[發明專利]量子圖像匹配方法

有效

• 申請號: 201710428108.4
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107204008B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 周日貴;劉興奧
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06T7/32
• 分類號: G06T7/32
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 朱成之

1.一種量子圖像匹配方法，其特征在于，將量子計算與經典計算機圖像匹配技術相結合，包含以下步驟：

S0、設定量子參考圖像的尺寸大小是2ⁿ×2ⁿ，量子模板圖像的尺寸大小是2^m×2^m；

S1、采用NEQR方式制備以及存儲量子參考圖像，得到量子參考圖像的NEQR的表達方式|I₀；

S2、設計量子參考圖像的量子路線U₀，對應輸入狀態|I₀，得到量子參考圖像的輸出狀態為

S3、采用經典圖像處理方式制備以及存儲量子模板圖像，并根據像素點坐標以及對應的像素值均采用獨立的基本態表示方式設計量子模板圖像的量子路線，得到量子模板圖像的輸出狀態為|I₁；

S4、根據量子參考圖像的輸出狀態量子模板圖像的輸出狀態|I₁、以及增加設置的兩個輔助量子比特，進行量子圖像匹配。

2.如權利要求1所述的量子圖像匹配方法，其特征在于，所述的S1中，量子參考圖像的NEQR的表達方式為：

其中，|f(Y,X)表示量子參考圖像中坐標(Y,X)處的像素值，|YX表示像素點位置，表示像素值的量子比特，q表示像素值的量子比特數量，分別表示張量積。

3.如權利要求2所述的量子圖像匹配方法，其特征在于，所述的S2中，量子參考圖像的量子線路U₀能實現量子參考圖像與坐標|Y,X,|Y,X+1,...,|Y,X+2^m-1,...,|Y+2^m-1,X+2^m-1間建立聯系，且|Y,X＝|Y|X，因此得到：

4.如權利要求3所述的量子圖像匹配方法，其特征在于，所述的S3中，量子模板圖像的輸出狀態為：

|I₁＝|g(Y,X)|Y,X|g(Y,X+1)|Y,X+1…|g(Y+2^m-1,X+2^m-1)|Y+2^m-1,X+2^m-1；

其中，|g(Y,X)表示量子模板圖像中坐標(Y,X)處的像素值。

5.如權利要求4所述的量子圖像匹配方法，其特征在于，所述的S4中，具體包含以下步驟：

S41、量子參考圖像的輸出狀態由2²ⁿ個基態線性疊加，每一個基態包含2^2m個像素，包括像素點位置和像素值；量子模板圖像的輸出狀態|I₁同樣包含2^2m個像素，包括像素點位置和像素值；

使用受控非門，將|I₁中的|g(Y,X),|g(Y,X+1),…,|g(Y+2^m-1,X+2^m-1)分別作為控制位，將中的基態|f(Y，X)，|f(Y，X+1)，…，|f(Y+2^m-1，X+2^m-1)分別作為目標位，進行一一對應比較；如果|g(Y,X)與|f(Y，X)相同，則|f(Y，X)全部為零；否則，|f(Y，X)不全為零；以此類推完成全部比較，得到更新后的量子參考圖像的輸出狀態

S42、設置輔助量子比特|F＝|0；使用多位受控非門，將更新后的中的基態|f(Y，X)，|f(Y，X+1)，…，|f(Y+2^m-1，X+2^m-1)〉分別作為控制位，|F〉為目標位；如果|f(Y，X)，|f(Y，X+1)，…，|f(Y+2^m-1，X+2^m-1)中的每一個像素點均處于內，q表示像素值，表示需要的量子比特位數，則|F〉＝|1；

S43、通過采用Grover搜索算法，使用輔助量子比特|F＝|1〉、以及擴散變換D＝WRW，其中R表示旋轉矩陣，W表示Walsh-Hadamard變換，對|F＝|1所對應的基態進行多次迭代，使基態中像素點被測量的概率增加；

S44、采用投影算子測量方式進行測量，測得匹配區域左上角坐標的概率是其對應基態的系數平方，從而確定匹配區域左上角坐標的值，完成圖像匹配。