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光学信息安全技术是近年发展起来的前沿课题，主要研究如何利用光学方法有效保护机密信息。这一领域的研究和发展对拓宽光学技术全新的应用领域，为信息安全提供新的技术手段等方面有着重要意义。本论文着重研究基于衍射光学的图像加密与隐藏。
提出把衍射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)用于4-f相关器的光学图像加密与认证系统。这两个位于输入平面和频谱平面上的DOEs用我们提出的级联迭代Fourier变换(Cascaded Iterative Fourier Transform，CIFT)算法进行设计，它们具有均匀随机分布。与已提出的同类算法相比，CIFT算法采取优化的的搜索策略，即同时调整两块RPMs的相位分布以及扩大搜索空间。计算机模拟实验结果表明，这样不仅能得到质量非常高的解密图像，搜索收敛速度也明显提高。
首次提出基于计算机产生纯相位片(Phase-Only Mask,POM)的无透镜光学安全系统，把明文加密成自由空间中沿传播方向放置的两个随机纯相位片。详细分析POM的位置以及工作波长的偏移对解密图像质量的影响。与基于4-f结构的方法相比，该系统结构简单紧凑，易于实现；由于密钥的三维位置以及工作波长都可以看作是附加的密钥，具有更高的安全性；相位密文可以直接通过互联网传输，然后在远程端以位置以及波长参数进行解密。
提出Fresnel域的双随机相位编码技术，通过自由空间中以Fresnel衍射相联系的两个在[0，2π]间均匀分布的随机相位板把明文加密成随机噪声。在该系统中，随机相位板以及它们的位置、工作波长起到密钥的作用。分析了这些密钥对系统性能的影响。采用三步相移数字全息术记录相位密钥，并提出一种远程访问密文的方案。
提出波长复用与位置复用多图像加密技术。各图像先用双随机相位编码以不同的波长或位置参数加密成密文，然后把这些密文叠加起来得到最终的加密图像。深入研究了系统的串扰问题，并提出多种减少串扰、提高解密质量的方法。通过数值方法分析了影响最小波长与距离间隔和复用容量的因素并提出扩大并复用容量的有效途径。
提出一种基于CIFT算法的图像隐藏方案，利用CIFT算法设计DOE把秘密图像隐藏到一个载体图像中而不改变载体的视觉特性。计算机模拟实验表明，这种隐藏方案是脆弱的，即图像恢复质量对相位或振幅的提取、替换、刮损、裁减和滤波等多种操作很敏感，因而适合用于身份认证。