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1.
一种量子彩色图像矢量中值滤波方案
冉术坤, 席景科, 徐 凯, 牛金龙
量子电子学报 2023, 40 (
6
): 836-849. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.06.004
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为进一步完善量子图像处理领域中的彩色图像降噪算法, 提出了一种基于量子矢量中值计算的量子彩色图 像滤波方法。该方法利用量子纠缠将邻域像素与中心像素绑定至同一位置以避免量子卷积运算, 并将补码引入到量 子电路中, 从而简化了矢量距离计算的量子电路, 此外还采用一次比较两次交换的方式设计了矢量中值选取的量子 电路, 由此构建出完整的量子图像矢量中值滤波电路。实验相关指标表明, 量子图像矢量中值滤波对彩色图像椒盐 噪声的抑制效果与经典矢量中值滤波基本相同, 但将经典矢量中值滤波算法的时间复杂度从O (22n ) 降低至O (10n2 + 216q2 )。
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2.
基于 FPGA 的微波相干源线性检测和特性表征
王 硕 , 潘佳政 , 魏兴雨 , 江俊良 , 张凯旋 , 李子硕 , 郭婷婷 , 许问渠 , 左 权 , 周天石 , 盛怡凡 , 孙国柱 , 吴培亨 ,
量子电子学报 2023, 40 (
6
): 850-857. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.06.005
摘要
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微波光子的检测和表征对于量子信息具有重要意义。通常使用Hanbury Brown-Twiss (HBT) 干涉仪对光子 源性质进行检测和表征, 然而, 由于微波光子信噪比较低, 在对其进行检测和表征过程中常常需要多次计算才能移除 噪声影响。本工作基于现场可编程门阵列( FPGA), 提出一种快速、可扩展的测量方案用于分析微波光子源性质, 可 更快速地实现该计算过程。利用该方案对频率为3 MHz的相干源进行了模拟测量, 分析了二阶相关函数所具有的特 性, 发现测量结果与理论具有良好的一致性。该系统的实现对未来进行单光子源检测具有重要意义。
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3.
二值形态学边缘检测算法的量子实现及仿真
董跃华, 张先光
量子电子学报 2023, 40 (
5
): 654-665. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.05.004
摘要
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为进一步完善量子计算机图像边缘检测算法, 结合IBM Q 平台上的量子计算操作, 提出了量子图像二值形 态学边缘检测算法。在NEQR 量子二值图像表示和量子二值腐蚀和膨胀操作的基础上, 设计并实现了相应的二值 形态学去噪处理量子电路和边缘提取量子电路。通过Qiskit 扩展在虚拟本地量子模拟器上实现了8 ´ 8 和128 ´ 128 大小的量子图像二值形态学边缘检测, 同时在IBM Q 平台的真实云端量子模拟器上实现了8 ´ 8 大小的量子图像对 比仿真实验, 实验结果证明了量子图像二值形态学边缘检测算法的可行性与有效性。
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4.
基于IBM Qiskit的QRMW模型及算法实现
朱尚超, 刘志飞, 魏战红, 臧一鸣, 孙文韬
量子电子学报 2023, 40 (
5
): 666-676. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.05.005
摘要
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98
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为了进一步验证 QRMW (Quantum representation of multi-wavelength images) 模型的正确性, 在IBM 量子计 算框架Qiskit 上分别制备了2 × 2 大小与和32 × 32 大小的QRMW 量子图像的量子态, 提出了一种QRMW 图像的颜 色通道交换算子和QRMW 图像的颜色置乱算子, 并给出了它们实现的量子线路, 进而在IBM Qiskit 环境下对新提 出的算子进行了仿真实现。研究结果证实了QRMW 模型的可行性以及所提出算子的可行性与正确性。
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5.
太赫兹成像三维块匹配自适应Canny边缘检测算法
於康杰, 方波, 李剑敏, 王震, 蔡晋辉, 邬佳璐, 何正龙
量子电子学报 2023, 40 (
4
): 458-468. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.04.004
摘要
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118
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针对传统Canny 算子在滤波时会模糊边缘且需要人工设置高低阈值的缺点, 提出了一种基于三维块匹配的 改进自适应阈值Canny 边缘检测算法, 并用于太赫兹三维层析成像。该算法一方面对滤波方法进行了改进, 用三维 块匹配 (BM3D) 滤波算法结合引导滤波算法代替高斯滤波算法以减少图像边缘信息的丢失; 另一方面, 针对传统人 工设定阈值的不确定性, 将梯度图进行块匹配后对三维图像块组使用最大类间方差法 (OTSU) 以自适应确定高低阈 值。最后利用该算法对含有噪声的图像进行边缘检测处理, 发现在高斯噪声方差为20 时滤波后的峰值信噪比 (PSNR) 从22.202 提升至27.151, 验证了该算法去除噪声的有效性。三维块匹配改进自适应阈值Canny 边缘检测算 法 (BM-OTSU-Canny) 减少了错误边缘的数量, 同时保留了连接性较好的边缘点, 改善了边缘细节信息的提取效果。
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6.
光栅相衬 CT 中吸收信号环形伪影的去除方法
杜天宇, 高 昆∗ , 吴 朝
量子电子学报 2023, 40 (
1
): 40-47. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.01.004
摘要
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227
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提出一种光栅 X 射线相衬断层扫描中吸收信号环形伪影的去除方法。该方法采用正弦图域和重建图 域结合的处理算法。对于弱伪影, 通过正弦图域的排序和滤波去除。而对于强伪影, 首先根据环形伪影在极坐 标系的表现, 计算残差图像, 转换到笛卡尔坐标系得到伪影像素和样品的边界; 进而使用基于机器学习的图像分 割方法获取每一类样品的分布, 同时为了保护边界信息, 通过形态学操作获得样本的内部区域; 最后再利用残差 图像的分布特征定位伪影像素, 并使用临近非伪影像素均值替代。实验结果表明该方法可以在不破坏样品边界 的前提下有效地去除图像中的环形伪影。
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7.
随机散斑图正交优化计算鬼成像
郭 辉∗ , 叶知秋
量子电子学报 2023, 40 (
1
): 48-55. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.01.005
摘要
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221
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为克服随机散斑图照射下统计噪声对计算鬼成像成像质量的影响, 提出了随机散斑图正交优化计算鬼 成像方法。首先在计算鬼成像的基础上分析随机散斑图对目标物体重构质量的影响; 然后结合实对称矩阵性质, 通过空间映射矩阵, 将原有随机散斑图正交化; 再利用重构的正交散斑图对未知物体进行照射并由桶探测器测 量, 测得的一系列桶探测器值与计算机存储的重构散斑图通过二阶关联运算对目标物体进行重构; 最后参考重 构散斑图的协方差矩阵特征, 对重构结果进行补偿, 进一步提升物体重构质量。该方法不仅能有效提升随机散 斑图计算鬼成像的成像质量, 同时还具有算法结构简单的特点。仿真实验结果表明: 相比于传统的随机散斑图 照射下的计算鬼成像, 该方法能有效地对目标物体进行重建, 并表现出良好的性能。
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8.
一种基于 LoG 算子的量子图像边缘检测算法
吴 琼, 马 雷∗
量子电子学报 2022, 39 (
5
): 720-727. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.05.004
摘要
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797
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针对图像边缘的实时提取问题, 设计了一种基于经典高斯-拉普拉斯算子 (LoG 算子) 的量子 LoG 图像 边缘检测算法。通过在经典计算机上利用 Matlab 软件对该量子 LoG 算法进行模拟仿真计算, 证明了该量子 LoG 算法可以快速、有效地实现对图像边缘的识别与提取。此外, 还考察了两类退相干效应对此算法的影响。 计算结果表明, 相较于目前已有的相关量子图像边缘检测算法, 量子 LoG 算法具有更好的抗噪特性。
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9.
高空间分辨率关联成像技术研究
李能菲, 黄见, ∗
量子电子学报 2022, 39 (
4
): 549-557. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.04.009
摘要
(
933
)
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关联成像受限于成像机制, 其空间分辨率与时间分辨率相互制约。成像空间分辨率越高, 所需的调制散 斑越多, 对应的采集时间越长。针对此瓶颈, 提出采用多个低空间分辨率散斑同时对高空间分辨率物体调制的 关联成像方法, 利用单像素探测器接收被调制物体信号, 并基于迭代算法与压缩感知算法重构高空间分辨率成 像物体图像。利用数值仿真验证了所提方法的有效性。研究结果表明, 所实现的高空间分辨率关联成像技术大 幅降低了调制散斑数量, 减少了在线采样时间, 在生物医学等要求高空间分辨率且对采样时间苛刻的领域具有 重要的应用价值。
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10.
金属遮挡条件下光子层析快速重构方法研究
杨一杉, 梁华为, 姚瑶, 陈帅∗
量子电子学报 2022, 39 (
4
): 558-565. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.04.010
摘要
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623
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传统的光子层析方法难以适用于含有大量重金属遮挡物的对象中。本研究拟从光子层析的视觉特征出 发, 通过针对层析投影开展基于无监督学习的像素预测, 构建了基于金属遮挡物周边信息的编码器, 以生成受遮 挡区域结构。同时, 在生成对抗网络架构的基础上, 将编码器作为生成网络, 并构建判别器用于编码器的训练。 研究表明, 基于像素预测的重构方法能够实现金属结构覆盖区域内光子层析信息的再合成, 并且合成结果能够 准确反映真实的物体的内部细节。这表明基于像素预测的重构方法能够有效降低物体内金属结构对层析结果 的影响。
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11.
一种量子图像伪彩色编码方法
臧一鸣, 朱尚超, 魏战红∗, 刘志飞, 林小竹, 孙文韬
量子电子学报 2022, 39 (
3
): 343-353. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.03.006
摘要
(
852
)
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为了解决量子图像处理中的图像增强问题, 提出了一种基于灰度级-彩色变换法的量子图像伪彩色编码 方法。基于通用量子图像表示(GQIR) 模型, 对热金属码分段函数进行量子化, 并给出了该算法实现的量子线路 图, 该量子线路设计分为量子R 变换器、量子G 变换器和量子B 变换器三部分, 总的量子线路图所用基本量子 门数为2947。相比于经典伪彩色编码, 量子图像伪彩色编码基于量子态的叠加性和相干性, 实现了空间复杂度 和时间复杂度的指数级降低。仿真实验结果表明该算法具有可行性。
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12.
基于改进 Faster R-CNN 的无人机 小目标检测算法
张杨∗, 程正东, 朱斌
量子电子学报 2022, 39 (
3
): 354-363. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.03.007
摘要
(
1174
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为提升两阶段目标检测算法Faster R-CNN 对无人机小目标的检测识别效果, 提出了一种改进的Faster R-CNN 目标检测算法。对原始Faster R-CNN 算法的特征提取网络进行改进, 使用卷积层更少的ResNet-18 作 为骨干网络, 减少算法的参数量; 针对无人机目标特点, 对Faster R-CNN 算法的特征金字塔网络中的特征融合 方法进行改进, 增强了目标特征与背景特征的对比度; 使用双线性插值的方法改善因感兴趣区域池化而造成的 预测框偏离的问题。最后, 在构建的低空无人机数据集上对改进的算法进行了实验验证,结果表明提出的改进 Faster R-CNN 目标检测算法检测速度达到了35.5 帧/秒(FPS), 较原始Faster R-CNN 算法的15.8 FPS, 速度提高 了约一倍, 且算法的平均精确度均值mAP 提升了0.7%, 有效提高了算法对无人机小目标的检测识别性能。
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13.
基于3D-MobileNetv2 的多目标实时跟踪框架
毛仁祥, 常建华, 张树益 李红旭, 张露瑶
量子电子学报 2022, 39 (
3
): 364-372. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.03.008
摘要
(
944
)
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132
)
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为了克服卡尔曼滤波在远距离以及遮挡情形下跟踪不准确的问题, 设计了一个多目标实时跟踪框架, 利 用神经网络预测目标物体在三维空间里的状态, 使用匈牙利算法逐帧进行数据关联, 设计轨迹管理模块管理相 应的轨迹, 实现多目标跟踪。相较于传统的框架, 该框架不需要在图像空间执行卡尔曼滤波, 不仅能在高帧速率 准确跟踪遮挡目标, 而且对远距离目标也有优异的表现。以KITTI 数据集进行测试, 性能指标如下: 多目标跟踪准确度为79.22,多目标跟踪精确度为78.33, 多数丢失数为54.19, 多数跟踪数为13.21, ID 转变数为16, 运行速 度为39 帧/秒。相较于传统的卡尔曼框架, 准确率提升了11%,并且抗遮挡性也有大幅度提升。
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14.
一种基于机器视觉的无人机同心圆靶精准降落方法
洪富祥, 陈冲, 丘仲锋∗
量子电子学报 2021, 38 (
3
): 307-315. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2021.03.006
摘要
(
431
)
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(3887KB)(
242
)
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随着图像处理技术的发展、嵌入式硬件的进步, 无人机(UAV) 的机器视觉成为一个十分热门的研究领 域。UAV 自动降落控制是UAV 飞行控制系统的关键技术之一, 对UAV 降落的稳定性、精确性、可靠性、实时 性具有重要的作用。针对车载UAV 自动返航降落误差大的缺点, 通过机载视觉处理单元对UAV 降落的平台进 行图像处理后, 将获取的UAV 和降落平台的位置信息通过坐标转换算法转换为真实坐标信息, 然后通过模拟遥 控器杆量的方式来控制UAV 实现精准降落。实验表明, 利用所提出方法能够精准识别UAV 降落平台, 与只有 GPS 定位的实验结果相比, 该方法能够有效地增加UAV 降落的精度, 具有一定的实际应用价值。
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15.
基于分层聚类二维视点合成的集成成像系统
邢毓华, 胡晓龙, 杨琛∗
量子电子学报 2021, 38 (
1
): 2-9.
摘要
(
487
)
PDF(pc)
(16277KB)(
195
)
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提出了一种基于分层聚类二维视点合成的集成成像系统。在该集成成像系统中, 采用电动平移台结合 单个相机的视点采集方式采集稀疏视点图像; 为提高视点采集效率, 使用基于分层聚类二维虚拟视点合成方法 实现图像间的虚拟视点合成, 并利用合成的多视点图像通过像素映射得到微单元图像阵列; 利用像素映射得到 微单元图像阵列, 实现计算重建过程。实验结果表明该系统不仅可以满足高效率的三维信息采集, 而且在保证 合成视点质量的同时还提高了分辨率质量, 增加了集成成像应用的灵活性。
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16.
基于相位相关和纹理分类的SIFT 图像拼接算法
王昱皓, 唐泽恬, 钟岷哲, 王阳, 曾瑞敏, 朱登玮, 杨晨
量子电子学报 2020, 37 (
6
): 650-658.
摘要
(
526
)
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针对传统尺度不变特征变换(SIFT) 算法在图像拼接过程中计算量较大的问题, 提出了一种基于相位相 关和纹理分类的快速SIFT 拼接算法。首先, 使用相位相关法粗略地获取待拼接图像的重叠区域; 其次, 对图像 进行纹理分类, 并选取其中纹理复杂度较高区域进行SIFT 检测, 为了提升纹理分类阶段的速度, 提出了跳跃归 类的方法; 最后, 对于不同复杂度的纹理区域, 仅在相同纹理区域内进行特征点的匹配。实验结果表明, 所提出 改进算法在维持较好拼接质量的基础上, 与传统SIFT 算法以及已有的两种改进型SIFT 算法相比, 平均拼接速 度分别提升了68.46%、20.45%、41.83%。因此该算法在对拼接效率有较高要求的领域具有潜在的应用价值。
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17.
基于白光照明的鬼成像色彩重构
任捷 王晓茜 高超 蔡宏吉 姚治海
量子电子学报 2020, 37 (
3
): 302-308.
摘要
(
64
)
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鬼成像相较于传统光学成像有着高分辨力、抗噪声能力强等优势。而相较于单一波长鬼成像,多波长鬼成像在对待测物体空间信息进行重构的同时,还可以重构其色彩信息。首先简要介绍了多波长鬼成像的理论基础,随后以白光照明的多波长鬼成像为实验架构,选用哈达玛照明图样进行了多波长鬼成像的色彩重构。并通过扩大光谱范围,即增加波长进行优化实验,使重构结果中的色彩明亮度得到了改善。该研究的开展为多波长鬼成像在光谱成像方面实现应用化奠定了基础。
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18.
基于动态阈值和全局信息的SIFT量子图像拼接
唐泽恬 丁 召 曾瑞敏 钟岷哲 朱登玮 王昱皓 王 阳 杨 晨
量子电子学报 2020, 37 (
1
): 22-28.
摘要
(
75
)
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针对量子图像拼接使用传统SIFT算法易造成特征点数量不合理和误匹配率高的问题,提出基于动态阈值和全局信息的SIFT量子图像拼接算法。在特征点数量不合理方面,利用特征点数量与量子点或量子环数量呈现正比例关系这一特性,通过量子点或环的密度对SIFT算法的对比度阈值进行设置,以得到合适的特征点数量。在误匹配率高方面,通过构建全局信息描述子,并与SIFT局部描述子相结合,以降低误匹配率。实验表明:改进的算法有效地完成了量子环、量子线和量子点图像的拼接;将量子图像的特征点有效的控制在一个合理的范围内,并将误匹配率从17.34%~33.02%降低至10.84%~20%,使量子图像的拼接具有更好的可靠性。
参考文献
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19.
基于光学灰度图像辨识的系统故障诊断方法
汪炜怡, 徐青山, 杨明翰
量子电子学报 2019, 36 (
6
): 699-704.
摘要
(
105
)
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摘要: 故障诊断系统已成为确保工业系统及设备安全运行的重要辅助工具。在故障发生的早期阶段,故障诊断系统可以快速提供早期预警信息,并为故障缓解方案制定提供参考。为此,提出了一种基于光学灰度图像辨识的故障诊断方法。该方法根据实时监测数据构造系统的运行状态图像,通过CCD摄录的方式截取灰度图像,并从不同分辨率的系统灰度图像近似直方图中提取出系统的灰度图像特征。根据这些特征与标准特征之间的欧式距离比较,将当前状态划分为相距最小的标准特征类。实验结果表明该方法能够快速且正确地检测出故障类型,为系统相关设计与维护人员提供有效的支持信息。
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20.
基于时间和空间关联的运动物体成像方案研究
郭 辉1,2, 魏朝鹏1, 何儒勇1, 林泽群1, 王 乐1, 赵生妹1
量子电子学报 2019, 36 (
4
): 385-392.
摘要
(
126
)
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关联成像提供了一种利用常规手段难以获取图像信息的方法,是近年来量子光学领域研究的前沿和热点之一。近年来,在空间关联成像技术基础之上,出现了时间关联成像。本文集空间和时间关联成像于一体,研究了运动物体的关联成像方案。首先,物体的运动被分割为一系列的图片帧,第一帧选作空间关联的目标物体。其次,将帧间运动物体相对位置信息编码构成的时间信号作为时间关联的目标信息。分别通过空间和时间关联成像技术,非局域地获取第一帧图片和时间信号;根据设定的规则,将时间信号转换为帧间运动物体的空间相对位置,结合第一帧图片对运动物体进行移位操作,获得第二帧图片;在第二帧图片基础上,结合时间关联成像恢复的相对空间位置信息,恢复出第三帧图片。以此类推,获得所有帧图片,最后综合成物体的运动。通过数值仿真对该方案的可行性进行了验证。相比于已有运动物体关联成像方案,该方案降低了运动物体多帧关联成像的数据量和重构时间,为非局域地探索运动物体成像提供了一个新的研究思路。
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