基本相位截断傅里叶变换系统面对两步傅里叶迭代等攻击算法时，防御能力差极易被攻破，且加密时间长，密文密钥体积大，不便于分发与传输。提出将压缩感知与相位截断傅里叶变换光学非对称加密相结合，明文经离散小波变换分为低频信息和高频信息，利用压缩感知对高频信息压缩2/3，将其转化为低频信息的相位信息，共同构造大小为原明文图像1/4的待加密复图像。在第一块相位调制模板后增加一块振幅模板，采用设定阈值振幅截断方式，将部分振幅信息作为新私钥，相位角作为密文，实现加解密密钥完全不同，且一图一密。系统安全性能实验、攻击实验和对比实验表明，该加密系统可有效抵御各种攻击，鲁棒性高、传输量小、加密耗时短、解密图像重构质量好，整体性能优良。

主动光学成像探测是海底形貌与环境探测的重要方式，广泛应用于大洋勘探、海底探测等领域。然而，由于海水对光的衰减作用，造成光学影像照度不均、颜色失真、对比度低等质量退化问题。本文依据水下主动光学成像探测的特点，提出了一种基于相对辐射校正原理的水下图像增强方法。该方法将增强过程分为亮度补偿和色彩恢复两个阶段。在亮度补偿阶段，依据水下点光源的成像特点和辐射衰减机制，采用相对辐射校正原理对水下图像分通道进行补偿，消除因光源不均、光程不同等因素造成的亮度畸变。在色彩恢复阶段，首先对红通道图像进行自适应补偿和色彩粗平衡，在此基础上进一步利用Retinex模型对图像进行色彩恢复。利用实际的海底勘探图像进行实验验证，结果表明本文方法的增强结果亮度均匀、色彩自然，有效提升了图像质量。相较现有方法，本文方法的结果无论主观感受还是客观评价整体更优。同时，由于本文方法不需要光源、相机等特性参数，仅利用实际观测图像本身进行校正，因而具有更好的适应性。

光在水中传播使得红色光衰减严重，从而导致水下图像在颜色上出现偏绿或偏蓝的颜色色差。针对这一红色光衰减现象，提出了一种改进条件生成对抗网络的方法来对水下图像进行增强处理。首先使用动态阈值对原始图像进行初步颜色校正，之后利用条件生成对抗网络在编码与解码连接处引入链接块学习水下图像与正常图像之间的映射关系来实现水下图像的色彩恢复，再使用双边滤波算法进行图像去噪，提高图像的可视性。在损失函数中引入L₁与L₂损失结合对图像颜色进行学习，同时加入焦点损失来解决样本比例高度不平衡现象。实验结果表明，此方法在水下图像的颜色失真和模糊方面都有很好的增强效果，获得了较好的视觉效果。

为了提高JTC光学图像加密系统的实用性，解决其噪声问题，提高其加密效率和安全性，提出了一种基于计算全息和傅里叶变换频移特性的JTC系统多图像光学加密方法。首先多幅不同尺寸和类型的图像经过随机相位调制和傅里叶变换，然后傅里叶频谱经过频移相位调制后叠加并编码为二元实值计算全息图，最后经过JTC光学图像加密系统完成加密。解密时，加密图像经过4F系统解密获得计算全息图，二元实值计算全息图具有很强的抗噪性，可消除噪声，然后经过傅里叶变换获得多幅解密图像。仿真实验结果表明，该方法可实现多幅不同尺寸和类型图像的并行加密和解密，具有高加密效率，同时多幅图像互为密钥和双重光学密钥使得该方法具有很高的安全性。