为噪声点,将中值与待处理像素进行替换,否则保持不变。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,利用n位等位量子加法器将量子彩色图像与八幅邻域彩色图像对应位置的色通道的强度信息相加,获得各颜色通道的强度信息之和,具体包括:首先通过Toffoli门将量子彩色图像与八幅邻域彩色图像对应位置的各颜色通道的强度信息相加,并将相加后的强度值的进位信息存储在辅助比特上;

其次通过CNOT门将相加后的各个颜色通道的强度信息之和相加,并将相加后的进位信息存储在第一辅助比特上;

再次通过Toffoli门将任意两个位置的颜色通道的强度值与第一辅助比特存储的进位信息存储在第二辅助比特上;

最后通过CNOT门使第二辅助比特的进位信息与强度值相加,并存储在第三辅助比特上,输出商,形成一个一位量子全加器;其中,将表示进位信息的量子比特设置为两个恒定辅助位,并通过置零门在一位加法运算完成后对其进行复用,从而将n个一位量子全加器叠加到一起完成n位量子全加器的设计,将所述中值作为n位量子全加器的输入,将相加的进位信息存储在量子比特上。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,利用量子除法器对所述强度信息之和做均值计算,得到的整数商和待处理像素之间的差值,并将所述差值作为阈值,具体包括:步骤S31,将输出的表示强度信息之和的量子串作为被除数,利用量子比较器对量子比特和像素进行比较,比较结果作为量子受控交换器的控制位,其中控制位的值为:当量子比特小于像素值时,控制位为0,反之为1;将比较结果作为控制位控制商的最高位,当控制位结果为1时,商赋值1,当控制位结果为0时,商赋值0;

步骤S32,将比较结果作为控制位,其中被减数为像素,减数为量子比特,由减法器控制减法运算获得减法运算的差值结果,将表示除数的量子比特与差值对齐,其中以最高位为控制位对商进行赋值,并以最高位作为减法器的控制位;

步骤S33,以减法运算的差值结果作为新的循环的开始,将表示除数的量子比特与差值的次高位对齐;

步骤S34,重复步骤S31‑S33,完成除法运算并保留到整数得到相应的商;

步骤S35,将商和待处理像素进行比较,获得比较结果位的值为:当商小于待处理像素时,控制位为0;反之为1,结果位作为控制位进行和交换,其中较大值作为被减数,较小值作为减数,进行减法运算,得到阈值。

9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对执行替换和/或保留处理之后的量子彩色图像表达式进行测量,从所述量子图像表达式中获取各个分量的信息,并将各个分量的信息转换为经典图像信息,具体包括:利用开源量子计算工具包QISKIT、IBMQ仿真云平台以及Anaconda提供的包管理和环境管理功能,用Python语言模拟并实现量子彩色图像中值滤波算法仿真,获得经典图像信息。

10.一种量子彩色图像中值滤波优化系统,其特征在于,包括:

图像制备模块,用于获取经典彩色图像的八幅邻域彩色图像,基于OCQR模型对经典彩色图像和八幅邻域彩色图像进行制备获得九幅待处理的量子彩色图像;

中值计算模块,用于根据中值滤波算法的量子线路,对量子彩色图像进行中值计算,获得量子彩色图像的中值;

噪声检测模块,用于对量子彩色图像的强度信息做均值计算,获得对所述中值进行滤波的阈值,替换量子彩色图像中超过所述阈值的像素对应的所述中值,保留量子彩色图像中未超过所述阈值的像素对应的所述中值。

图像信息转换模块,用于对执行替换和/或保留处理之后的量子彩色图像表达式进行测量,从所述量子图像表达式中获取各个分量的信息,并将各个分量的信息转换为经典图像信息。