Jump to content

Квантовая обработка изображений

Квантовая обработка изображений (QIMP) использует квантовые вычисления или квантовую обработку информации и работы с ними для создания квантовых изображений . [1] [2]

Из-за некоторых свойств, присущих квантовым вычислениям, в частности запутанности и параллелизма , есть надежда, что технологии QIMP предложат возможности и производительность, которые превзойдут их традиционные эквиваленты с точки зрения скорости вычислений, безопасности и минимальных требований к хранению. [2] [3]

Предыстория [ править ]

Работа А.Я. Власова. [4] в 1997 году сосредоточился на использовании квантовой системы для распознавания ортогональных изображений. За этим последовали попытки использовать квантовые алгоритмы для поиска определенных закономерностей в двоичных изображениях. [5] и определять положение определенных целей. [6] Примечательно, что интерпретация квантовой визуализации, основанная на оптике, первоначально была экспериментально продемонстрирована в [7] и формализовано в [8] через семь лет.

В 2003 году Сальвадор Венегас-Андрака и С. Бозе представили Qubit Lattice, первую опубликованную общую модель хранения, обработки и извлечения изображений с использованием квантовых систем. [9] [10] Позже, в 2005 году, Латорре предложил другой вид изображения, названный «Настоящий Кет». [11] целью которого было кодирование квантовых изображений в качестве основы для дальнейших приложений в QIMP. Кроме того, в 2010 году Венегас-Андрака и Болл представили метод хранения и извлечения двоичных геометрических фигур в квантово-механических системах, в котором показано, что максимально запутанные кубиты можно использовать для восстановления изображений без использования какой-либо дополнительной информации. [12]

Технически эти новаторские усилия и последующие исследования, связанные с ними, можно разделить на три основные группы: [3]

  • Квантовая цифровая обработка изображений (QDIP): эти приложения направлены на улучшение задач и приложений цифровой или классической обработки изображений. [2]
  • Квантовая визуализация на основе оптики (OQI) [13]
  • Классическая квантовая обработка изображений (QIMP) [2]

Обзор представления квантовых изображений опубликован в . [14] Кроме того, недавно опубликованная книга «Квантовая обработка изображений» [15] обеспечивает всестороннее введение в квантовую обработку изображений, в котором основное внимание уделяется распространению обычных задач обработки изображений на структуры квантовых вычислений. В нем обобщаются доступные представления квантовых изображений и их операции, рассматриваются возможные приложения квантовых изображений и их реализация, а также обсуждаются открытые вопросы и будущие тенденции развития.

манипуляции Квантовые с изображениями

Большая часть усилий в QIMP была сосредоточена на разработке алгоритмов для управления информацией о положении и цвете, закодированной с использованием гибкого представления квантовых изображений (FRQI) и его многочисленных вариантов. Например, быстрые геометрические преобразования на основе FRQI, включая (двухточечную) замену, переворот и (ортогональные) вращения. [16] и ограниченные геометрические преобразования, чтобы ограничить эти операции определенной областью изображения. [17] изначально были предложены. Недавно появился квантовый перевод изображений на основе NEQR, позволяющий сопоставить положение каждого элемента изображения во входном изображении с новым положением в выходном изображении. [18] и масштабирование квантового изображения для изменения размера квантового изображения [19] обсуждались. В то время как общая форма преобразования цвета на основе FRQI была впервые предложена с помощью однокубитных вентилей, таких как вентили X, Z и H. [20] Позже были полностью обсуждены оператор канала интереса (CoI) на основе многоканального квантового изображения, который влечет за собой сдвиг значения шкалы серого предварительно выбранного цветового канала, и оператор замены канала (CS) для переключения значений шкалы серого между двумя каналами. [21]

Чтобы проиллюстрировать осуществимость и возможности алгоритмов и приложений QIMP, исследователи всегда предпочитают моделировать задачи цифровой обработки изображений на основе уже имеющихся QIR. Используя базовые квантовые вентили и вышеупомянутые операции, исследователи внесли свой вклад в извлечение признаков квантового изображения. [22] квантовая сегментация изображений , [23] морфология квантового изображения, [24] сравнение квантовых изображений, [25] квантовая фильтрация изображений, [26] квантовая классификация изображений, [27] квантовая стабилизация изображения , [28] среди других. В частности, технологии безопасности на основе QIMP привлекли широкий интерес исследователей, о чем было представлено в последовавших дискуссиях. Аналогичным образом, эти достижения привели к появлению множества приложений в области водяных знаков . [29] [30] [31] шифрование, [32] и стеганография [33] и т. д., которые составляют основные технологии безопасности, выделенные в этой области.

В целом, работа, проводимая исследователями в этой области, сосредоточена на расширении применимости QIMP для реализации более классических алгоритмов цифровой обработки изображений; предлагать технологии для физической реализации оборудования QIMP; или просто отметить вероятные проблемы, которые могут помешать реализации некоторых протоколов QIMP.

изображения Квантовое преобразование

Путем кодирования и обработки информации изображения в квантово-механических системах представлена ​​структура квантовой обработки изображений, в которой чистое квантовое состояние кодирует информацию изображения: для кодирования значений пикселей в амплитудах вероятности и положений пикселей в состояниях вычислительного базиса. .

Учитывая изображение , где представляет значение пикселя в позиции с и , вектор с элементы могут быть сформированы, позволяя первым элементы быть первым столбцом , следующий элементы второго столбца и т.д.

Большой класс операций с изображениями является линейным , например унитарные преобразования, свертки и линейная фильтрация. В квантовых вычислениях линейное преобразование можно представить как с состоянием входного изображения и состояние выходного изображения . Унитарная трансформация может быть реализована как унитарная эволюция.Некоторые основные и часто используемые преобразования изображений (например, вейвлет-преобразования Фурье , Адамара и Хаара ) можно выразить в форме , с полученным изображением и матрица преобразования строки (столбца) .

Соответствующий унитарный оператор тогда можно записать как . Несколько широко используемых преобразований двумерных изображений, таких как вейвлет Хаара, преобразования Фурье и Адамара, экспериментально продемонстрированы на квантовом компьютере. [34] с экспоненциальным ускорением по сравнению со своими классическими аналогами. Кроме того, предложен и экспериментально реализован новый высокоэффективный квантовый алгоритм для обнаружения границы между различными областями изображения: для него требуется только один однокубитный вентиль на этапе обработки, независимо от размера изображения.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Венегас-Андрака, Сальвадор Э. (2005). Дискретные квантовые блуждания и квантовая обработка изображений (дипломная работа). Оксфордский университет.
  2. ^ Jump up to: а б с д Илиясу, AM (2013). «На пути к реализации безопасных и эффективных приложений для обработки изображений и видео на квантовых компьютерах» . Энтропия . 15 (8): 2874–2974. Бибкод : 2013Entrp..15.2874I . дои : 10.3390/e15082874 .
  3. ^ Jump up to: а б Ян, Ф.; Илиясу, AM; Ле, ПК (2017). «Квантовая обработка изображений: обзор достижений в области технологий безопасности» . Международный журнал квантовой информации . 15 (3): 1730001–44. Бибкод : 2017IJQI...1530001Y . дои : 10.1142/S0219749917300017 .
  4. ^ Власов, А.Ю. (1997). «Квантовые вычисления и распознавание изображений» . arXiv : Quant-ph/9703010 . Бибкод : 1997quant.ph..3010V . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  5. ^ Шуцхольд, Р. (2003). «Распознавание образов на квантовом компьютере». Физический обзор А. 67 (6): 062311. arXiv : quant-ph/0208063 . Бибкод : 2003PhRvA..67f2311S . дои : 10.1103/PhysRevA.67.062311 .
  6. ^ Бич, Г.; Ломонт, К.; Коэн, К. (2003). «Квантовая обработка изображений (QuIP)». 32-й семинар по распознаванию образов прикладных изображений, 2003 г. Материалы . стр. 39–40. дои : 10.1109/AIPR.2003.1284246 . ISBN  0-7695-2029-4 . S2CID   32051928 .
  7. ^ Питтман, ТБ; Ши, Ю.Х.; Стрекалов, Д.В. (1995). «Оптическое изображение с помощью двухфотонной квантовой запутанности». Физический обзор А. 52 (5): Р3429–Р3432. Бибкод : 1995PhRvA..52.3429P . дои : 10.1103/PhysRevA.52.R3429 . ПМИД   9912767 .
  8. ^ Луджиато, Луизиана; Гатти, А.; Брамбилла, Э. (2002). «Квантовая визуализация». Журнал оптики Б. 4 (3): С176–С183. arXiv : Quant-ph/0203046 . Бибкод : 2002JOptB...4S.176L . дои : 10.1088/1464-4266/4/3/372 . S2CID   9640455 .
  9. ^ Венегас-Андрака, ЮВ; Бозе, С. (2003). «Квантовые вычисления и обработка изображений: новые тенденции в искусственном интеллекте» (PDF) . Материалы Международной конференции IJCAI по искусственному интеллекту 2003 г .: 1563–1564.
  10. ^ Венегас-Андрака, ЮВ; Бозе, С. (2003). «Хранение, обработка и извлечение изображения с помощью квантовой механики». В Донкоре, Эрик; Пирич, Эндрю Р; Брандт, Ховард Э. (ред.). Квантовая информация и вычисления . Том. 5105. стр. 134–147. Бибкод : 2003SPIE.5105..137V . дои : 10.1117/12.485960 . S2CID   120495441 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
  11. ^ Латорре, Джи (2005). «Сжатие и запутанность изображения» . arXiv : Quant-ph/0510031 . Бибкод : 2005quant.ph.10031L . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  12. ^ Венегас-Андрака, ЮВ; Болл, Дж. (2010). «Обработка изображений в запутанных квантовых системах». Квантовая обработка информации . 9 (1): 1–11. дои : 10.1007/s11128-009-0123-z . S2CID   34988263 .
  13. ^ Гатти, А.; Брамбилла, Э. (2008). «Глава 5. Квантовая визуализация». Квантовая визуализация . Прогресс в оптике. Том. 51. С. 251–348. дои : 10.1016/S0079-6638(07)51005-X . ISBN  978-0-444-53211-4 .
  14. ^ Ян, Ф.; Илиясу, AM; Венегас-Андрака, SE (2016). «Обзор представлений квантовых изображений». Квантовая обработка информации . 15 (1): 1–35. Бибкод : 2016QuIP...15....1Y . дои : 10.1007/s11128-015-1195-6 . S2CID   31229136 .
  15. ^ Ян, Фэй; Венегас-Андрака, Сальвадор Э. (2020). Квантовая обработка изображений . Спрингер. ISBN  978-9813293304 .
  16. ^ Ле, П.; Илиясу, А.; Донг, Ф.; Хирота, К. (2010). «Хранение и извлечение многомерных цветных изображений для нормального произвольного состояния квантовой суперпозиции». Международный журнал прикладной математики IAENG . 40 (3): 113–123.
  17. ^ Ле, П.; Илиясу, А.; Донг, Ф.; Хирота, К. (2011). «Стратегии проектирования геометрических преобразований квантовых изображений» (PDF) . Теоретическая информатика . 412 (15): 1406–1418. дои : 10.1016/j.tcs.2010.11.029 .
  18. ^ Ван, Дж.; Цзян, Н.; Ван, Л. (2015). «Квантовый перевод изображений». Квантовая обработка информации . 14 (5): 1589–1604. Бибкод : 2015QuIP...14.1589W . дои : 10.1007/s11128-014-0843-6 . S2CID   33839291 .
  19. ^ Цзян, Н.; Ван, Дж.; Му, Ю. (2015). «Масштабирование квантового изображения на основе интерполяции ближайших соседей с целочисленным коэффициентом масштабирования». Квантовая обработка информации . 14 (11): 4001–4026. Бибкод : 2015QuIP...14.4001J . дои : 10.1007/s11128-015-1099-5 . S2CID   30804812 .
  20. ^ Ле, П.; Илиясу, А.; Донг, Ф.; Хирота, К. (2011). «Эффективные преобразования цвета на квантовом изображении» . Журнал передового вычислительного интеллекта и интеллектуальной информатики . 15 (6): 698–706. дои : 10.20965/jaciii.2011.p0698 .
  21. ^ Сан, Б.; Илиясу, А.; Ян, Ф.; Гарсия, Дж.; Донг, Ф.; Аль-Асмари, А. (2014). «Многоканальные информационные операции над квантовыми изображениями» . Журнал передового вычислительного интеллекта и интеллектуальной информатики . 18 (2): 140–149. дои : 10.20965/jaciii.2014.p0140 .
  22. ^ Чжан, Ю.; Лу, К.; Сюй, К.; Гао, Ю.; Уилсон, Р. (2015). «Извлечение локальных характерных точек для квантовых изображений». Квантовая обработка информации . 14 (5): 1573–1588. Бибкод : 2015QuIP...14.1573Z . дои : 10.1007/s11128-014-0842-7 . S2CID   20213446 .
  23. ^ Карайман, С.; Манта, В. (2014). «Сегментация квантовых изображений на основе гистограмм» . Теоретическая информатика . 529 : 46–60. дои : 10.1016/j.tcs.2013.08.005 .
  24. ^ Юань, С.; Мао, X.; Ли, Т.; Сюэ, Ю.; Чен, Л.; Сюн, К. (2015). «Операции квантовой морфологии, основанные на модели квантового представления». Квантовая обработка информации . 14 (5): 1625–1645. Бибкод : 2015QuIP...14.1625Y . дои : 10.1007/s11128-014-0862-3 . S2CID   44828546 .
  25. ^ Ян, Ф.; Илиясу, А.; Ле, П.; Сан, Б.; Донг, Ф.; Хирота, К. (2013). «Параллельное сравнение нескольких пар изображений на квантовых компьютерах». Международный журнал инновационных вычислений и приложений . 5 (4): 199–212. дои : 10.1504/IJICA.2013.062955 .
  26. ^ Карайман, С.; Манта, В. (2013). «Квантовая фильтрация изображений в частотной области» . Достижения в области электротехники и вычислительной техники . 13 (3): 77–84. дои : 10.4316/AECE.2013.03013 .
  27. ^ Руан, Ю.; Чен, Х.; Тан, Дж. (2016). «Квантовые вычисления для крупномасштабной классификации изображений» . Квантовая обработка информации . 15 (10): 4049–4069. Бибкод : 2016QuIP...15.4049R . дои : 10.1007/s11128-016-1391-z . S2CID   27476075 .
  28. ^ Ян, Ф.; Илиясу, А.; Ян, Х.; Хирота, К. (2016). «Стратегия квантовой стабилизации изображения». Наука Китай Информационные науки . 59 (5): 052102. doi : 10.1007/s11432-016-5541-9 . S2CID   255200782 .
  29. ^ Илиясу, А.; Ле, П.; Донг, Ф.; Хирота, К. (2012). «Водяные знаки и аутентификация квантовых изображений на основе ограниченных геометрических преобразований». Информационные науки . 186 (1): 126–149. дои : 10.1016/j.ins.2011.09.028 .
  30. ^ Хейдари, С.; Насери, М. (2016). «Новый квантовый водяной знак на основе LSB». Международный журнал теоретической физики . 55 (10): 4205–4218. Бибкод : 2016IJTP...55.4205H . дои : 10.1007/s10773-016-3046-3 . S2CID   124870364 .
  31. ^ Чжан, В.; Гао, Ф.; Лю, Б.; Цзя, Х. (2013). «Протокол квантовых водяных знаков». Международный журнал теоретической физики . 52 (2): 504–513. Бибкод : 2013IJTP...52..504Z . дои : 10.1007/s10773-012-1354-9 . S2CID   122413780 .
  32. ^ Чжоу, Р.; Ву, К.; Чжан, М.; Шен, К. (2013). «Алгоритмы шифрования и дешифрования квантовых изображений на основе геометрических преобразований квантовых изображений. Международный». Журнал теоретической физики . 52 (6): 1802–1817. дои : 10.1007/s10773-012-1274-8 . S2CID   121269114 .
  33. ^ Цзян, Н.; Чжао, Н.; Ван, Л. (2015). «Алгоритм стеганографии квантового изображения на основе LSB» . Международный журнал теоретической физики . 55 (1): 107–123. дои : 10.1007/s10773-015-2640-0 . S2CID   120009979 .
  34. ^ Яо, Си-Вэй; Ван, Хэнъянь; Ляо, Цзэян; Чен, Мин-Ченг; Пан, Цзянь; и др. (11 сентября 2017 г.). «Квантовая обработка изображений и ее применение для обнаружения краев: теория и эксперимент». Физический обзор X . 7 (3): 31041. arXiv : 1801.01465 . Бибкод : 2017PhRvX...7c1041Y . дои : 10.1103/physrevx.7.031041 . ISSN   2160-3308 . LCCN   2011201149 . OCLC   706478714 . S2CID   119205332 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: dbaaca1d131d6e51ef5d4048460be727__1719013920
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/db/27/dbaaca1d131d6e51ef5d4048460be727.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Quantum image processing - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)