得益于量子计算理论及相关技术的炽盛生长,人们与具有并行计算能力的量子计算机之间的间距变得越来越小。一方面量子计算机能够担负起解决经典计算机无法解决的大容量和超高速的难题,但另一方面量子计算机对传统的安全领域构成了根本性的威胁,在图像处理领域显得尤为突出。已有的图像安全保密技术是建立在经典计算机框架内部的,并不能够直接移植于量子计算机。为了完善量子图像理论的研究内容,进一步提高图像在量子计算机上安全性,针对量子图像安全保密技术的研究已经成为迫在眉睫的问题。本文在开篇陈述了量子图像表示、处理和安全的相关知识。紧接着研究了量子彩色图像初等运算和加密算法。由于上述两类运算（算法）的研究皆是基于量子彩色图像表示模型,于是本文首先给出了别出新意的量子彩色图像表示模型,其次针对该模型设计了初等运算的新理论,最后从崭新的视角构建了加密算法。本文的主要研究工作和创新性成果梳理如下:（1）设计了量子彩色图像表示方法QIRHSI（Quantum Image Representation based on the HSI color space）。分别利用一个角度向量编码色调（Hue,H）和饱和度（Saturation,S）,q比特的二进制序列编码强度（Intensity,I）,相比于与现有的量子彩色图像表示模型,不仅使得H和S通道需要的存储空间更少,而且更便于对I进行各种颜色处理操作。此外,利用布尔表达式最小化原理对QIRHSI模型的图像预备资源进行了优化。（2）研究了基于QIRHSI表示的量子算术运算,包括强度求反操作、取补操作、加法操作和减法操作,并设计了相应地量子线路。通过分析量子线路所需量子门的复杂度可知,所设计的量子线路可以高效地实现量子算术运算操作。（3）设计了基于QIRHSI表示的量子几何变换,涵盖两点交换、循环平移、翻折变换和直角旋转,分别给出了与之相对应地量子线路。通过分析各个量子网络所需量子门的复杂度,能够有效地实现量子几何变换操作。（4）设计了基于最近邻插值方法的IQIRHSI（Improved QIRHSI）模型的量子图像缩放变换,将图像从尺寸2n×2 n扩展到2n1×2n2,设计了量子图像缩放变换的算法和量子线路。通过分析量子图像缩放线路的复杂度,能够对IQIRHSI图像实现尺度缩放操作。（5）提出了一种基于几何变换和强度通道扩散的量子彩色图像加密算法。结合广义Logistic映射产生的伪随机序列,通过22n-1次两点交换操作将量子图像的像素位置变得“杂乱无章”。接着,通过强度比特面交叉交换操作和XOR、XNOR操作实现强度值的更改。最后,利用量子Logistic映射产生的伪随机序列实现对强度分量的扩散。该算法有效提升了量子图像加密算法安全性。