利用基于光学记忆效应的单帧散斑自相关方法，研究了光透过随机散射介质的快速成像。短的相机曝光时间内的高质量快速成像需要尽可能消除影响成像质量的因素。通过引入旋转散射片来消除光束的空间相干性，避免相干噪声对成像质量的影响。光斑对比度可衡量光束的空间相干性被消除的效果，影响光斑对比度数值的主要因素有三个：旋转散射片介质颗粒度即目数、转速、相机曝光时间。实验分析了220目数和600目数两种旋转散射片和不同转速、相机不同曝光时间的情况。结果表明，转速提高和相机曝光时间的增加均使得光斑对比度下降并提升散斑相关成像质量，相机曝光时间超过一定值后，光斑对比度和成像相关系数随散射片转速和曝光时间的变化相对较小。因此对于相机曝光时间短的单帧散斑快速成像，选择最合适的散射片转速对高质量成像非常重要。通过优化算法来提升成像质量。根据对光学传递函数约束的迭代算法，无需利用目标的先验信息即可恢复系统的点扩展函数，该点扩展函数适用于不同形状、不同大小的目标，结合单帧散斑自相关算法可实现快速成像，与仅使用单帧散斑自相关算法的情况相比成像质量显著提升。

光学信息处理技术本身具有高速度、并行性、信息容量大的特点。同时，光波又具有振幅、相位、波长、偏振等多种属性，是多维信息的载体。因此，光学加密在信息安全传输领域意义重大。现有的图像加密方法存在效率低、安全性差、加密容量小等问题。为了实现多图像二次加密传输，提出了一种基于级联相位迭代与计算关联成像的多图像加密算法。该方法可以同时对多幅图像进行高效加密，计算简单，安全可靠，传输数据少。利用相关系数指标评估了该方法的加密效果，并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性。

为了实现对隐藏在散射介质后方的静态目标物体的高分辨率重构以及动态目标物体的重构和实时追踪，避免利用旋转毛玻璃产生赝热光源的不可预置性和机械振动对成像质量的影响，将空间光调制器应用到散斑相关成像系统中来产生赝热光场，对静态目标成像以及动态目标追踪进行了实验研究。其中动态目标追踪的偏差率在很小的范围内，最小可达0.38%。在图像重构过程中，采用基于扫描近似信息传递的相位恢复算法来提高运算速度和图像鲁棒性。对比了基于相位和振幅两种调制方式产生的赝热光源质量和图像重构质量，实验结果表明，基于相位调制产生的赝热光源质量更好，对应的重构图像分辨率更佳。