RTDK 量子图像处理 9787302422679 清华大学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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姜楠 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302422679

商品编码：29604356213

包装：平装

出版时间：2016-04-01

基本信息

书名：量子图像处理

定价：39.00元

作者：姜楠

出版社：清华大学出版社

出版日期：2016-04-01

ISBN：9787302422679

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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量子图像处理是近几年刚刚兴起的研究方向，是融合量子信息、量子计算、图像处理、数学等形成的新兴交叉学科。虽然该方面的研究还很不成熟，在物理实现上还存在许多困难，但是它的理论优势很可能对未来计算工具的发展产生深远影响。本书是结合作者的科研工作，对量子图像处理进行系统的总结和评述。

内容提要

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量子图像处理是近几年刚刚兴起的研究方向，是融合量子信息、量子计算、图像处理、数学等形成的新兴交叉学科。本书在简要介绍量子计算知识的基础上，总结了量子图像处理方面的研究现状，并着重介绍本书作者在量子图像处理方面的研究成果，包括量子图像表示、量子图像置乱、量子图像几何操作、量子伪彩色处理、量子信息隐藏等方面。对量子图像处理感兴趣的科研人员可以选用本书作为入门读物或者参考书。

目录

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章绪论
1.1研究意义
1.2量子图像处理的产生与发展
1.3本书组织结构
第2章量子计算基础知识
2.1量子计算和量子计算机
2.1.1量子态及其叠加
2.1.2量子态的时间演化及其幺正性
2.1.3纠缠
2.1.4量子不可克隆定理
2.2研究量子计算机的原因
2.3量子逻辑门
2.3.1一位门
2.3.2二位门
2.3.3多位门
2.3.4量子计算复杂性
2.4本章小结
第3章量子图像处理研究进展
3.1概述
3.2量子图像表示
3.2.1QubitLattice
3.2.2RealKet
3.2.3EntangledImage
3.2.4FRQI
3.2.5NEQR
3.2.6NAQSS
3.2.7QSMC&QSNC;
3.2.8QUALPI
3.3量子图像处理算法
3.3.1几何变换
3.3.2色彩处理
3.3.3图像分割
3.3.4特征提取
3.3.5图像置乱
3.3.6图像加密
3.3.7信息隐藏和数字水印
3.4本章小结
第4章量子图像表示
4.1INEQR
4.2GQIR
4.2.1GQIR表示
4.2.2图像制备
4.3本章小结
第5章量子图像置乱
5.1量子Arnold/Fibonacci置乱
5.1.1经典Arnold/Fibonacci置乱原理
5.1.2量子加法器
5.1.3量子模N加法器
5.1.4量子Arnold/Fibonacci置乱的GQIR表示
5.1.5量子Arnold/Fibonacci置乱的线路构建
5.1.6量子Arnold/Fibonacci逆置乱
5.1.7量子Arnold/Fibonacci置乱的例子
5.1.8置乱线路复杂度分析
5.2量子Arnold置乱的改进
5.2.1对已有方案的分析
5.2.2二进制运算的特殊性
5.2.3量子Arnold置乱的改进
5.2.4改进后算法的网络复杂度
5.3量子Hilbert置乱
5.3.1经典Hilbert置乱原理
5.3.2Hilbert矩阵迭代公式的变形
5.3.3量子Hilbert置乱
5.3.4量子Hilbert逆置乱
5.3.5量子Hilbert置乱的例子
5.3.6网络复杂度
5.4本章小结
第6章量子图像几何操作
6.1量子图像缩放
6.1.1图像缩放概述
6.1.2基于近邻的图像缩放原理
6.1.3量子图像放大
6.1.4量子图像缩小
6.1.5量子图像缩放的例子
6.1.6网络复杂度
6.2量子图像平移
6.2.1图像平移概述
6.2.2量子比较器
6.2.3量子图像平移
6.2.4复杂性分析
6.2.5实验分析
6.3本章小结
第7章量子伪彩色处理
7.1经典伪彩色编码原理
7.2量子色图
7.2.1量子色图表示
7.2.2QCR的制备
7.3量子伪彩色处理编码方案
7.3.1量子算法
7.3.2量子伪彩色编码的实现
7.3.3复杂度分析
7.3.4量子伪彩色处理的例子
7.4本章小结
第8章量子信息隐藏
8.1量子LSB信息隐藏
8.1.1经典LSB信息隐藏
8.1.2量子LSB信息隐藏
8.1.3量子LSB分块信息隐藏
8.1.4实验模拟与分析
8.2基于Moiré条纹的量子信息隐藏
8.2.1莫尔效应
8.2.2基于莫尔条纹的量子信息隐藏
8.2.3提取操作
8.2.4实验模拟与分析
8.3本章小结
参考文献

作者介绍

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姜楠，北京工业大学计算机学院副教授，硕士生导师。主要研究方向包括量子图像处理、内容安全和计算智能。发表科研论文70余篇，其中SCI检索20余篇；撰写著作4部；授权发明10余项；主持国家自然科学基金、北京市自然科学基金等项目。担任多个国际期刊审稿人。所指导的学生多人次获得国家奖学金、科技之星等奖励和称号，并多次获得全国和校级科技竞赛奖励。

文摘

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序言

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《量子成像原理与应用》 内容简介 在信息时代飞速发展的今天，成像技术作为获取和理解世界的重要手段，其精度的提升和信息量的挖掘变得尤为关键。传统的经典成像技术在分辨率、信噪比、抗干扰能力以及对微弱信号的探测等方面已趋于物理极限。量子成像，作为一门融合了量子光学、量子信息科学与成像科学的新兴交叉学科，正以前所未有的潜力，突破了经典成像的瓶颈，开启了全新的感知维度。 本书《量子成像原理与应用》旨在全面、深入地介绍量子成像的基本原理、关键技术、核心算法以及在各个领域的广泛应用。我们将从量子成像最底层、最根本的物理思想出发，循序渐进地阐述其核心概念，并在此基础上，详细介绍目前主流的量子成像技术及其发展动态，最终展望其未来发展趋势与潜在的突破方向。 第一章 量子成像概述 本章将为读者建立对量子成像的整体认知。我们首先会回顾经典成像技术的局限性，引出量子成像的必要性和优势。随后，我们将深入探讨量子成像的核心概念，例如量子纠缠、量子叠加、量子关联等，并解释这些量子特性如何在成像过程中被利用，以实现超越经典极限的性能。量子成像的分类也将得到介绍，包括但不限于： 量子关联成像（Ghost Imaging）： 重点介绍利用一对或多对相互关联的光子（通常是纠缠光子或伪热光）进行成像的原理。其中，一个光子（探测臂）不经过被测物体直接被探测器记录，而另一个光子（物体臂）则穿过（或反射）被测物体后再被另一个探测器记录。通过对两个探测器记录信号进行关联计算，即使物体臂的光子信息不直接携带物体信息，也能重构出物体的图像。我们将深入分析单光子探测器、赝热光源、纠缠光源在量子关联成像中的作用，以及其在低光照、远距离成像等方面的优势。 量子相干成像： 探讨如何利用量子相干性来提升成像的分辨率和信噪比。例如，利用单光子干涉或多光子干涉效应，实现超越衍射极限的成像。 量子增强成像： 介绍如何利用量子态的制备和测量来提升成像性能，例如利用纠缠态的非局域性来抑制散粒噪声，或利用量子密钥分发（QKD）的思想来提高成像的安全性。 量子计量成像： 讨论量子技术在精密测量中的应用，如何通过量子态的敏感性来探测微弱信号或测量物理量，并将其应用于成像。 第二章 量子成像的核心物理原理 本章将深入剖析支撑量子成像的关键量子物理原理。 量子纠缠： 详细解释量子纠缠的本质，包括其非定域性、关联性以及如何利用纠缠态来共享信息。我们将介绍产生纠缠光子对的主要方法，例如自发参量下转换（SPDC）和自发四波混频（SFWM），并讨论不同纠缠源的特点和选择。 量子叠加与测量： 阐述量子叠加态的概念，以及量子测量如何影响叠加态。我们将探讨在量子成像中，如何通过巧妙的测量策略来提取物体信息，避免经典成像中的噪声干扰。 量子关联的统计特性： 深入分析不同光源（如赝热光源、纠缠光源）产生的量子关联的统计分布，以及这些分布如何影响成像结果。我们将介绍二阶关联函数（g^(2)）等关键统计量，并解释它们在成像过程中的意义。 量子噪声与抑制： 讨论经典成像中存在的各种噪声源（如散粒噪声、热噪声）以及量子成像如何通过利用量子特性来抑制或规避这些噪声。例如，利用纠缠光子的关联性来消除探测器噪声的影响。 第三章 量子成像的关键技术与实现 本章将聚焦于实现量子成像的具体技术手段和关键设备。 光源技术： 详细介绍用于量子成像的各种光源，包括： 赝热光源： 如激光通过多模光纤或空间光调制器（SLM）模拟出的强度涨落。 纠缠光源： 如基于非线性晶体的SPDC光源，以及其在光子能量、时间、空间等方面的纠缠特性。 单光子源： 如量子点、NV色心等，及其在量子成像中的应用。 多光子光源： 探讨如何产生和利用多光子纠缠态以实现更复杂的量子成像任务。 探测技术： 详细介绍高灵敏度的单光子探测器（SPD）和符合计数器，包括其类型（如雪崩光电二极管APDs、超导纳米线单光子探测器SNSPDs），性能指标（如探测效率、暗计数率、时间分辨率）及其在量子成像中的要求。 光学系统设计： 讨论如何设计高效的光学系统以实现光子的耦合、传输、物体相互作用以及探测。这包括透镜、反射镜、分束器、光栅、空间光调制器等元件的设计与应用。 信号处理与图像重建算法： 关联算法： 详细阐述量子关联成像中的核心算法，如何计算空间和时间上的关联函数，以重构出物体图像。 相位恢复算法： 介绍在量子相干成像中，如何从测量数据中恢复出物体的相位信息，以获得高分辨率的相位图像。 机器学习与人工智能在量子成像中的应用： 探讨如何利用深度学习等AI技术来优化量子成像过程，提高图像质量，加速重建速度，甚至发现新的成像原理。 噪声过滤与图像增强： 介绍各种先进的图像处理技术，以去除量子成像过程中可能残留的噪声，并提升图像的视觉质量和信息提取效率。 第四章 量子成像的典型应用 本章将展示量子成像技术在各个领域的实际应用潜力与研究进展。 生物医学成像： 低光照下的细胞成像： 利用量子关联成像技术，在极低的激发光照下对活体细胞进行无损成像，最大限度地减少对细胞的损伤。 高分辨率成像： 利用量子相干性实现超越衍射极限的生物组织成像，例如实现对亚细胞结构的精细观察。 三维成像与断层扫描： 探讨如何利用多视角、多通道的量子成像技术，实现生物样本的高分辨率三维成像。 定量相位成像： 利用量子技术实现对生物样本的定量相位测量，为疾病诊断和药物研发提供新的手段。 安防与遥感： 穿透性成像： 探讨利用量子纠缠的非局域性，实现对遮挡物（如墙壁、烟雾）后的物体进行成像。 超分辨遥感： 利用量子光学原理，实现远距离、高分辨率的侦察与监测。 量子安全成像： 结合量子密钥分发技术，实现通信链路的安全，同时进行高效的图像传输。 材料科学与工业检测： 微观结构分析： 利用量子成像技术对材料的微观结构、缺陷进行高精度检测。 无损检测： 在不破坏待测物品的情况下，获取其内部信息。 表面形貌表征： 实现对材料表面的高精度、高分辨率形貌成像。 其他前沿应用： 量子计算与量子模拟的成像辅助： 如何利用量子成像技术来监测和诊断量子计算和量子模拟系统的状态。 天文观测： 探讨量子成像技术在天文观测中的潜在应用，例如提高望远镜的分辨率或探测微弱天文信号。 量子通信成像： 如何将量子成像技术与量子通信相结合，实现更安全、更高效的信息传输。 第五章 量子成像的未来展望 本章将对量子成像的未来发展方向和潜在的突破进行展望。 通用量子成像平台： 探讨构建集成化、小型化、可商用的量子成像系统的可能性。 更强大的量子光源与探测器： 展望未来高性能量子光源和探测器的发展，以及它们将如何进一步推动量子成像的性能。 多维度量子成像： 探索结合时间和空间以外的维度（如动量、能量、自旋等）进行量子成像的可能性。 人工智能与量子成像的深度融合： 预测AI将在量子成像的自主优化、智能决策、理论发现等方面扮演更重要的角色。 跨领域融合与新的科学发现： 展望量子成像与其他学科的交叉融合，可能催生出全新的科学研究领域和技术突破。 理论与实验的协同发展： 强调理论模型的完善和实验技术的进步相互促进，共同推动量子成像走向更广阔的应用前景。 本书的编写风格力求严谨、清晰，在阐述深奥的量子物理概念时，会辅以直观的类比和具体的物理图像，并配备大量的图示和示意图，帮助读者理解。同时，书中将穿插介绍当前国际上该领域重要的研究成果和代表性实验，力求内容的前沿性和学术性。 《量子成像原理与应用》适合物理学、光学、信息科学、电子工程、生物医学工程等相关专业的本科生、研究生及科研人员阅读，也可作为对量子成像技术感兴趣的工程师和技术爱好者的参考读物。通过学习本书，读者将能够深入理解量子成像的精髓，掌握其核心技术，并能洞察其在未来科技发展中的重要作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版设计真是一绝，初次上手就被那种沉稳又不失现代感的视觉风格吸引了。封面那种深邃的蓝色调，配合着精致的几何图形，一下子就让人感觉这不是一本泛泛而谈的科普读物，而是直指核心的专业之作。内页的字体选择非常考究，主文部分清晰易读，而那些复杂的数学公式和图表，居然能做到在保持严谨性的同时，又不会让人望而却步。特别是章节间的过渡页，常常用一些抽象的、富有哲理性的引文来串联起不同的技术模块，这种编排手法在技术书籍中是相当少见的，它似乎在提醒读者，我们谈论的不仅仅是算法和代码，更是一种对信息本质的全新理解。每一张示意图都仿佛是精心绘制的艺术品，色彩搭配和空间布局都极具匠心，让人在学习晦涩概念时，眼睛也能得到极大的享受。这种对细节的极致追求，无疑极大地提升了阅读体验，让人愿意沉浸其中，慢慢消化那些深奥的内容，而不是草草翻阅。可以说，这本书的“外衣”和“骨架”已经为接下来的深度学习做好了完美的铺垫，让人对内容本身充满了美好的期待，这绝对是一本可以放在书架上反复品味的佳作。

评分☆☆☆☆☆

这本书带来的最深刻影响，是它对“信息”这个概念的重新定义。在阅读过程中，我深刻地感受到，量子图像处理远不止是把经典的像素点搬到量子比特上那么简单，它揭示了一种看待和操控信息的新范式。作者通过对量子傅里叶变换在图像去噪中的应用分析，清晰地展示了如何利用量子纠缠来捕捉和利用经典方法难以获取的全局关联信息。这种全局性的、非局域的视角，彻底颠覆了我对图像数据结构的一些固有认知。它迫使我跳出传统的行列式思维，去思考信息如何在多维度的叠加态中被编码、传输和解码。这种思维上的冲击是巨大的，它为我未来的研究方向打开了一扇全新的窗户，让我意识到，在处理复杂、高维的数据集时，量子计算提供的范式转移是多么具有颠覆性。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一本激发深刻思考的哲学指南，指导我们如何用量子力学的视角去审视信息科学的未来版图。

评分☆☆☆☆☆

这本书的案例分析部分简直是教科书级别的“实战演练”，绝对不是那种为凑字数而堆砌的空洞例子。我尤其欣赏作者在选取应用场景时的独到眼光，它没有局限于那些老生常谈的领域，而是深入到了一些前沿且极具挑战性的应用实例中去。例如，书中对利用量子关联性进行超分辨率重建的讨论，其深度和广度都令人印象深刻。作者不仅清晰地展示了如何在量子框架下构建新的算子，更关键的是，对不同量子门操作序列对最终图像质量的影响进行了细致的量化分析，并配上了大量的对比图谱。这些图谱的构建思路本身就充满了智慧，它们不仅仅是结果的展示，更是对算法鲁棒性、效率的直观佐证。对于我这种希望将理论付诸实践的研究者来说，这些详尽的参数设置、优化技巧和潜在的陷阱提示，简直是无价之宝，它们使得原本冰冷的理论立刻拥有了鲜活的生命力，让人读完后跃跃欲试，恨不得立刻打开编程环境去复现和改进这些精妙的流程。

评分☆☆☆☆☆

我对作者在构建理论体系时的逻辑连贯性佩服得五体投地。很多理工科的教材，在引入新概念时，常常会显得有些突兀，需要读者自行在前后章节间建立联系。但这本书的处理方式截然不同，它更像一位经验老道的导师，循序渐进地引导你进入量子图像处理的殿堂。从最基础的经典图像表示法作为引子，到逐步引入量子比特的叠加态和纠缠特性如何改变信息存储的底层逻辑，每一步的过渡都自然得像是水到渠成。特别是对某些核心算法的阐述，它没有直接抛出复杂的公式，而是先用一个非常直观的比喻或者一个简单的思想实验来打通理解的任督二脉，等到读者对背后的原理有了模糊的概念后，再辅以严密的数学推导，这样的“先感性，后理性”的教学路径，极大地降低了理解的门槛。阅读过程中，我时常会停下来，回味作者是如何巧妙地将看似不相关的概念巧妙地缝合在一起，形成一个坚不可摧的知识网络，这套严密的结构设计，无疑是这本书最核心的价值所在，远超一般教科书的水平。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我刚开始接触这个领域时，最大的恐惧就是那些抽象的线性代数和希尔伯特空间的概念会把我彻底淹没。然而，这本书却以一种非常“接地气”的方式化解了这种恐惧。作者在处理数学基础时，展现出一种罕见的耐心和清晰度。它并没有把读者当作已经精通所有高等数学工具的专家，而是将那些必要的数学工具，如张量积、厄米算符等，穿插在图像处理的语境中进行解释，让读者明白“为什么要学这个”，而不是孤立地学习一个数学概念。更妙的是，每当引入一个新的数学工具时，作者总能立刻将其与图像的某个具体属性联系起来——比如，如何用矩阵的酉变换来描述量子图像的旋转操作，或者如何用概率幅的计算来解释图像的测量坍缩。这种“工具即用”的教学法，极大地增强了知识的实用性和可记忆性。它成功地构建了一座坚实的桥梁，连接了纯粹的数学理论和具体的可视化目标，让学习过程变得既充实又充满乐趣。