为进一步完善在量子计算机上图像边缘检测算法的理论研究,提出量子图像Canny边缘检测算法,并设计了完整的量子线路。基于新型增强量子图像表示模型(novel enhanced quantum representation of digital images,NEQR),在利用量子比特序列的计算基态叠加存储图像信息的基础上,介绍了一系列相关的基本量子线路模块,实现量子图像的高斯平滑滤波、梯度计算、非极大值抑制、双阈值和边缘跟踪的线路设计。量子线路复杂度分析表明,于经典数字图像边缘算法相比,可以实现指数加速。借助Matlab软件进行仿真实验,通过和其他边缘检测算法的对比分析,方案具有较好的边缘检测效果。
一般的量子图像加密算法虽然能达到加密效果,但需要的量子比特数较多,计算复杂度较高,为优化这一问题,提出了一种位平面分解的量子彩色图像加密方案。首先,采用一种位平面序信息单独编码的彩色数字图像量子表示模型(quantum representation model of color digital image,QRCI)来表示图像,利用量子交换门设计一种量子位交换操作,并作用于彩色图像中,对图像像素进行置乱,同时再对图像进行颜色通道交换操作。其次,对位平面序列进行反序操作,进一步加强置乱效果。接着,利用安全散列算法(secure hash algorithm 256,SHA-256)产生的哈希值来确定混沌系统的初始值。最后,利用混沌系统产生的序列对图像进行扩散,完成加密过程,形成加密图像。数值分析表明,相较于以往的加密方案,此方案大大降低了彩色图像存储时所需的量子比特位数,同时其密钥空间大,灵敏度高。仿真结果表明,该方案加密效果好,能抵御大部分常见的攻击。
