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专利号: 2022102754760
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双阈值的量子图像分割方法,其特征在于,包括:获取灰度数字图像,并制备相应的NEQR量子图像;

设置高阈值以及低阈值,并构建高阈值量子分割电路、低阈值量子分割电路以及高低阈值间量子分割电路;

构建比较器,并基于比较器将NEQR量子图像的每个像素划分为灰度值大于等于高阈值的像素、灰度值小于低阈值的像素以及灰度值大于等于低阈值且小于高阈值的像素;

通过高阈值量子分割电路、低阈值量子分割电路以及高低阈值间量子分割电路分别对灰度值大于等于高阈值的像素、灰度值小于低阈值的像素以及灰度值大于等于低阈值且小于高阈值的像素进行分割;

其中,所述比较器为:

式中,a和b为比较器输入,y为比较器的输出;

所述基于比较器将NEQR量子图像的每个像素划分为灰度值大于等于高阈值的像素、灰度值小于低阈值的像素以及灰度值大于等于低阈值且小于高阈值的像素包括:获取NEQR量子图像的每个像素的灰度值,将每个像素的灰度值和阈值由十进制转换为二进制,并将二进制的灰度值和阈值输入比较器;

所述比较器从二进制的低位到高位逐个进行比较:第一位:将第一位二进制数a0b0输入比较器,并将输出y0赋值给辅助量子位h2;

第二位:将第二位二进制数a1b1输入比较器,并将输出y1赋值给辅助量子位h1;对第一位和第二位的比较结果进行分析:若辅助量子位h1为1时,则将辅助量子位h1作为输出y1;

若辅助量子位h1为0时且a1b1非10时,通过CNOT门和Toffoli门组合输出辅助量子位h1,具体为:通过CNOT门连接辅助量子位h1h0,

若辅助量子位h1为0时,辅助量子位h0为1;

若辅助量子位h1为1时,辅助量子位h0为0;

通过Toffoli门连接辅助量子位h2h0,若辅助量子位h2h0为11,对辅助量子位h1进行异或处理,将处理结果作为输出y1;

若辅助量子位h1为0时且a1b1为10时,通过Toffoli门输出辅助量子位h1,具体为:对辅助量子位h0进行异或处理;

通过Toffoli门连接辅助量子位h2h0,若辅助量子位h2h0为11,对辅助量子位h1进行异或处理,将处理结果作为输出y1;并对辅助量子位h2h0进行复位操作;

剩余位按照第二位方法依次执行直至所有位比较完成;

其中,所述高阈值量子分割电路将灰度值大于等于高阈值的像素进行分割包括:将所述灰度值大于等于高阈值的像素的灰度值的量子位均置1,具体过程包括:当灰度值大于等于高阈值的像素的灰度值的量子位为0时,使用CNOT门对辅助量子比特进行置1;

当两个辅助量子比特均为1时,使用Toffoli门对灰度值的量子位进行异或操作;

操作完成后,将辅助量子位置0;

重复上述步骤,直至灰度值大于等于高阈值的像素的灰度值的所有量子位操作完成;

其中,所述低阈值量子分割电路将灰度值小于低阈值的像素进行分割包括:将所述灰度值小于低阈值的像素的灰度值的量子位均置0,具体过程包括:当灰度值小于低阈值的像素的灰度值的量子位为1时,使用CNOT门对辅助量子比特进行置1;

当两个辅助量子比特均为1时,使用Toffoli门对灰度值的量子位进行异或操作;

操作完成后,将辅助量子位置0;

重复上述步骤,直至灰度值小于低阈值的像素的灰度值的所有量子位操作完成;

其中,所述高低阈值间量子分割电路将灰度值大于等于低阈值且小于高阈值的像素进行分割包括:将所述灰度值大于等于低阈值且小于高阈值的像素的灰度值的第一量子位置1,剩余量子位置0;具体过程包括:当灰度值大于等于低阈值且小于高阈值的像素的灰度值的最后量子位之外的量子位为1时,使用CNOT门对辅助量子比特进行置1;

当两个辅助量子比特均为1时,使用Toffoli门对灰度值的量子位进行异或操作;

操作完成后,将辅助量子位置0;

重复上述步骤,直至灰度值大于等于低阈值且小于高阈值的像素的灰度值的最后量子位之外的量子位均操作完成;

当灰度值大于等于低阈值且小于高阈值的像素的灰度值的最后量子位为0时,使用CNOT门对辅助量子比特进行置1;

当两个辅助量子比特均为1时,使用Toffoli门对灰度值的量子位进行异或操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于双阈值的量子图像分割方法,其特征在于,所述灰度n n q数字图像的尺寸为2×2 ,灰度范围为[0,2‑1];所述灰度数字图像需要2n+q个量子比特进行存储,则所述NEQR量子图像的表达式为:其中, 表示量子图像灰度值,k=q‑1,q‑2,…,0;

|XY>=|Y>|X>=|Yn‑1,Yn‑2…Yi…Y0>|Xn‑1,Xn‑2…Xi…X0>表示量子图像的位置,Yi,Xi∈{0,1}。

3.一种基于双阈值的量子图像分割装置,其特征在于,所述装置用于执行根据权利要求1或2所述方法的步骤,所述装置包括:图像制备模块,用于获取灰度数字图像,并制备相应的NEQR量子图像;

分割电路模块,用于设置高阈值以及低阈值,并构建高阈值量子分割电路、低阈值量子分割电路以及高低阈值间量子分割电路;

像素分割模块,用于构建比较器,并基于比较器将NEQR量子图像的每个像素划分为灰度值大于等于高阈值的像素、灰度值小于低阈值的像素以及灰度值大于等于低阈值且小于高阈值的像素;

图像分割模块,用于通过高阈值量子分割电路、低阈值量子分割电路以及高低阈值间量子分割电路分别对灰度值大于等于高阈值的像素、灰度值小于低阈值的像素以及灰度值大于等于低阈值且小于高阈值的像素进行分割。

4.一种基于双阈值的量子图像分割装置,其特征在于,包括处理器及存储介质;

所述存储介质用于存储指令;

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1或2所述方法的步骤。

5.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现权利要求1或2所述方法的步骤。