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信息隐藏是信息安全的核心技术之一。光学系统以其高并行性、高处理速度与维度、大信息处理量等内在属性，在用于信息隐藏的各类问题中显示出了巨大优势。本论文重点研究单幅与多幅光学图像的隐藏技术。
建立了菲涅尔单幅图像隐藏系统。我们将载体图像和秘密图像分别放置于菲涅尔域系统的输入和输出面，运用位相调制的方式来联系两者，因而取消了通常隐藏方案中直接嵌入的过程。这使得载体图像与算法产生的隐秘图像完全一致，从系统构架的角度满足了信息隐藏的不可感知性要求。因为秘密图像的提取主要由实现位相调制的位相密钥来决定，因此系统对抗各类操作的鲁棒性得以充分保证。得益于位相密钥的产生算法，我们可以高质量的提取出与载体图像具有同样空间尺寸的秘密图像，确保了信息隐藏容量。光学密钥的引入还使得系统获得了更高的安全性，且其取值能够在一定范围内赋予系统不同的敏感性。此外，还将该系统扩展到基于多级位相调制的单幅光学图像隐藏系统，并模拟分析了其面向应用的一些性质。
构建了用于多幅光学图像隐藏的菲涅尔分立系统，消除了多图像间的加性串扰，达到了对灰度图像和二值图像的全面兼容。通过计算机模拟深入研究了系统对于三种类型图像的信息隐藏容量。在模拟结果基础上，提出了逆向迭代改进算法，平衡了各幅图像的恢复质量，并显著提高了原有算法效率。通过增加衍射级和引入微调量，改善了原有系统性能。另外还分析了基于位相密钥和附加密钥的系统安全性。
提出了信息预选技术。将频域信息预选技术与两步相移数字全息术相结合，解决了信道过载问题，从根本上突破了多图像隐藏的瓶颈，进一步提升了系统保真度和隐藏容量。采用适用于一般图像均能的理想低通滤波方法作为频域信息预选的手段，结合菲涅尔域编码和两步相移数字全息术，确保了信道的载荷水平。同时，运用索引矩阵作为隐藏密钥，完好满足了系统的不可感知性要求。一系列的密钥和隐藏算法不对称性共同为系统提供了更高的安全性。
提出了基于分区复用和空域信息预选技术的多图像隐藏系统。空域信息预选技术保留了多幅图像空间信息的同时又缩减了其所占的空间尺寸，从而使多图像隐藏系统本身的负担大为减轻。另一方面，分区复用又为系统增加了一个设计上的自由度，于是即便在使用大体相同的算法的情况下，使得系统在保真度和隐藏容量两方面上的性能仍大幅提升。此外，对几种光学多图像隐藏系统进行了比较研究。