级联双相位密码（CDPE）系统是一种包含两个纯相位板（密文板和密钥板）的重要光学密码系统，为了提升该系统的加密效率，提出一种双图像加密方法。加密时，将密钥板的轴向距离作为控制参数，提出一种新的迭代加密算法，该算法可将两幅明文图像加密至同一个密文板中，将传统的CDPE系统的加密效率提升了1倍。解密时，当密钥板分别处于两个设定的轴向位置时，可以在输出平面得到两幅不同的明文图像。采用数值仿真和实验验证了所提方法的有效性，并研究了密钥板两个位置之间的距离对解密结果的影响。对所提方法安全性的分析表明，所提方法对于暴力破解和选择明文攻击均具有稳健性。此外，所提方法可方便地推广至多图像加密，因此CDPE系统的加密效率可以得到进一步提升。

光波作为信息载体具有高速并行处理二维信息的能力及天然优势。光波的波长、振幅、相位、偏振等为光波的调制提供不同的维度和多种可能，也使得光学加密技术和光学密码系统展现出巨大的应用价值。随着加密数据传输量的急剧增长，在进行加密的同时实现信息的压缩变得愈加重要，因为这将缩短处理这些数据所需的时间并有效节约存储空间。提出广义的光学图像压缩加密的概念，并将压缩策略分为明文压缩、密文压缩和明文密文同步压缩。在此基础上，介绍适合每种策略的具体压缩方法，并通过阐述这些压缩方法在一些实例中的应用，综述了光学图像压缩加密技术的研究进展，也对未来的研究方向进行了展望。

全息术最初被设定为一种相干成像技术,通过物光和参考光干涉形成全息图,对全息图进行重建可以实现三维成像和物信息的获取。全息图记录过程要求物体上任意两点的光场具有空间互相干性,这一特性限制了全息术在非相干光领域的应用。空间非相干光的普遍存在和易获取等优点,使得非相干全息术的提出和发展具有重要意义。非相干全息术源于20世纪60年Mertz和Young提出的菲涅耳波带片编码成像理论,是指在空间非相干光照明情形下利用某种编码孔径对图像进行变换,实现全息图记录和再现的技术。Lohmann把这一技术进一步发展为基于分波技巧的干涉成像技术(源于同一物点的物光和参考光相干涉),实现了非相干物体的波前再现,从而明确了非相干全息记录过程中物光场中任意两点之间的互相干不再是全息图记录的必要条件。经过几十年的发展,科研人员利用非相干全息术在全息图的记录机制、重建算法、成像性能提升和应用等方面都取得了显著成果。本文聚焦于阐明空间非相干光情形下基于编码相位掩模波前调制的自干涉或无干涉数字全息术的成像原理及其演化技术的发展和应用,并在此基础上探讨该技术下一步的发展和有潜力的研究方向。

提出了一种基于压缩感知(CS)和干涉原理的双灰度图像加密方法。该方法分别从两幅灰度图像中随机提取50%的数据，并将这些数据通过融合形成一幅合成图像(SI)。再将该合成图像加密至三个纯相位板(POMs)中。其中一个随机相位板使用随机函数生成，另外两个通过解析的方法得到。解密时，利用分束片对3 个POMs 的衍射场进行叠加，在光学解密装置中利用CCD 记录合成图像，再从合成图像中分别提取的两幅原始图像信息。尽管对于每一幅原始图像来说，只能准确提取其50%的数据，但是压缩感知重构算法可以高质量的重现这两幅原始图像。与先前提出的方法相比，该方法加密过程是一个完全采用解析算法的过程，并且非常省时，因为在解密过程中没有迭代算法。此外，该方法也消除了先前提出的光学干涉加密方法存在的轮廓像问题，具有较高的安全性。计算机模拟结果证实了该方法的有效性。

为了简化加密系统光学结构以及提高安全性，本文利用相位板抽取方法提出了一种基于衍射成像模型的光学加密方法。该方法在光路中放置三个随机相位板，在输出平面上利用CCD 记录衍射光强分布作为密文。在加密时，每次均抽取出其中一个随机相位板，由另外两个随机相位板进行光学加密，一共记录三幅衍射光强分布。解密过程采用数字方法，利用相位恢复迭代算法即可由密文和密钥恢复原始图像。该光学加密方法在加密过程中不需要移动光学器件，只需记录光强分布作为密文，因而便于光学实现。仿真实验表明该光学加密方法可以实现灰度图像的加密，具有多重加密密钥，安全性较高。同时，该加密方法具有一定的抗噪声和剪切攻击的能力，因而该方法可以用于传输环境比较恶劣的条件下。

提出了一种基于光学衍射的二值图像加密方法。该方法仅需记录单幅衍射强度图像，加密过程避免了干涉装置，提高了记录效率，且单幅密文的传输更为方便。在加密前，先提取原始二值图像的冗余数据作为密钥保存，再使用光学衍射图像加密方法对原始二值图像加密，得到的衍射强度图像即为密文。解密时使用相位恢复算法进行迭代运算，把先前提取的冗余数据作为输入平面的部分振幅支撑，使算法能够快速收敛，从而完全恢复明文。计算机模拟结果证实了该方法的有效性，也分析了其对剪切和噪音攻击的稳健性。

基于弱相干光源的数字全息，由于参考光和物光夹角在非常小的范围内才能观察到干涉条纹，因此该技术一般限制在同轴全息的范围之内，即采用相移法对多幅同轴全息图采集，不利于动态物体的观测与记录。引入压缩感知理论，结合数字全息重构算法，实现对单幅弱相干光数字全息图的数值重建，能有效抑制孪生像及相干噪声的干扰。给出详细的基于压缩感知的数值重建算法框架，并以发光二极管作为弱相干光源，基于数字全息实验光路，以分辨率测试标板为样品展开实验研究，说明该方法的有效性和可行性。

提出了一种基于光学衍射成像原理的彩色图像加密方法.首先把彩色图像分成红、绿、蓝三基色分量, 并将三基色灰度图像分别作离散余弦变换, 得到对应的离散余弦变换谱.保留离散余弦变换谱的主要数据, 并用空间复用的方法把这三个主要数据融合于一个实值图像之中, 该图像即为复合频谱.再将此复合频谱送入光学衍射成像系统中加密, 得到单幅密文.解密过程为加密过程的逆过程, 即首先由单幅密文恢复复合频谱, 再由复合频谱分离出三基色图像的部分离散余弦变换谱, 再对这些离散余弦变换谱做逆变换得到三基色图像.由于对复合频谱设置了一个特殊数据区, 因此在利用相位恢复算法恢复复合频谱的过程中, 这些特殊数据作为输入平面的部分振幅支撑, 可以避免迭代过程的停滞问题并提高收敛速率, 从而完全恢复复合频谱, 进而恢复原始图像.本方法可以将一幅彩色图像加密成单幅具有噪声图样的强度密文, 同时, 解密恢复得到的原始彩色图像具有较高的像质.

为了克服双随机相位编码系统的局限性, 提出基于光学衍射成像原理的图像加密方法.该方法在光学衍射加密系统中加入可变光阑, 形成透光面积不同的振幅板, 对明文进行加密, 得出多个密文.解密时, 通过相位恢复算法, 从多幅衍射强度图像中恢复原始明文.仿真表明, 由于只需要记录光波的衍射强度, 在密文记录过程无需使用干涉装置, 通过可变光阑可以方便地调节振幅板的透光面积, 无需改变光学结构或者移动光学器件, 因此, 大大降低了加密过程实施的难度.

在传统的双随机相位光学加密系统的基础上, 提出一种新的单强度记录光学加密技术。在加密时, 将原始图像置于4-f系统的输入平面上进行双随机相位光学加密, 利用CCD等感光器件记录输出平面上的光强分布作为密文, 该光学加密过程只需一次曝光, 在解密时, 利用相位恢复算法进行迭代计算就可以由密文恢复原始图像。由于解密过程采用数字方式, 因此可以在解密过程中引入各种数字图像处理技术来抑制散斑噪声, 进一步改善解密图像质量。通过一系列仿真实验, 证明该光学加密系统可以实现对二值图像和灰度图像的光学加密, 并且能够很好地抵御“已知明文攻击”、“选择明文攻击”等方法的攻击。理论分析和计算机仿真表明, 该光学加密技术系统结构简单, 实现方便, 并且不易受到各种攻击, 安全性较高。