量子图像处理作为量子计算领域中一个新兴的研究方向,近几年受到研究人员的广泛关注。从最初的量子图像表示模型、量子图像几何变换、量子图像分割和特征提取到后来的量子图像置乱、水印和加密算法,量子图像处理技术逐渐丰富和发展起来,但还不足以成为一个完整的体系,有待进一步的研究和完善。本文在学习和研究量子图像处理的基础上,面向量子图像安全领域的量子图像置乱和量子图像水印问题,开展了以下工作:1.为了设计出更快更好的量子灰度图像置乱算法,丰富量子图像置乱技术的研究,本文首先基于图像比特面的特点,提出了两种纯颜色空间的置乱方案:基本比特面置乱和改进的比特面置乱。接着,为了进一步提高安全性,在改进的比特面置乱基础上加入简单的位置变换,提出了两种新的置乱方法:结合位置旋转和结合格雷码位置变换的置乱。文中四种置乱方法各有优势,但均置乱效果显著,置乱后图像直方图平滑,破坏了原始图像的灰度统计特性,并且复杂度低,置乱效率高,在计算复杂度方面远优于对应的经典算法。本文的置乱方法虽然是针对量子灰度图像设计的,但可扩展到量子彩色图像上。2.为解决量子彩色图像作为载体的水印嵌入和提取问题,本文首先提出了将量子二值图像嵌入到量子彩色图像中的水印方案。嵌入过程将载体图像颜色值的最低有效位替换成水印图像的颜色值,在水印嵌入之前,可对其进行置乱处理,以增强水印的安全性;提取过程则是将含水印载体图像的最低有效位提取出来并使用量子计数器进行计数,采用多数原则确定水印图像的颜色值,从而增强了水印方案的鲁棒性。随后设计了将量子灰度图像和彩色图像扩展成二值图像的方法,故而可将量子灰度图像和量子彩色图像作为水印的问题转换为已解决的量子二值图像水印嵌入问题。仿真结果表明本文的水印方案具有良好的不可见性,并且较之已有方案在椒盐噪声的干扰下具有明显的鲁棒性优势。