一种量子彩色图像中值滤波优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种量子彩色图像中值滤波优化方法及系统，涉及量子图像处理领域，解决了现有量子图像处理过程中量子线路中比特数多和存在冗余的量子元件，这降低量子图像表达算法的性能，本发明专利技术实现了对辅助比特的复用以及对彩色图像的制备过程进行优化，降低了在量子图像处理过程中量子线路中的量子比特位数，以及减少冗余的量子元件，使得改进的量子彩色图像中值滤波算法得以实现，大幅度提高了量子彩色图像处理的性能，使其在经典计算机下仿真更加易于实现，且为处理更大尺寸的量子图像提供了可能，提高了量子图像算法的处理能力。提高了量子图像算法的处理能力。提高了量子图像算法的处理能力。

【技术实现步骤摘要】
一种量子彩色图像中值滤波优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种量子图像处理领域，更具体地说，它涉及一种量子彩色图像中值滤波优化方法及系统。

技术介绍

[0002]量子平台上的图像处理是将对经典图像处理转移到量子图像处理，在经典图像处理中，图像滤波是一种常见的预处理操作，通常通过将图像与滤波器掩模相关联来实现。图像的中值滤波是图像处理中一个重要的预处理步骤，在计算机视觉中，它通常用于消除图像中的噪声。
[0003]现有技术中利用中值滤波来处理图像的过程中，通常是通过卷积运算来实现图像的处理，但在量子图像的卷积运算是很难实现，并且给图像滤波过程带来了困难，现有技术通过制备经典彩色图像的量子彩色图像和其邻域像素，从而模拟经典图像处理上的掩膜计算，实现了类卷积运算，但是处理的过程中，量子线路中的量子比特数较多以及存在冗余的量子元件，这降低了量子图像表达算法的性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决了现有量子图像处理过程中量子线路中比特数多和存在冗余的量子元件，这降低量子图像表达算法的性能，目的是提供一种量子彩色图像中值滤波优化方法及系统，本专利技术提供了一种新的量子图像存储模型OCQR表达的量子彩色图像中值滤波方法，通过对辅助比特的复用以及对彩色图像的制备过程进行优化，降低了在量子图像处理过程中量子线路中的量子比特位数，以及减少冗余的量子元件，使得改进的量子彩色图像中值滤波算法得以实现，大幅度提高了量子彩色图像处理的性能，使其在经典计算机下仿真更加易于实现，且为处理更大尺寸的量子图像提供了可能，提高了量子图像算法的处理能力。
[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一方面，本申请实施例提供了一种量子彩色图像中值滤波优化方法，包括：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]进一步的，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：
[0012]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；
[0013]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；
[0014]根据待处理经典彩色图像的信息设置对应的量子比特位；
[0015]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。
[0016]进一步的，根据量子彩色图像的信息设置对应的量子比特位，具体为：
[0017]将待处理经典彩色图像的灰度值范围设置为[0,2
m
]，待处理经典彩色图像尺寸大小为2
n
×2n
；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。
[0018]进一步的，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：
[0019]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；
[0020]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；
[0021]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。
[0022]进一步的，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：
[0023]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；
[0024]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；
[0025]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。
[0026]进一步的，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：
[0027]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；
[0028]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。
[0029]进一步的，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：
[0030]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；
[0031]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；
[0032]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；
[0033]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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：将待处理经典彩色图像的灰度值范围设置为[0,2
m
]，待处理经典彩色图像尺寸大小为2
n
×2n
；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁素真，卿显荣，夏书银，田小江，程崇坚，何俊涛，张晶，陈梓昊，孟凡达，刘嘉诚，张钊，李顺龙，李俊希，胡清翔，邓文皙，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：