基于矢量分解及双随机相位编码设计了一种光学图像加密系统。通过矢量分解将原始图像分解为两个相位模板, 其中一个相位模板通过双随机相位编码系统进行加密, 另一个相位模板作为额外的密钥, 参与图像的解密, 通过与解密光束相干叠加恢复出原始图像。数值模拟表明, 所设计加密系统具有较好的加密和解密效果, 以及较强的抗噪声和剪切攻击能力。相较于双随机编码系统, 文中加密系统通过矢量分解增加了一个密钥, 拓展了系统密钥空间, 且矢量分解破坏了加密系统的线性关系, 加密系统能够抵御唯密文攻击、已知明文攻击及选择明文攻击, 具有较高的安全性。

针对单一特征模板保护算法效果较差以及存储前对模板保护不足等问题，提出一种多特征融合的人脸模板保护方法。该方法利用两种特征提取算法提取人脸不同的特征，实现多特征的融合保护，并在特征变换阶段将两种特征分别作为两个掩模，使用双随机相位掩模技术对原始图像进行加密。在存储前利用密钥生成思想从图像中直接获取密钥，并结合伴随矩阵性质，设计了一种改进分块幻方变换的置乱算法。为验证算法性能，采用ORL和EYaleB两个人脸数据库分别进行测试。结果表明，置乱算法的置乱度在ORL数据库可以达0.0194，在EYaleB数据库上可达0.0187，所提模板保护方法的识别率可分别达97.12%和96.90%。模板保护的三大特性不可逆性、可撤销性和不可链接性均表现良好。

为了保护图像隐私、解决光学图像加密对光学仪器精密度依赖度高的问题,提出了基于自动编码器的光学图像加密方法。该方法使用深度神经网络模拟双随机相位编码,通过在输入中加入目标随机图像模仿第一层随机相位模板,利用编码网络的卷积核模仿第二层随机相位模板。卫星图像实验结果表明,本文方法能有效地加密光学图像,直方图上密文图像像素点分布较为均匀。和基于CycleGAN的加密方法相比较,本文方法更简单,计算资源消耗更少,加密性能不受光学仪器性能的影响,加密后图像的峰值信噪比(PSNR)值下降了6.5745,水平、垂直和对角方向上相邻像素的相关系数绝对值分别低了0.110375,0.118625,0.01335,解密后图像的PSNR值上升了1.4075,结构相似性值高了0.0428。

对于使用随机相位模板(RPM)作为密钥的双随机相位编码(DRPE)加密系统, 唯密文攻击算法(COA)是一种有效的攻击算法。为了提高DRPE加密系统抵抗COA算法攻击的能力, 提出了一种基于随机Radon变换的JTC加密系统。该系统对待加密图像进行随机Radon变换, 再使用JTC加密系统对其加、解密。除了DRPE加密系统中的RPM密钥之外, Radon变换参数亦被用作恢复原始图像的密钥。仿真结果表明, 相比于仅使用RPM密钥的DRPE加密系统, 基于随机Radon变换的DRPE加密系统可以有效抵抗COA算法攻击, 提高加密系统的安全性。

为了提高光学图像加密系统中双随机相位编码加密技术的安全性, 提出了一种基于DNA编码与菲涅尔域DRPE的双重光学加密技术。对光学图像进行DNA编码, 通过DNA编码的加法运算与交叉操作对光学图像进行初步的置乱处理; 在菲涅尔域对像素进行双随机相位编码加密处理, 在加密过程中使用一个副图像生成两个混合相位模板; 将双随机相位编码加密的图像与两个随机矩阵的克罗内克乘积相乘, 获得最终的加密结果。仿真实验结果表明, 所提加密方案在加密过程中增加了密钥数量, 通过双重置乱处理增强了加密系统的抗攻击能力。

高清监控视频的加密传输是一个重要的研究领域,但是随着监控图像清晰程度不断提高,现行视频加密算法的运行开支面临着严峻的考验.因此对视频传输过程中使用光学加解密的可行性进行了探索,提出了基于液晶光阀和双随机相位编码的单通道视频光学加解密技术.该技术的加解密耗时几乎为零,极大提高了视频的传输性能;同时由于光学加解密技术只用在现有视频传输链路的最前端以及末端,不涉及视频编码和传输,增强了系统可用性和通用性.利用Matlab对该方法进行了仿真计算.结果表明,加密后的各通道图像接近白噪声,通过破解的方法恢复原图像的可能性几乎为零;同时可以看到,经过该系统解密之后的图像基本能完全复原.因此该方法在高清化视频日益普及的未来有着广阔的推广价值和应用价值.

结合传统的双随机相位编码和非线性光学技术的优点，提出一种基于光折变晶体自相位调制原理的非线性光学图像加密技术，并分析了其稳健性和安全性。该技术通过两个统计独立的随机相位板和两次非线性传播把明文图像加密成平稳的复随机白噪声。解密是加密的逆过程，既可以用光学的方法实现，也可以用非线性数字全息的方法实现。数值模拟结果证明，该加密系统在受加性噪声和乘性噪声影响的情况下，具有良好的稳健性，与传统的线性加密技术相比，该技术可以有效抵御选择明文和已知明文攻击。

提出了一种新的加密计算全息技术，原始水印图像经过双随机相位编码，所得复数图像经过共轭对称延拓和傅里叶变换后得到全息图，所得全息图解密图像上没有视觉可见噪声污染。将快速识别矩阵(QR)码作为原始水印图像，进行加密得到全息图水印，并嵌入在原始图像的Haar小波对角线中频系数中，在较高的水印信息不可见性的情况下，含水印图像经过打印过程获得的印刷品再扫描后，提取出的全息图水印经解密后依然能够得到可解码的QR 码，QR 码的使用使得算法可以准确定位版权人。所提的数字水印技术有很好的实用价值。

针对信息加密系统中信息安全性不理想的问题, 提出一种基于压缩感知的光学图像信息加密方法.在发送端, 自然图像经稀疏表示、随机投影实现图像信息加密; 然后将降维后的观测值通过4F双随机相位编码光学系统进行二次加密并将其融入宿主图像, 实现信息加密及隐藏.在接收端, 图像信息经双随机相位编码技术解码, 通过正交匹配追踪算法实现原始图像信息重构.该系统能有效降低数据传输量、减小随机相位板大小.且收发方只需按照规则生成密钥而不需传输密钥, 保证了密钥的安全性.仿真结果表明: 解密恢复图像质量理想, 峰值信噪比为30.899 1 dB, 且系统能较好地抵抗裁剪、噪音污染、高通滤波、旋转等攻击, 鲁棒性强, 安全性高.

提出了一种基于双随机相位编码技术的非线性双图像加密方法，并分析了其安全性。在该方法中，加密过程和解密过程以及加密密钥和解密密钥均不相同。加密过程具有非线性，解密过程则是线性的。将两幅待加密图像复合为复振幅图像，并利用双随机相位编码技术和切相傅里叶变换进行加密，加密过程中生成两个解密密钥，解密过程则在经典的基于4f系统的双随机相位编码系统中完成。相比经典的双随机相位加密技术和基于切相傅里叶变换的单图像加密技术，该加密方法的安全性更高，它能够抵御最近提出的基于两步振幅相位恢复算法的特定攻击。理论分析和仿真实验结果都证明了此加密方法的可行性和安全性。