量子圖像處理及其應用 [Quantum Image Processing and Applications] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

閆飛，楊華民，蔣振剛 著

圖書標籤:

• 量子計算
• 量子圖像
• 圖像處理
• 量子信息
• 量子算法
• 模式識彆
• 計算機視覺
• 信號處理
• 新興技術
• 應用研究

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030464972

版次：1

商品編碼：12091702

包裝：精裝

外文名稱：Quantum Image Processing and Applications

開本：16開

齣版時間：2016-05-01

用紙：膠版紙

頁數：147

字數：203000

正文語種：中文

內容簡介

　　《量子圖像處理及其應用》針對近年新興研究方嚮——量子圖像處理進行瞭係統介紹，主要內容有：量子圖像處理中的基本概念及常用的量子圖像錶達式、量子圖像的基本信息變換及處理操作、量子圖像並行比較與數據庫檢索方法、量子圖像的安全保護策略及量子計算機上的視頻錶達與應用。
　　《量子圖像處理及其應用》專業性強，知識覆蓋麵廣，可作為高等學校圖像處理專業的研究生教材，亦可供研究量子信息處理或圖像處理技術的科研工作者參考。

內頁插圖

目錄

前言

1 量子計算和量子信息基本概念
1．1 量子比特
1．2 量子寄存器
1．3 量子邏輯門
1．3．1 量子邏輯門的可逆性
1．3．2 量子非門
1．3．3 Hadamard門
1．3．4 相移門
1．3．5 受控非門
1．3．6 Toffoli門
1．3．7 量子加法器
1．4 量子傅裏葉變換
1．5 量子綫路

2 量子圖像錶達式綜述
2．1 引言
2．2 量子圖像錶達式的分類
2．2．1 圖像顔色模型
2．2．2 圖像坐標模型
2．2．3 圖像顔色信息編譯模型
2．3 量子圖像錶達式及特徵
2．3．1 FRQI圖像錶達式
2．3．2 MCQI圖像錶達式
2．3．3 NEQR圖像錶達式
2．3．4 CQIR圖像錶達式
2．3．5 QUALPI圖像錶達式
2．3．6 SQR圖像錶達式
2．3．7 QSMC&QSNC;圖像錶達式
2．3．8 NAQSS圖像錶達式
2．3．9 現行量子圖像錶達式總結
2．4 基本量子圖像變換
2．4．1 量子圖像幾何變換
2．4．2 量子圖像顔色變換
2．4．3 量子圖像頻域變換
2．4．4 量子圖像處理算法
2．5 本章小結

3 量子圖像柔性錶達式及處理操作
3．1 引言
3．2 量子圖像柔性錶達式
3．2．1 FRQI量子圖像錶達式
3．2．2 FRQI圖像的存儲與獲取
3．2．3 FRQI圖像壓縮
3．3 量子圖像幾何變換操作
3．3．1 兩點交換操作
3．3．2 沿坐標軸的圖像翻轉操作
3．3．3 正交鏇轉操作
3．3．4 受限幾何變換操作
3．4 量子圖像顔色變換操作
3．4．1 基於非門的顔色變換
3．4．2 基於Pauli-Z門的顔色變換
3．4．3 基於Hadamard門的顔色變換
3．5 多通道量子圖像錶達式
3．5．1 RGBα顔色模型
3．5．2 MCQI量子圖像錶達式
3．6 MCQI圖像的處理操作
3．6．1 感興趣通道操作
3．6．2 通道交換操作
3．6．3 α混閤操作
3．7 MCQI圖像操作實例
3．7．1 COI操作實例
3．7．2 CS操作實例
3．7．3 αB操作實例
3．8 本章小結
……

4 量子圖像並行比較與數據庫檢索
5 量子圖像安全技術
6 量子計算機上的視頻錶達及應用

結束語
參考文獻
彩圖

前言/序言

　　量子信息學作為量子物理和信息科學的交叉學科，經過近三十年突飛猛進的發展，在量子通信、量子密碼術、量子計算機等方麵都已經獲得瞭舉世矚目的成就。1982年諾貝爾物理學奬獲得者Richard P.Feynman提齣量子計算機的物理模型並預言其將具有比經典計算機更強大的計算能力後，關於量子信息學的研究就從未中斷過。20世紀90年代，Peter W.Shor提齣的大因數分解算法和Lov K.Grover提齣的量子搜索算法極大地提高瞭傳統難解問題的解決效率，進一步驗證瞭量子計算機處理某些算法的卓越性。在我國，量子調控研究被列入國傢“十三五”科學和技術發展規劃國傢重大科學研究計劃；量子計算與量子通信也被列入國傢自然科學基金委發展規劃重點研究領域，並將被作為中國工程科技中長期發展戰略。
　　作為量子信息學中一個重要的研究領域，量子圖像處理是量子力學同經典圖像處理的結晶。目前的量子圖像處理算法一部分是利用量子力學原理優化經典的或非量子的圖像處理操作；另一部分是在量子信息領域編譯圖像並完成處理與應用任務。事實上，所有這些關於量子圖像處理的研究成果都證實在量子信息領域的圖像處理可以利用量子力學的基本原理，如量子並行和量子糾纏，加速某些處理任務、減少計算資源、完成信息安全傳遞。
　　本書在閆飛博士論文“Quantum Computation Based Image Data Searching，Image Watermarking，and Representation of Emotion Space”及後續研究的基礎上，係統地介紹瞭量子圖像的錶達式、變換操作及相關應用。第1章概述瞭量子圖像處理中的基本概念；第2章綜述瞭基於不同模型的量子圖像錶達式；第3章介紹瞭量子圖像柔性錶達式及處理操作；第4章分析瞭量子圖像並行比較與數據庫檢索方法；第5章論述瞭量子圖像的安全技術；第6章研究瞭量子計算機上的視頻錶達及應用；最後在結束語中探討瞭量子圖像處理的未來發展方嚮。
　　此書的完成得力於我的博士生導師東京工業大學廣田薰教授和董芳艷教授給予的指導；同時感謝研究閤作者Abdullah M.Iliyasu、Phuc Q.Le、Salvador E.Venegas-Andraca和孫博提供的幫助；最後也要感謝郭一鳴、曹燕妮和張麗媛同學，他們參與瞭第1章和第2章部分內容的翻譯和文獻整理等工作。本書得到國傢自然科學基金（項目編號：61502053）的資助，在此錶示衷心的感謝。
　　由於作者水平有限，書中難免存在紕漏與不足之處，懇請同行專傢及廣大讀者批評指正。

量子圖像處理及其應用 書籍簡介 本書深入探討瞭量子計算在圖像處理領域的潛力與前沿進展。在日新月異的科技浪潮中，信息處理正經曆著一場深刻的變革，而量子計算以其顛覆性的計算範式，為解決傳統計算模式難以企及的復雜問題提供瞭全新的思路。其中，量子圖像處理（Quantum Image Processing, QIP）作為量子信息科學與計算機視覺交叉融閤的新興領域，正以前所未有的速度吸引著研究者們的目光。 本書旨在為讀者提供一個係統、全麵的視角，理解量子計算如何重塑圖像數據的錶示、分析與操作。我們將從量子信息的基礎概念齣發，逐步引入量子比特、量子門、量子糾纏與疊加等核心要素，闡明它們在圖像信息編碼和處理中的獨特優勢。隨後，我們將聚焦於量子圖像處理的具體算法與技術，包括但不限於量子圖像錶示方法（如量子圖像的經典與量子錶示）、量子圖像變換（如量子傅裏葉變換、量子沃爾什變換）、量子圖像增強、量子圖像分割、量子圖像識彆以及量子圖像壓縮等。 第一部分：量子計算基礎與圖像信息錶示 在本書的第一部分，我們將為讀者建立起理解量子圖像處理的基石。首先，我們將迴顧經典計算與量子計算的核心差異，重點講解量子比特（qubit）相較於經典比特在信息存儲與處理上的巨大飛躍。疊加態（superposition）和糾纏（entanglement）這兩個量子力學的核心特性，將是理解量子算法威力的關鍵。我們將詳細闡述這些概念如何應用於編碼圖像信息，例如，如何利用量子比特的狀態來錶示像素的灰度值或顔色信息。 接著，我們將深入探討多種量子圖像錶示方案。這包括基於量子寄存器（quantum register）的不同編碼策略，例如，如何將二維圖像映射到高維度的量子態空間。我們還會介紹一些經典的量子圖像錶示模型，並分析它們在存儲效率、信息豐富度以及後續量子操作上的特點。理解這些錶示方法，是後續設計和實現量子圖像處理算法的前提。 第二部分：量子圖像處理核心算法與技術 本書的核心內容將集中在量子圖像處理的各種具體算法和技術上。我們將首先介紹量子圖像變換，這是許多圖像處理任務的基礎。量子傅裏葉變換（Quantum Fourier Transform, QFT）在信號處理領域具有舉足輕重的地位，在量子圖像處理中，它能夠高效地實現圖像的頻譜分析，為後續的去噪、增強等操作提供關鍵信息。我們還將探討量子沃爾什變換（Quantum Walsh-Hadamard Transform）等其他量子變換，以及它們在不同圖像處理場景下的應用。 圖像增強是提升圖像質量，突齣圖像細節的重要環節。本書將探討多種量子圖像增強技術，包括如何利用量子算子來調整圖像的對比度、亮度，以及如何抑製圖像中的噪聲。我們將介紹一些基於量子綫路的圖像濾波方法，這些方法在理論上能夠實現比經典濾波器更高效或更精細的圖像增強效果。 圖像分割是將圖像劃分為若乾具有相似特性的區域的過程，在目標檢測、場景理解等領域至關重要。本書將介紹量子圖像分割的幾種主流方法，包括基於量子聚類算法的分割技術，以及利用量子優化算法來尋找最優分割邊界的思路。我們將分析量子算法在處理大規模或高分辨率圖像時的潛在優勢。 圖像識彆是計算機視覺的核心任務之一。本書將深入探討量子機器學習在圖像識彆中的應用。我們將介紹如何利用量子神經網絡（Quantum Neural Networks, QNNs）來構建圖像分類器，以及如何利用量子支持嚮量機（Quantum Support Vector Machines, QSVMs）等算法來解決圖像識彆問題。我們還將探討量子算法在特徵提取和模式匹配方麵的潛力。 此外，我們還將討論量子圖像壓縮技術。與經典壓縮算法不同，量子壓縮利用量子疊加和糾纏的特性，理論上能夠實現更高的壓縮比，同時在解壓縮時能夠高效地恢復原始圖像信息。 第三部分：量子圖像處理的應用前景與挑戰 在本書的第三部分，我們將放眼量子圖像處理的未來。我們將深入探討量子圖像處理在各個領域的廣泛應用前景，包括但不限於： 醫學成像： 例如，利用量子圖像處理技術來提升醫學影像（如MRI、CT掃描）的分辨率和信噪比，從而輔助醫生進行更精確的診斷。量子算法有望加速醫學影像的後處理過程，縮短診斷時間。 遙感與地理信息係統： 處理和分析高分辨率的衛星圖像，識彆地物、監測環境變化、輔助城市規劃等。量子算法能夠高效處理海量的遙感數據，提取更有價值的信息。 自動駕駛與機器人視覺： 實時、準確地感知和理解周圍環境，識彆障礙物、行人、交通標誌等。量子圖像處理有望提升自動駕駛係統的環境感知能力和決策速度。 視頻監控與安全： 快速分析海量視頻流，檢測異常行為，識彆目標，提升公共安全水平。量子算法能夠加速視頻內容的分析和檢索。 虛擬現實與增強現實： 生成更逼真、更具交互性的三維圖像和場景，提升用戶體驗。量子計算的強大並行處理能力有望推動VR/AR技術的革新。 科學研究： 在天文學、粒子物理學等領域，分析復雜的圖像數據，發現新的科學規律。例如，處理來自天文望遠鏡的海量圖像數據。 然而，量子圖像處理仍處於發展的早期階段，麵臨著諸多挑戰。本書也將客觀地分析當前的技術瓶頸和未來發展方嚮。這些挑戰包括： 硬件限製： 當前的量子計算機仍處於“嘈雜的中等規模量子”（NISQ）時代，量子比特的數量有限，相乾時間短，錯誤率高，這限製瞭處理大規模復雜圖像的能力。 算法開發： 許多經典的圖像處理算法難以直接移植到量子計算機上，需要設計全新的量子算法，這需要深入理解量子力學原理和算法設計技巧。 量子態的讀齣： 量子態的測量是不可逆的，並且會破壞量子態，如何在保持量子特性的同時高效地獲取所需信息是關鍵問題。 數據編碼與解碼： 如何高效地將經典圖像數據編碼為量子態，並在處理後將其解碼迴經典數據，是實現端到端量子圖像處理的關鍵。 與經典算法的融閤： 如何將量子算法與現有的經典圖像處理技術有機結閤，發揮各自的優勢，構建混閤量子-經典圖像處理框架。 結論 《量子圖像處理及其應用》一書，不僅是對量子計算在圖像處理領域現有研究成果的梳理與總結，更是對未來發展方嚮的探索與展望。我們相信，隨著量子計算硬件的不斷成熟和算法研究的深入，量子圖像處理必將為我們開啓一個全新的圖像世界，帶來前所未有的洞察力和可能性。本書適閤對量子計算、計算機視覺、模式識彆、信號處理以及相關交叉學科感興趣的科研人員、工程師、研究生以及具有一定計算機基礎的愛好者閱讀。通過本書的學習，讀者將能夠深刻理解量子計算如何賦能圖像處理，並為未來的研究和應用打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我留下瞭深刻的第一印象，那種深邃的藍色調，配上抽象的、仿佛在流動又仿佛凝固的量子疊加態的圖案，瞬間就勾起瞭我對書中內容的好奇心。我一直在尋找一本能夠清晰闡釋量子信息科學原理，並且將其與我所熟悉的圖像處理領域相結閤的書籍。市麵上關於量子計算的書籍很多，但大多數都停留在理論層麵，或者專注於算法優化，鮮有直接針對圖像這種視覺信息進行深入探討的。這本書的標題，特彆是“量子圖像處理”這個詞組，立刻吸引瞭我的注意力，讓我看到瞭跨學科研究的可能性，以及在傳統圖像分析技術之外，是否存在一種全新的、更強大的處理方式。我期望這本書能夠像一本橋梁，將我所理解的像素、色彩空間、濾波、邊緣檢測等圖像處理基礎概念，與量子比特、疊加、糾纏、量子門等量子計算核心概念有機地聯係起來。我希望它不僅僅是簡單地羅列一些量子算法在圖像任務上的應用，而是能夠深入剖析量子原理如何為圖像數據提供一種全新的錶示方式，以及如何利用量子計算的特性來加速或改進傳統的圖像處理流程，比如在特徵提取、模式識彆、圖像壓縮甚至圖像復原方麵，是否能有突破性的進展。

評分☆☆☆☆☆

我在書架上偶然瞥見瞭這本書，書名《量子圖像處理及其應用》便立刻吸引瞭我的目光。我是一名對前沿科技充滿熱情的研究者，尤其關注那些能夠顛覆現有技術範式的領域。長久以來，我一直在思考，當信息以量子態的形式存在時，我們對圖像的理解和處理方式是否會發生根本性的變化？傳統圖像處理依賴於經典的比特錶示，其信息容量和處理效率在麵對海量高分辨率圖像時，常常顯得力不從心。而量子計算所帶來的指數級計算能力的提升，以及量子疊加和糾纏所蘊含的全新信息編碼方式，似乎為圖像處理提供瞭一條極具潛力的發展路徑。我希望這本書能夠深入淺齣地介紹量子圖像處理的基本概念，例如如何用量子比特來錶示圖像的像素信息，如何設計量子算法來實現經典的圖像處理操作（如捲積、傅裏葉變換），甚至是如何構建專門的量子圖像錶示（如量子圖像狀態）。更重要的是，我非常期待書中能夠探討量子圖像處理在實際應用中的可能性，比如在醫學影像分析（如MRI、CT圖像的快速分割和增強）、遙感圖像處理（如地物分類、變化檢測）、計算機視覺（如目標識彆、圖像檢索）等領域，量子技術能否帶來前所未有的精度和效率提升。

評分☆☆☆☆☆

讀到這本書的標題，我腦海中瞬間閃過瞭無數關於未來計算的可能。《量子圖像處理及其應用》——這個組閤本身就充滿瞭吸引力。我是一名對新技術的潛在影響保持高度關注的戰略分析師，尤其對那些能夠重塑現有産業格局的技術充滿興趣。長期以來，圖像數據以其直觀性和豐富性，在科學研究、商業決策、社會生活等各個層麵扮演著至關重要的角色。然而，隨著數據量的爆炸式增長和圖像復雜度的不斷提升，傳統的處理技術正麵臨著越來越大的壓力，無論是計算效率還是信息挖掘的深度，都亟待突破。《量子圖像處理及其應用》這本書，似乎正提供瞭這樣一個突破的契機。我非常期待它能從宏觀和微觀兩個層麵進行闡述，宏觀上，它能分析量子計算如何為圖像處理領域帶來根本性的範式轉變，以及這種轉變對相關産業生態可能産生的深遠影響。微觀上，我希望能看到清晰的技術脈絡，比如量子比特如何有效地編碼圖像信息，量子門操作如何映射到經典的圖像處理任務，以及量子算法在特定應用場景下的性能優勢。這本書如果能像一個指南針，指引我理解量子圖像處理的潛力和發展方嚮，那將是極有價值的。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我立刻被它所傳達齣的前沿性和跨學科性所吸引。作為一名長期在人工智能和計算機視覺領域工作的研究人員，我深切體會到傳統算法在處理海量、高分辨率圖像數據時所麵臨的計算挑戰和效率瓶頸。近年來，量子計算的飛速發展，讓我看到瞭突破這些瓶頸的曙光。然而，如何將量子計算的強大能力有效地應用於圖像處理這一具體領域，一直是我想深入瞭解的課題。《量子圖像處理及其應用》這個書名，精確地戳中瞭我的興趣點。我非常期待這本書能夠為我打開一扇新的視野，讓我瞭解量子原理如何能夠革新圖像的錶示方式，例如是否能用更緊湊、更具信息量的量子態來存儲和編碼圖像數據，以及如何設計高效的量子算法來實現復雜的圖像處理功能，例如圖像分割、特徵提取、降噪、超分辨率等。同時，“及其應用”也讓我對這本書的實用價值充滿瞭期待，我希望書中能有具體的案例分析，展示量子圖像處理在生物醫學成像、遙感技術、安防監控、虛擬現實等領域可能帶來的顛覆性影響。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那些能夠連接看似不相關的科學領域的研究感到著迷，而《量子圖像處理及其應用》這本書的名字，就恰恰點燃瞭我內心的這種好奇。作為一名長期從事計算視覺工作的工程師，我深知傳統圖像處理算法在處理復雜、高維度的圖像數據時所麵臨的瓶頸，例如計算復雜度高、對噪聲敏感、難以提取深層語義信息等等。我一直在思考，是否有一種全新的計算模式，能夠剋服這些挑戰。量子計算以其獨特的優勢，如並行處理能力、指數級的信息承載能力，為解決這些問題提供瞭新的思路。因此，我非常希望能在這本書中找到答案。我期待它能夠詳細闡述量子圖像處理的理論基礎，比如量子圖像的編碼方式，如何利用量子態來錶示像素的顔色、亮度、紋理等信息，以及如何設計量子算法來實現諸如圖像濾波、邊緣檢測、特徵匹配等核心圖像處理任務。更吸引我的是“及其應用”這部分，我渴望瞭解量子圖像處理究竟能在哪些領域發揮作用，例如，在自動駕駛的感知係統中，量子圖像處理能否實現更快速、更精準的目標識彆和場景理解？在科學研究中，例如天文學或物理學中的圖像分析，量子方法是否能揭示更精細的細節？