北京石油化工学院信息工程学院, 北京 102617
为了解决量子图像处理中的图像增强问题, 提出了一种基于灰度级-彩色变换法的量子图像伪彩色编码方法。基于通用量子图像表示(GQIR) 模型, 对热金属码分段函数进行量子化, 并给出了该算法实现的量子线路图, 该量子线路设计分为量子 R 变换器、量子 G 变换器和量子 B 变换器三部分, 总的量子线路图所用基本量子门数为 2947。相比于经典伪彩色编码, 量子图像伪彩色编码基于量子态的叠加性和相干性, 实现了空间复杂度和时间复杂度的指数级降低。仿真实验结果表明该算法具有可行性。
图像处理 量子图像伪彩色编码 灰度级-彩色变换法 热金属码分段函数 image processing quantum image pseudo-color coding gray level-color transformation method piecewise function of hot metal code
1 天津大学微电子学院, 天津 300072
2 天津市成像与感知微电子技术重点实验室, 天津 300072
量子图像传感器(QIS)在不同的过采样位深下信息冗余程度和动态范围(DR)不同,对于读出电路的要求也不同。研究了QIS成像过程中引入的读噪声,优化了QIS成像的数学模型。在动态范围和失调容限的约束下,得到了子像素过采样的最优位深。仿真结果表明,当QIS的成像位深为12 bit、等效满阱容量为4095 electron时,子像素过采样的最佳比特位深是3,为保证区间误码率小于千分之一,读出电路失调应低于0.22 electron。根据采样策略,设计了一种基于复用结构的flash型低噪声读出电路。相对于传统flash型模数变换器(ADC),所提ADC比较器的个数减少了4个,采样频率为10 MSa/s时,功耗降低了17.5%;采样频率为1 MSa/s时,ADC的功耗为116 nW,ADC的失调为0.196 electron。
统计光学 光子计数 量子图像传感器 过采样策略 动态范围 低功耗 低失调 激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2403001
1 贵州大学大数据与信息工程学院, 半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心, 微纳电子与软件技术重点实验室,贵州 贵阳, 550025
2 贵阳朗玛信息技术股份有限公司, 贵州 贵阳, 550022
针对量子图像拼接时,Harris算法需要人为设置阈值,以及图像局部相似度大导致误匹配率高的问题,提出了基于改进的Harris和二次归一化互相关(NCC)的量子图像拼接算法。在阈值设置方面,基于图像重复度高的事实,通过二值化和阈值下降统计图像子区域的量子点或环的数量以确定Harris阈值,并将其作为全图阈值。在误匹配方面,首先以小窗口进行NCC的匹配,初步筛选角点;然后在此结果上用大窗口进行第二次NCC,以降低误匹配率。实验结果表明:在量子点或环计数方面,该算法具有较好的精度和速度;在阈值设置方面,该算法将角点数量控制在合理的范围内;在匹配阶段,二次NCC的方法将误匹配率降低至4.82%~27.27%。因此,本文算法改善了量子图像拼接的可靠性和时间开销,在量子图像拼接中具有潜在的应用价值。
图像处理 量子图像 图像拼接 Harris 归一化互相关 量子计数 激光与光电子学进展
2020, 57(10): 101005
1 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
2 贵州大学半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心, 贵州 贵阳 550025
3 贵阳朗玛信息技术股份有限公司, 贵州 贵阳 550022
针对量子图像拼接使用传统尺度不变特征变换(SIFT)算法易造成 特征点数量不合理和误匹配率高的问题,提出基于动态阈值和全局信息的SIFT量子图像拼接算法。针对特 征点数量问题,利用特征点数量与量子点或量子环数量呈正比例关系这一特性,通过量子点或环的密度对SIFT算法 的对比度阈值进行设置,以得到合适的特征点数量。针对误匹配率问题,通过构建全局信息描述子,并与SIFT局部描 述子相结合,以降低误匹配率。实验结果表明:改进的算法有效地完成了量子环、量子线和量子点图像的拼接; 将量子图像的特征点有效地控制在一个合理的范围内,并将误匹配率从17.34%～33.02%降低至10.84%～20%, 使量子图像的拼接具有更好的可靠性。
图像处理 尺度不变特征变换 量子图像 全局信息 动态阈值 image processing scale-invariant feature transform quantum image global information dynamic threshold
河南理工大学计算机科学与技术学院, 河南 焦作 454000
量子图像加密是量子图像处理中的典型问题。目前,大多数相关研究基于某种几何 变换,针对2n×2n尺寸的图像进行加密。这种加密方法不能满足任意大小尺寸的图像且加密具有周期性,即当变 换次数达到某个值时,加密图像就会恢复。基于像素颜色置乱提出了一种新的加密方法。所提方法 采用改进的NEQR模型表示彩色量子图像,对像素颜色进行置乱,通过改进的量子旋转 门把描述颜色的量子比特随机旋转,使原始图像不包含自身信息,达到加密的效果。
图像处理 量子彩色图像 像素颜色 量子图像加密 image processing quantum color image pixel color quantum image encryption
河南理工大学计算机科学与技术学院, 河南 焦作 454000
基于空间域的最低有效位(Least significant bit, LSB)图像水印和量子图像表示(Novel enhanced quantum representation, NEQR) 模型,提出了一种新的更加安全的量子图像水印算法。 通过对载体图像进行分块,使水印图像能较均匀地嵌入载体图像的每个区域中,因此算法具有良好的 抗剪切性;在水印嵌入之前通过密钥对水印图像进行置乱,因此算法有很好的安全性;通过一个量子 比特比较器确定水印嵌入在载体图像空间域中的具体位置,因此算法体现出较好的稳健性。所提算法 采用单一运算方法,具有相对较低的复杂度和更高的峰值信噪比(Peak signal-to-noise ratio, PSNR)。针对具体的嵌入和提取电路图设计了实验仿真,验证了算法的可行性。实验结果表明所提算法有较高的PSNR。
图像处理 量子图像水印 量子比特比较器 峰值信噪比 量子密钥 image processing quantum image watermarking quantum bit comparator peak signal-to-noise ratio quantum key
1 福建师范大学数学与计算机科学学院, 福建 福州 350007
2 福建师范大学网络安全与密码技术重点实验室, 福建 福州 350007
利用最低有效位的思想,提出了一个量子图像水印方案。在该方案中,嵌入 者通过置换载体图像灰度 值的某一个比特把水印图像嵌入到量子载体图像的某些像素中,这些像素由一个私钥决定。只有拥有这个私 钥的版权者才可以在不知道初始载体图像的前提下提取出水印信息。分别设计了嵌入和提取算法的量子电路 图,并给出了该水印算法的计算机仿真。通过比较嵌入载体图像和初始载体图像之间的峰值信噪比,说明 提出的水印方案实现了不可见性。实验结果也表明,提出的水印方案具有良好的可伸缩性。
量子光学 量子图像水印 最低有效位 峰值信噪比 quantum optics quantum image watermarking least significant bit peak signal-to-noise ratio
