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随着信息技术的飞速发展，信息安全受到了人们广泛的关注，如何高速有效且安全的对信息进行存储和传输，成为了研究者们日益关注的焦点。近来，随着光学技术的发展，基于光学技术的图像加密由于其高速处理能力和高并行能力，在传输信息的同时对信息进行加密，大大提高了加密效率，被广泛应用于军事、商业和医疗等机要部门。光作为一种多维的载体，大大提高了信息加密的自由度，以光学技术为基础的加密技术正逐步发展起来。 本文主要研究了基于联合变换相关器结构的光学图像加密技术，在傅里叶变换域的基础上，提出了基于分数傅里叶变换和联合变换相关器的图像加密技术。为提高系统安全性，结合了置乱技术；为使密钥便于传输，结合了混沌理论。结合的两种技术都对加密算法进行有效改进，主要内容如下： 首先，研究了基于联合变换相关器的光学图像加密方法。原始图像经过随机相位掩膜后与随机相位密钥分别放在输入平面的相对位置上，在输入平面后放置傅里叶透镜，对输入平面照射平行光，CCD在输出平面上即可得到加密的密文。在解密时，将密钥单独放在输入平面，其后放置傅里叶透镜，透镜后放置密文，密文后再放置一个透镜，经过平行光照射，即可在输出平面上得到原始图像。由于利用联合变换相关器得到的密文不仅含有互相关量，还有强度高于自相关数倍的自相关项，严重影响了成像质量。要想提高解密图像的成像质量，必须对自相关项进行去除。方法是，先将原始图像和密钥分别放在输入平面，这样 CCD就可以分别得到各自的自相关，相减后做非线性处理，即可去除自相关项和非线性项的干扰。该算法得到的加密密文是实数，可直接获得，但只要能破解密钥即可破译，安全性不高，密钥空间小。 其次，为了拓展密钥空间，在此基础上提出了基于分数傅里叶变换和联合变换相关器的图像加密技术，将分数阶参数作为加密系统的可控密钥，以其高敏感性成为加解密的关键技术，拓展密钥空间的同时，大大增强了加密系统的安全性。又在此系统中引入图像置乱技术，采用把原始图像分割成小的图像元，并随机置乱图像元位置的方式，来破坏原始图像信息。置乱后，使原始图像像素点随机的均匀分布在图像上，避免受到攻击时，重要信息被集中破坏或丢失，增强了安全性的同时，提高了系统抗攻击能力。 最后在基于联合变换相关器和分数傅里叶变换的图像加密系统中，引入混沌置乱技术和纯相位编码技术，利用混沌参数生成混沌随机相位，方便了密钥的传输，混沌技术同时可用于图像置乱，再对置乱后的图像进行纯相位编码，拓展密钥空间的同时，提高系统的安全性能和抗攻击能力。并运用 Matlab仿真，来验证本文所提出的加密和改进算法的可行性、安全性和可靠性。