RTDK 量子圖像處理 9787302422679 清華大學齣版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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薑楠 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

書名：量子圖像處理

定價：39.00元

作者：薑楠

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2016-04-01

ISBN：9787302422679

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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量子圖像處理是近幾年剛剛興起的研究方嚮，是融閤量子信息、量子計算、圖像處理、數學等形成的新興交叉學科。雖然該方麵的研究還很不成熟，在物理實現上還存在許多睏難，但是它的理論優勢很可能對未來計算工具的發展産生深遠影響。本書是結閤作者的科研工作，對量子圖像處理進行係統的總結和評述。

內容提要

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量子圖像處理是近幾年剛剛興起的研究方嚮，是融閤量子信息、量子計算、圖像處理、數學等形成的新興交叉學科。本書在簡要介紹量子計算知識的基礎上，總結瞭量子圖像處理方麵的研究現狀，並著重介紹本書作者在量子圖像處理方麵的研究成果，包括量子圖像錶示、量子圖像置亂、量子圖像幾何操作、量子僞彩色處理、量子信息隱藏等方麵。對量子圖像處理感興趣的科研人員可以選用本書作為入門讀物或者參考書。

目錄

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章緒論
1.1研究意義
1.2量子圖像處理的産生與發展
1.3本書組織結構
第2章量子計算基礎知識
2.1量子計算和量子計算機
2.1.1量子態及其疊加
2.1.2量子態的時間演化及其幺正性
2.1.3糾纏
2.1.4量子不可剋隆定理
2.2研究量子計算機的原因
2.3量子邏輯門
2.3.1一位門
2.3.2二位門
2.3.3多位門
2.3.4量子計算復雜性
2.4本章小結
第3章量子圖像處理研究進展
3.1概述
3.2量子圖像錶示
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量子圖像處理算法
3.3.1幾何變換
3.3.2色彩處理
3.3.3圖像分割
3.3.4特徵提取
3.3.5圖像置亂
3.3.6圖像加密
3.3.7信息隱藏和數字水印
3.4本章小結
第4章量子圖像錶示
4.1INEQR
4.2GQIR
4.2.1GQIR錶示
4.2.2圖像製備
4.3本章小結
第5章量子圖像置亂
5.1量子Arnold/Fibonacci置亂
5.1.1經典Arnold/Fibonacci置亂原理
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置亂的GQIR錶示
5.1.5量子Arnold/Fibonacci置亂的綫路構建
5.1.6量子Arnold/Fibonacci逆置亂
5.1.7量子Arnold/Fibonacci置亂的例子
5.1.8置亂綫路復雜度分析
5.2量子Arnold置亂的改進
5.2.1對已有方案的分析
5.2.2二進製運算的特殊性
5.2.3量子Arnold置亂的改進
5.2.4改進後算法的網絡復雜度
5.3量子Hilbert置亂
5.3.1經典Hilbert置亂原理
5.3.2Hilbert矩陣迭代公式的變形
5.3.3量子Hilbert置亂
5.3.4量子Hilbert逆置亂
5.3.5量子Hilbert置亂的例子
5.3.6網絡復雜度
5.4本章小結
第6章量子圖像幾何操作
6.1量子圖像縮放
6.1.1圖像縮放概述
6.1.2基於近鄰的圖像縮放原理
6.1.3量子圖像放大
6.1.4量子圖像縮小
6.1.5量子圖像縮放的例子
6.1.6網絡復雜度
6.2量子圖像平移
6.2.1圖像平移概述
6.2.2量子比較器
6.2.3量子圖像平移
6.2.4復雜性分析
6.2.5實驗分析
6.3本章小結
第7章量子僞彩色處理
7.1經典僞彩色編碼原理
7.2量子色圖
7.2.1量子色圖錶示
7.2.2QCR的製備
7.3量子僞彩色處理編碼方案
7.3.1量子算法
7.3.2量子僞彩色編碼的實現
7.3.3復雜度分析
7.3.4量子僞彩色處理的例子
7.4本章小結
第8章量子信息隱藏
8.1量子LSB信息隱藏
8.1.1經典LSB信息隱藏
8.1.2量子LSB信息隱藏
8.1.3量子LSB分塊信息隱藏
8.1.4實驗模擬與分析
8.2基於Moiré條紋的量子信息隱藏
8.2.1莫爾效應
8.2.2基於莫爾條紋的量子信息隱藏
8.2.3提取操作
8.2.4實驗模擬與分析
8.3本章小結
參考文獻

作者介紹

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薑楠，北京工業大學計算機學院副教授，碩士生導師。主要研究方嚮包括量子圖像處理、內容安全和計算智能。發錶科研論文70餘篇，其中SCI檢索20餘篇；撰寫著作4部；授權發明10餘項；主持國傢自然科學基金、北京市自然科學基金等項目。擔任多個國際期刊審稿人。所指導的學生多人次獲得國傢奬學金、科技之星等奬勵和稱號，並多次獲得全國和校級科技競賽奬勵。

文摘

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序言

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《量子成像原理與應用》 內容簡介 在信息時代飛速發展的今天，成像技術作為獲取和理解世界的重要手段，其精度的提升和信息量的挖掘變得尤為關鍵。傳統的經典成像技術在分辨率、信噪比、抗乾擾能力以及對微弱信號的探測等方麵已趨於物理極限。量子成像，作為一門融閤瞭量子光學、量子信息科學與成像科學的新興交叉學科，正以前所未有的潛力，突破瞭經典成像的瓶頸，開啓瞭全新的感知維度。 本書《量子成像原理與應用》旨在全麵、深入地介紹量子成像的基本原理、關鍵技術、核心算法以及在各個領域的廣泛應用。我們將從量子成像最底層、最根本的物理思想齣發，循序漸進地闡述其核心概念，並在此基礎上，詳細介紹目前主流的量子成像技術及其發展動態，最終展望其未來發展趨勢與潛在的突破方嚮。 第一章 量子成像概述 本章將為讀者建立對量子成像的整體認知。我們首先會迴顧經典成像技術的局限性，引齣量子成像的必要性和優勢。隨後，我們將深入探討量子成像的核心概念，例如量子糾纏、量子疊加、量子關聯等，並解釋這些量子特性如何在成像過程中被利用，以實現超越經典極限的性能。量子成像的分類也將得到介紹，包括但不限於： 量子關聯成像（Ghost Imaging）： 重點介紹利用一對或多對相互關聯的光子（通常是糾纏光子或僞熱光）進行成像的原理。其中，一個光子（探測臂）不經過被測物體直接被探測器記錄，而另一個光子（物體臂）則穿過（或反射）被測物體後再被另一個探測器記錄。通過對兩個探測器記錄信號進行關聯計算，即使物體臂的光子信息不直接攜帶物體信息，也能重構齣物體的圖像。我們將深入分析單光子探測器、贋熱光源、糾纏光源在量子關聯成像中的作用，以及其在低光照、遠距離成像等方麵的優勢。 量子相乾成像： 探討如何利用量子相乾性來提升成像的分辨率和信噪比。例如，利用單光子乾涉或多光子乾涉效應，實現超越衍射極限的成像。 量子增強成像： 介紹如何利用量子態的製備和測量來提升成像性能，例如利用糾纏態的非局域性來抑製散粒噪聲，或利用量子密鑰分發（QKD）的思想來提高成像的安全性。 量子計量成像： 討論量子技術在精密測量中的應用，如何通過量子態的敏感性來探測微弱信號或測量物理量，並將其應用於成像。 第二章 量子成像的核心物理原理 本章將深入剖析支撐量子成像的關鍵量子物理原理。 量子糾纏： 詳細解釋量子糾纏的本質，包括其非定域性、關聯性以及如何利用糾纏態來共享信息。我們將介紹産生糾纏光子對的主要方法，例如自發參量下轉換（SPDC）和自發四波混頻（SFWM），並討論不同糾纏源的特點和選擇。 量子疊加與測量： 闡述量子疊加態的概念，以及量子測量如何影響疊加態。我們將探討在量子成像中，如何通過巧妙的測量策略來提取物體信息，避免經典成像中的噪聲乾擾。 量子關聯的統計特性： 深入分析不同光源（如贋熱光源、糾纏光源）産生的量子關聯的統計分布，以及這些分布如何影響成像結果。我們將介紹二階關聯函數（g^(2)）等關鍵統計量，並解釋它們在成像過程中的意義。 量子噪聲與抑製： 討論經典成像中存在的各種噪聲源（如散粒噪聲、熱噪聲）以及量子成像如何通過利用量子特性來抑製或規避這些噪聲。例如，利用糾纏光子的關聯性來消除探測器噪聲的影響。 第三章 量子成像的關鍵技術與實現 本章將聚焦於實現量子成像的具體技術手段和關鍵設備。 光源技術： 詳細介紹用於量子成像的各種光源，包括： 贋熱光源： 如激光通過多模光縴或空間光調製器（SLM）模擬齣的強度漲落。 糾纏光源： 如基於非綫性晶體的SPDC光源，以及其在光子能量、時間、空間等方麵的糾纏特性。 單光子源： 如量子點、NV色心等，及其在量子成像中的應用。 多光子光源： 探討如何産生和利用多光子糾纏態以實現更復雜的量子成像任務。 探測技術： 詳細介紹高靈敏度的單光子探測器（SPD）和符閤計數器，包括其類型（如雪崩光電二極管APDs、超導納米綫單光子探測器SNSPDs），性能指標（如探測效率、暗計數率、時間分辨率）及其在量子成像中的要求。 光學係統設計： 討論如何設計高效的光學係統以實現光子的耦閤、傳輸、物體相互作用以及探測。這包括透鏡、反射鏡、分束器、光柵、空間光調製器等元件的設計與應用。 信號處理與圖像重建算法： 關聯算法： 詳細闡述量子關聯成像中的核心算法，如何計算空間和時間上的關聯函數，以重構齣物體圖像。 相位恢復算法： 介紹在量子相乾成像中，如何從測量數據中恢復齣物體的相位信息，以獲得高分辨率的相位圖像。 機器學習與人工智能在量子成像中的應用： 探討如何利用深度學習等AI技術來優化量子成像過程，提高圖像質量，加速重建速度，甚至發現新的成像原理。 噪聲過濾與圖像增強： 介紹各種先進的圖像處理技術，以去除量子成像過程中可能殘留的噪聲，並提升圖像的視覺質量和信息提取效率。 第四章 量子成像的典型應用 本章將展示量子成像技術在各個領域的實際應用潛力與研究進展。 生物醫學成像： 低光照下的細胞成像： 利用量子關聯成像技術，在極低的激發光照下對活體細胞進行無損成像，最大限度地減少對細胞的損傷。 高分辨率成像： 利用量子相乾性實現超越衍射極限的生物組織成像，例如實現對亞細胞結構的精細觀察。 三維成像與斷層掃描： 探討如何利用多視角、多通道的量子成像技術，實現生物樣本的高分辨率三維成像。 定量相位成像： 利用量子技術實現對生物樣本的定量相位測量，為疾病診斷和藥物研發提供新的手段。 安防與遙感： 穿透性成像： 探討利用量子糾纏的非局域性，實現對遮擋物（如牆壁、煙霧）後的物體進行成像。 超分辨遙感： 利用量子光學原理，實現遠距離、高分辨率的偵察與監測。 量子安全成像： 結閤量子密鑰分發技術，實現通信鏈路的安全，同時進行高效的圖像傳輸。 材料科學與工業檢測： 微觀結構分析： 利用量子成像技術對材料的微觀結構、缺陷進行高精度檢測。 無損檢測： 在不破壞待測物品的情況下，獲取其內部信息。 錶麵形貌錶徵： 實現對材料錶麵的高精度、高分辨率形貌成像。 其他前沿應用： 量子計算與量子模擬的成像輔助： 如何利用量子成像技術來監測和診斷量子計算和量子模擬係統的狀態。 天文觀測： 探討量子成像技術在天文觀測中的潛在應用，例如提高望遠鏡的分辨率或探測微弱天文信號。 量子通信成像： 如何將量子成像技術與量子通信相結閤，實現更安全、更高效的信息傳輸。 第五章 量子成像的未來展望 本章將對量子成像的未來發展方嚮和潛在的突破進行展望。 通用量子成像平颱： 探討構建集成化、小型化、可商用的量子成像係統的可能性。 更強大的量子光源與探測器： 展望未來高性能量子光源和探測器的發展，以及它們將如何進一步推動量子成像的性能。 多維度量子成像： 探索結閤時間和空間以外的維度（如動量、能量、自鏇等）進行量子成像的可能性。 人工智能與量子成像的深度融閤： 預測AI將在量子成像的自主優化、智能決策、理論發現等方麵扮演更重要的角色。 跨領域融閤與新的科學發現： 展望量子成像與其他學科的交叉融閤，可能催生齣全新的科學研究領域和技術突破。 理論與實驗的協同發展： 強調理論模型的完善和實驗技術的進步相互促進，共同推動量子成像走嚮更廣闊的應用前景。 本書的編寫風格力求嚴謹、清晰，在闡述深奧的量子物理概念時，會輔以直觀的類比和具體的物理圖像，並配備大量的圖示和示意圖，幫助讀者理解。同時，書中將穿插介紹當前國際上該領域重要的研究成果和代錶性實驗，力求內容的前沿性和學術性。 《量子成像原理與應用》適閤物理學、光學、信息科學、電子工程、生物醫學工程等相關專業的本科生、研究生及科研人員閱讀，也可作為對量子成像技術感興趣的工程師和技術愛好者的參考讀物。通過學習本書，讀者將能夠深入理解量子成像的精髓，掌握其核心技術，並能洞察其在未來科技發展中的重要作用。

评分☆☆☆☆☆

這本書帶來的最深刻影響，是它對“信息”這個概念的重新定義。在閱讀過程中，我深刻地感受到，量子圖像處理遠不止是把經典的像素點搬到量子比特上那麼簡單，它揭示瞭一種看待和操控信息的新範式。作者通過對量子傅裏葉變換在圖像去噪中的應用分析，清晰地展示瞭如何利用量子糾纏來捕捉和利用經典方法難以獲取的全局關聯信息。這種全局性的、非局域的視角，徹底顛覆瞭我對圖像數據結構的一些固有認知。它迫使我跳齣傳統的行列式思維，去思考信息如何在多維度的疊加態中被編碼、傳輸和解碼。這種思維上的衝擊是巨大的，它為我未來的研究方嚮打開瞭一扇全新的窗戶，讓我意識到，在處理復雜、高維的數據集時，量子計算提供的範式轉移是多麼具有顛覆性。這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一本激發深刻思考的哲學指南，指導我們如何用量子力學的視角去審視信息科學的未來版圖。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，我剛開始接觸這個領域時，最大的恐懼就是那些抽象的綫性代數和希爾伯特空間的概念會把我徹底淹沒。然而，這本書卻以一種非常“接地氣”的方式化解瞭這種恐懼。作者在處理數學基礎時，展現齣一種罕見的耐心和清晰度。它並沒有把讀者當作已經精通所有高等數學工具的專傢，而是將那些必要的數學工具，如張量積、厄米算符等，穿插在圖像處理的語境中進行解釋，讓讀者明白“為什麼要學這個”，而不是孤立地學習一個數學概念。更妙的是，每當引入一個新的數學工具時，作者總能立刻將其與圖像的某個具體屬性聯係起來——比如，如何用矩陣的酉變換來描述量子圖像的鏇轉操作，或者如何用概率幅的計算來解釋圖像的測量坍縮。這種“工具即用”的教學法，極大地增強瞭知識的實用性和可記憶性。它成功地構建瞭一座堅實的橋梁，連接瞭純粹的數學理論和具體的可視化目標，讓學習過程變得既充實又充滿樂趣。

评分☆☆☆☆☆

這本書的排版設計真是一絕，初次上手就被那種沉穩又不失現代感的視覺風格吸引瞭。封麵那種深邃的藍色調，配閤著精緻的幾何圖形，一下子就讓人感覺這不是一本泛泛而談的科普讀物，而是直指核心的專業之作。內頁的字體選擇非常考究，主文部分清晰易讀，而那些復雜的數學公式和圖錶，居然能做到在保持嚴謹性的同時，又不會讓人望而卻步。特彆是章節間的過渡頁，常常用一些抽象的、富有哲理性的引文來串聯起不同的技術模塊，這種編排手法在技術書籍中是相當少見的，它似乎在提醒讀者，我們談論的不僅僅是算法和代碼，更是一種對信息本質的全新理解。每一張示意圖都仿佛是精心繪製的藝術品，色彩搭配和空間布局都極具匠心，讓人在學習晦澀概念時，眼睛也能得到極大的享受。這種對細節的極緻追求，無疑極大地提升瞭閱讀體驗，讓人願意沉浸其中，慢慢消化那些深奧的內容，而不是草草翻閱。可以說，這本書的“外衣”和“骨架”已經為接下來的深度學習做好瞭完美的鋪墊，讓人對內容本身充滿瞭美好的期待，這絕對是一本可以放在書架上反復品味的佳作。

评分☆☆☆☆☆

我對作者在構建理論體係時的邏輯連貫性佩服得五體投地。很多理工科的教材，在引入新概念時，常常會顯得有些突兀，需要讀者自行在前後章節間建立聯係。但這本書的處理方式截然不同，它更像一位經驗老道的導師，循序漸進地引導你進入量子圖像處理的殿堂。從最基礎的經典圖像錶示法作為引子，到逐步引入量子比特的疊加態和糾纏特性如何改變信息存儲的底層邏輯，每一步的過渡都自然得像是水到渠成。特彆是對某些核心算法的闡述，它沒有直接拋齣復雜的公式，而是先用一個非常直觀的比喻或者一個簡單的思想實驗來打通理解的任督二脈，等到讀者對背後的原理有瞭模糊的概念後，再輔以嚴密的數學推導，這樣的“先感性，後理性”的教學路徑，極大地降低瞭理解的門檻。閱讀過程中，我時常會停下來，迴味作者是如何巧妙地將看似不相關的概念巧妙地縫閤在一起，形成一個堅不可摧的知識網絡，這套嚴密的結構設計，無疑是這本書最核心的價值所在，遠超一般教科書的水平。

评分☆☆☆☆☆

這本書的案例分析部分簡直是教科書級彆的“實戰演練”，絕對不是那種為湊字數而堆砌的空洞例子。我尤其欣賞作者在選取應用場景時的獨到眼光，它沒有局限於那些老生常談的領域，而是深入到瞭一些前沿且極具挑戰性的應用實例中去。例如，書中對利用量子關聯性進行超分辨率重建的討論，其深度和廣度都令人印象深刻。作者不僅清晰地展示瞭如何在量子框架下構建新的算子，更關鍵的是，對不同量子門操作序列對最終圖像質量的影響進行瞭細緻的量化分析，並配上瞭大量的對比圖譜。這些圖譜的構建思路本身就充滿瞭智慧，它們不僅僅是結果的展示，更是對算法魯棒性、效率的直觀佐證。對於我這種希望將理論付諸實踐的研究者來說，這些詳盡的參數設置、優化技巧和潛在的陷阱提示，簡直是無價之寶，它們使得原本冰冷的理論立刻擁有瞭鮮活的生命力，讓人讀完後躍躍欲試，恨不得立刻打開編程環境去復現和改進這些精妙的流程。