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公開番号2025095505
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023211547
出願日2023-12-14
発明の名称画像フィルタ装置及びプログラム
出願人KDDI株式会社
代理人個人,個人
主分類G06N 10/70 20220101AFI20250619BHJP(計算;計数)
要約【課題】量子画像に対応している古典画像に対して、量子画像起因のノイズを低減するフィルタ処理を適用する画像フィルタ装置を提供する。
【解決手段】古典画像である入力画像が量子画像へと符号化されたうえで、当該量子画像の測定結果によって古典画像である出力画像が復号される場合における、前記量子画像の状態に起因して前記出力画像に発生するノイズを低減するフィルタ処理を、前記入力画像または前記出力画像に対して適用する画像フィルタ装置1,7であって、前記量子画像へと符号化することは古典画像における位置情報を複数の基底のそれぞれに対応付けることによる基底エンコーディングを含み、前記フィルタ処理は、古典画像上での各画素位置について、前記基底エンコーディングされた状態において近傍を定めたうえで、先鋭化を行うことを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
古典画像である入力画像が量子画像へと符号化されたうえで、当該量子画像の測定結果によって古典画像である出力画像が復号される場合における、前記量子画像の状態に起因して前記出力画像に発生するノイズを低減するフィルタ処理を、前記入力画像または前記出力画像の少なくとも一方に対して適用する画像フィルタ装置であって、
前記量子画像へと符号化することは古典画像における位置情報を複数の基底のそれぞれに対応付けることによる基底エンコーディングを含み、
前記フィルタ処理は、古典画像上での各画素位置について、前記基底エンコーディングされた状態において近傍を定めたうえで、先鋭化を行うことを含むことを特徴とする画像フィルタ装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記基底エンコーディングされた状態は、各文字が２値のいずれかを取る文字列として表現できる状態であり、当該文字列として表現できる状態で前記近傍を定めることを特徴とする請求項１に記載の画像フィルタ装置。
【請求項３】
前記量子画像へと符号化することは古典画像における画素値を１量子ビットの振幅に対応付けることによる振幅エンコーディングを含み、
前記フィルタ処理は、前記入力画像または前記出力画像を処理の対象画像として当該対象画像の各画素値のうち、前記対象画像の画素値の集合における上位の側と下位の側に該当する画素値に該当するものをそれぞれ、古典画像において予め規定される画素値が取りうる範囲の最大値及び最小値へと飽和させることを含む請求項１に記載の画像フィルタ装置。
【請求項４】
前記上位の側と下位の側に該当しない画素値に該当するものは、当該画素値を線形または非線形にマッピングすることを前記フィルタ処理が含むことを特徴とする請求項３に記載の画像フィルタ装置。
【請求項５】
古典画像である入力画像が量子画像へと符号化されたうえで、当該量子画像の測定結果によって古典画像である出力画像が復号される場合における、前記量子画像の状態に起因して前記出力画像に発生するノイズを低減するフィルタ処理を、前記入力画像または前記出力画像の少なくとも一方に対して適用する画像フィルタ装置であって、
前記量子画像へと符号化することは古典画像における画素値を１量子ビットの振幅に対応付けることによる振幅エンコーディングを含み、
前記フィルタ処理は、前記入力画像または前記出力画像の少なくとも一方を処理の対象画像として当該対象画像の各画素値のうち、前記対象画像の画素値の集合における上位の側と下位の側に該当する画素値に該当するものをそれぞれ、古典画像において予め規定される画素値が取りうる範囲の最大値及び最小値へと飽和させることを含む画像フィルタ装置。
【請求項６】
前記上位の側と下位の側に該当しない画素値に該当するものは、当該画素値を線形または非線形にマッピングすることを前記フィルタ処理が含むことを特徴とする請求項５に記載の画像フィルタ装置。
【請求項７】
コンピュータを請求項１ないし６のいずれかに記載の画像フィルタ装置として機能させることを特徴とするプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子画像に起因するノイズを対応する古典画像において低減させる画像フィルタ装置及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
量子ビット(qubit)に情報を埋め込み活用する、量子情報技術が存在する。特に画像情報を埋め込んだ場合、その情報を量子画像と呼ぶ。量子画像として情報を埋め込む技術については非特許文献１等で解説されている。なお、本明細書では量子画像に対比して、従来の磁気や電荷の有無によって0/1のデジタル情報（古典ビット）として表現されている画像について、量子画像と特に区別する場合に古典画像と呼ぶこととする。情報を埋め込まれた量子ビットは、既存のデジタル信号用の光ファイバーで通信することにより、遠方への伝達が可能である。これを量子通信と呼ぶ。
【０００３】
ここで以下のフローに従い画像を伝達することで、量子通信の利点を享受することが可能である。利点として例えば、量子の複製不可能定理による盗聴耐性や、波長帯域を分けて光ファイバー内で既存の光通信と並行して伝送できることが挙げられ、情報通信産業に寄与できる。なお、以降の説明のため、以下のフローを構成している各手順を伝送手順１～５と呼ぶこととする。
１．送信者は、画像情報を古典画像の状態で所持している。
２．送信者は、古典画像を量子画像にエンコード(符号化)する。
３．量子通信で、量子画像を受信者へと伝送する。
４．受信者は、量子画像を古典画像にデコード(復号)する。
５．受信者は、ディスプレイなどの表示端末で画像情報を閲覧する。
【０００４】
この伝送手順１～５は以下の通りの従来技術を用いて実現することができる。
【０００５】
●FRQI(Flexible Representation of Quantum Images；量子画像の柔軟な表現)
非特許文献２等に開示されるFRQIは、振幅および基底を利用して、一辺のピクセル数が2のn乗である古典画像情報を2n+1量子ビットへとエンコード(符号化)する技術であり、256段階の輝度を持つグレースケール(古典)画像を量子ビットとして表現可能である。具体的に、FRQIによる量子状態|Img>への古典画像情報の符号化は「発明を実施する形態に」おいて後述される式(1)の通りに表される。
【０００６】
●量子ゲートマシン
前記FRQIは、量子状態として画像情報を扱うためのアルゴリズムないし取り決めとしての技術であるのに対し、当該取り決めに従って実際に量子状態での処理を行うハードウェアとしての量子ゲートマシン実機（量子コンピュータ）が、非特許文献３等に開示されており、例えばIBM社が量子コンピュータの利用サービスを提供している。量子コンピュータは量子画像を扱う用途に限らず利用することができるが、量子画像の用途で利用する場合、前記伝送手順２，４を実行する送信者及び受信者は、サービスとして提供される古典コンピュータのAPI（アプリケーションプログラミングインタフェース）を用いて、古典コンピュータから量子コンピュータの動作のプログラミングを行うことにより、量子コンピュータにおいて量子画像の符号化及び復号を行うことができる。
【０００７】
なお、量子ビットを扱う量子コンピュータと特に区別する場合は、磁気や電荷の有無によって0/1のデジタル情報（古典ビット）を扱う従来のコンピュータを、古典コンピュータと呼ぶこととする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開2022-171561号公報
特表2023-532228号公報
国際公開第2018/003937号
特開2017-086762号公報
特開2016-143931号公報
【非特許文献】
【０００９】
SU, Jie, et al. A new trend of quantum image representations. IEEE Access, 2020, 8: 214520-214537.
LE, Quang Phuc, et al. Flexible representation of quantum images and its computational complexity analysis. In: 日本知能情報ファジィ学会ファジィシステムシンポジウム講演論文集第 25 回ファジィシステムシンポジウム. 日本知能情報ファジィ学会, 2009. p. 185-185.
SANTOS, Alan C. The IBM quantum computer and the IBM quantum experience. arXiv preprint arXiv:1610.06980, 2016.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、量子ゲートマシン（量子コンピュータ）にはノイズが存在するという問題がある。ノイズはゲートを実行または量子状態を計測するたびに一定確率で起こることが知られており、その確率は、量子コンピュータをサービスとして利用する場合に、そのスペックとして公開情報の形で提供されることが一般的である。
（【００１１】以降は省略されています）

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