基于大津阈值的量子图像分割方法

为解决量子计算机上图像分割的问题,研究一种基于大津阈值的量子图像分割方法。设计量子加法器、量子减法器、量子乘法器、量子除法器和直方图的基本模块,在此基础上,设计累积直方图、累积平均值、类间方差等子模块,通过对每个灰度级所对应的类间方差进行排序,选取所有类间方差的最大值作为大津阈值,对得到的大津阈值进行图像二值化量子线路设计。通过在经典计算机上的仿真验证了方法的执行效果,基于所用基本量子门数量,分析量子线路的复杂度,其结果表明,所提方法可以实现对经典方法的加速。

改进的量子图像水印算法

量子图像水印算法是量子图像处理的典型问题,目前国内外文献还相对较少,且大多针对单色图像。本文分析了一种典型的基于量子傅里叶变换的量子图像水印算法存在的不足,然后提出了改进措施。具体包括三个方面,首先,提出一种改进的量子图像描述方法,将单色图像推广到彩色图像;第二,将水印图像的幅度提高到与载体图像相同;第三,给出了水印嵌入和抽取的量子策略。经典计算机上的仿真结果验证了提出方法的有效性及可行性。

基于混沌序列的量子图像加密方案

针对量子图像加密问题,设计一种基于混沌序列的加密方案。首先,采用NEQR模型描述量子图像,然后,采用3种混沌序列和受控旋转门使每个颜色比特随机旋转±π/4弧度,完成加密过程。解密时,首先根据密钥生成混沌序列,然后使每个颜色比特随机旋转π/4弧度即可。该方法加密后的直方图呈均匀分布,且密钥空间大,抗攻击能力强。经典计算机上的仿真结果表明该方法有较好的安全性。

一种彩色量子图像加密方案

论文提出了一种量子彩色图像加密方案。首先,采用NEQR模型将经典彩色图像转换为量子图像,其中每个像素的R,G,B颜色值采用24个量子比特描述,每种基色采用8个量子比特。然后,采用量子受控旋转门将这些描述颜色的量子比特分别随机旋转π/2或π弧度。此时量子图像还原为经典图像之后不再含有任何信息。解密过程是加密的逆过程,经典计算机上的仿真结果表明该方法有较好的安全性。

彩色量子图像的水印方案

图像水印是信息安全领域的基本问题,在经典图像处理中已被深入研究。然而在将来的量子计算机上如何实现水印图像的嵌入和抽取,目前还不够成熟。文中提出了两种量子彩色图像水印方案,其中水印图像为灰度图像,封面图像为彩色图像,水印图像的大小为载体图像的八分之一。首先,将水印图像扩大八倍,并使其每个像素的三基色颜色值仅为1个二进制位。然后,采用NEQR模型将载体图像和扩大后的水印图像都转换为量子图像,最后使用Toffoli门将水印像素的单比特颜色值,嵌入到载体图像的最小显著位中,完成水印嵌入过程。抽取过程为嵌入的逆过程。设计了可并行实现嵌入和抽取过程的量子线路,在经典计算机上,采用MATLAB矩阵模拟量子计算中的酉算子,仿真结果验证了该方法的安全性。

基于改进小波变换的多层量子图像加密算法研究

提出一种基于改进小波变换的多层量子图像加密算法。应用混沌序列和改进生成对抗网络,建立密钥池,对多层量子的明文图像进行置乱处理,通过重复两次FFT,得到最终的密文图像。为确保加密过程可逆性,改进小波变换重建多层量子图像。实验结果表明:研究方法对图像具有理想的加密效果,且解密后图像仍然可保持较高分辨率。

一种量子图像的中值滤波方案

中值滤波是经典图像处理中的基本滤波方法,然而在量子图像处理中相关模型尚不多见。为解决量子图像的中值滤波问题,该文提出了基于量子中值计算的新方法。该方法采用迭代比较的方法将目标像素排序,进而得到中值。文中首先介绍了实现中值滤波所需的各种基本模块的量子线路,然后重点介绍了中值计算的量子实现方法,最后给出了量子图像中值滤波的总体线路框架。复杂度分析表明该方法具有对经典算法的指数加速。经典计算机上的仿真结果验证了提出方法的有效性及可行性。

量子图像处理问题综述

量子图像处理问题将是量子计算机时代媒体信息处理的一个主要问题。量子图像处理包括一般的处理问题和安全方面的处理问题。本文介绍和分析了量子图像表示方式和处理等问题的最新研究成果。首先给出了目前量子图像处理的一般架构,然后介绍了目前流行的量子图像表示方法、并根据不同的量子图像处理目的对现有的处理算法进行了分类和分析,最后总结并展望了量子图像处理领域的未来发展方向。

量子图像乘法运算及其仿真实现

为了解决图像处理领域中经典图像乘法运算复杂度较高的问题,提出了一种量子图像乘法运算的实现方式.首先对基于NEQR表示模型的图像制备方式进行改进,采用按行制备的方式以降低时间复杂度;然后根据二进制数的乘法步骤,使用Toffoli门和量子全加器结合移位操作设计量子乘法器;之后将制备好的量子图像使用量子乘法器进行相乘,最终实现量子图像的乘法运算.使用经典计算机与IBM平台提供的可编程量子模拟器进行量子图像乘法运算的仿真,所得的概率直方图表明该算法实现了图像的相乘.对比实验表明,该文研究的量子图像乘法运算与经典图像乘法运算相比在时间复杂度上有指数级提升.

基于IBM Q平台的量子图像算法研究

为使量子图像处理算法在量子计算机上得到验证与发展,结合IBM量子实验平台(IBM Q)上量子计算操作与量子图像处理理论的研究,设计了一种基于IBM Q平台的量子图像分割方法.提出了一种基于新型强化量子图像表达式(NEQR)的改进型强化量子图像表达式(IEQR),并根据IEQR表达式初始化量子图像分割电路.该电路由量子比较器(QBSC)和受控旋转门(Cswap)构成.最终在IBM Q和本地经典计算机仿真两种平台下实现了 2×2 和 4×4 大小的量子图像分割,实验结果表明了该算法的可行性和有效性,并验证了量子计算机的优越性.

基于祖冲之序列的量子图像加密算法

近年来,数字图像信息泄露事件时有发生,因此,确保数字图像信息传输的安全性日益凸显。为提高图像的加密强度,首先,本文利用祖冲之序列密码算法,设计分组链接模式对彩色图像进行加密。接着,使用量子Arnold置乱算法对祖冲之序列加密算法生成的密文图像进行进一步的置乱处理。最后,得到最终的密文图像。实验结果表明,经过这一系列的加密步骤后,图像中相邻像素之间的相关性被明显减弱,说明该方法显著增强了图像的置乱效果,大幅度地改变了像素灰度的统计特性。此外,本文进行了经典计算机仿真模拟,验证了所提方案的有效性;通过分析直方图和信息熵,表明该方案具有较高的安全性。

基于Arnold变换的量子图像混沌加密方法

在确保量子图像密码算法安全的基础上,为进一步优化解密图像质量及计算复杂度,该文提出一种基于Arnold变换的量子图像混沌加密方案。方案使用量子细胞神经网络产生的混沌信号来控制量子Arnold变换、量子交换(SWAP)和量子控制非操作(CNOT),然后将这些操作作用于量子明文图像中以获得相应的密文图像。研究结果表明:所提量子灰度图像加密方法具有高安全性、高解密图像质量及低计算复杂度的特点。

基于最低有效位的量子图像水印

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。

基于像素颜色置乱的彩色量子图像加密方法

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2~n×2~n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.

基于混沌系统和DNA编码的量子图像加密算法

为了确保量子信息的安全,结合混沌系统和DNA编码理论,提出了一种基于混沌系统和DNA编码的量子图像加密算法.首先将图像进行量子编码;然后利用Logistic混沌产生幺正矩阵对量子图像进行置乱;再利用Lorenz混沌产生自然DNA矩阵并且动态选择DNA加法操作进行DNA运算,计算后得到幺正矩阵对量子图像再次加密;最后对量子图像进行测量得到经典密文图像.通过仿真实验和直方图、相关性、NPCR (number of pixel change rate)像素改变率等指标分析,结果表明加密后的图像灰度分布均匀,各灰度级均分布于在1 000左右,相邻像素相关性更低,相关系数平均值0.002,NPCR像素改变率为99.6%,加密效果好且具有良好的安全性.

一种安全的大容量量子图像水印协议

基于量子图像的柔性表示法,提出一种安全的量子水印协议,借助连分式算法以加强水印图像的不可见性。在协议执行过程中,只有产权方才能提取和恢复水印,既保证了水印图像安全,又提供了有效的版权证明。实验结果表明,相比传统水印协议,该协议的水印图像尺寸达到最大,并且嵌入容量提高了8倍,能够更好地度量协议执行的计算负载性能。

基于测量的量子图像识别研究

目前,已有的量子相似度比较算法:1)逐个比较图像对应位置的像素值;2)将两幅图像分别用量子态表示,再将两幅图像进行连接(意味着将两个量子态连接成一个态),再进行相关的量子操作。所提出的比较算法,是在不连接图像的基础上,将图像用量子态表示,进行控制交换(c-Swap)操作,再进行量子测量,根据测量结果判断两幅图像的相似度。将所提的量子相似度比较算法应用到量子手势识别中,实验结果表明所提算法在识别问题上具有可行性。在经典领域中,手势识别的流程比较复杂。而在量子领域中,无需提取手势的颜色、纹理、特征等步骤,直接可以将手势进行二值化表示,再根据所提的图像相似度算法来实现手势识别。

基于分块的空间域量子图像水印算法

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.

NEQR量子图像下的差分扩展可逆数据隐藏算法

量子图像安全处理是一个新兴的研究领域,而量子图像数据隐藏是量子图像安全处理技术的一种,在不损害载体的情况下可用于保护量子图像的版权和认证量子图像是否完整。目前尚缺乏对量子图像可逆数据隐藏的详细技术研究。结合差值扩展技术,本文提出了一种量子图像可逆数据隐藏算法:1)选用NEQR量子图像表示法来表示图像;2)借鉴经典的差值扩展算法,在NEQR量子图像上对量子比特进行处理,可逆嵌入数据; 3)设计了信息嵌入、信息提取和载体无损恢复的量子线路图,并进行了仿真。基于经典图像的实验结果表明,本文算法是可逆的,可用于将来对量子图像的认证和保护。

基于超混沌的三层量子图像加密算法研究

具有高效运算能力的量子计算机的提出使得基于经典计算机的图像加密算法安全性大大降低,如何将图像转移到量子计算机表示并进行加密传输是一个难点。针对这一问题,设计了基于NEQR模型的3层量子图像加密算法。首先,利用希尔伯特(Hilbert)矩阵实现量子块级置乱;然后,利用超Lorenz混沌系统生成的随机序列,打乱量子像素中的位顺序,实现位级置乱;最后,利用量子随机图像对原始量子图像进行CNOT操作并进行位本身CNOT操作,实现位级扩散,得到最后的加密图像。实验结果表明,加密图像的相关系数较低,加密算法的密钥空间大,加密图像的像素改变率、归一化平均变化强度和熵值接近理论值,具有良好的安全性和可行性。