[发明专利]一种图像二值化的量子实现线路方法

说明书

本发明提供一种图像二值化的量子实现线路方法，属于摄像技术领域，本发明与现有的量子减法线路相比，本发明利用量子减法器的原理，简化了量子减法器的结构，既做到了量子比特的比较，又保证了量子比特不改变原有状态，方法上是对现有的量子比较的一种创新。通过根据辅助位来进行判定阀值的大小，从而根据辅助位设计全阀值线路设计和半阀值线路设计，图像的二值化操作可综合考虑辅助量子位的个数和算法复杂度，利用不同位数的全阈值或半阈值比较线路实现图像的阈值比较操作。本发明基于量子阈值比较线路，设计了实现图像二值化的完整量子线路，促进了量子计算在图像处理中的应用。

技术领域

本发明涉及量子信息处理领域，特别是涉及一种图像二值化的量子实现线路方法。

背景技术

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式，已成为解决摩尔律失效问题的一个可能的解决方法。量子计算理论在图像领域扩展，为图像处理技术的发展和应用提供了新的观念和思路。

图像二值化是图象处理操作的重要基础。图像二值化是指将图像上像素点的灰度值设置为0或255，使整个图像呈现出黑白效果的过程。这在图像处理领域有着广泛的应用，例如，目标识别，目标跟踪，边缘检测等领域中有着重要作用。

在量子计算中，信息单元用量子比特(Qubit)表示，它有两个基本量子态|0和|1，基本量子态简称为基态(Basis State)。一个量子比特可以是两个基态的线性组合，常被称为叠加态(Superposition)，可表示为|ψ＝a|0+b|1。其中a和b是两个复数，满足|a|²+|b|²＝1，因此也被称为概率幅。基态|0和|1，可用向量表示为：

它们的对偶向量可表示为：0|＝[1 0],1|＝[0 1]。

跟经典计算机类型，量子算法的实现也是由通用量子逻辑门组合而成。常用的基本量子逻辑门有：受控非门，交换门，受控交换门，n量子比特受控非门(见图1)。

一幅2n*2n的图像I可用2*n+8*c个量子比特表示，其中c是图像的通道数，灰度为1，彩色为3。量子图像I的量子线路见图2(灰度图像为例)，具体表达式如下：

其中，f(Y,X)代表坐标|YX上像素的灰度值。

发明内容

本发明的目的是利用基础量子门实现量子图像的二值化线路设计，充分利用量子并行性和量子叠加性等量子计算的独特性能，设计高效量子图像阈值比较线路，搭建量子图像二值化线路。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种图像二值化的量子实现线路方法，包括如下步骤：

步骤1：设置N位全阀值a_ia_i+1a_i+2...a_i+N-1和N位全阀值b_ib_i+1b_i+2...b_i+N-1相互比较，设计比较线路图，其中，a_i,a_i+1,a_i+2,...a_i+N-1和b_i,b_i+1,b_i+2,...b_i+N-1的取值为|0或|1，N为正整数；

步骤2：设置辅助位C(i)和C(i+1)进行判断a_ia_i+1a_i+2...a_i+N-1和b_ib_i+1b_i+2...b_i+N-1的大小，其中C(i)和C(i+1)的初始值为|0；