近年来，随着通信和计算机技术的飞速发展，数字信息被广泛的应用到各个社会领域中。正因如此，人们迫切地需要安全、可靠、高效的信息安全技术。而光学信息安全技术因其具有大容量、高速并行、多维度等天然优势，成为了信息安全领域的研究热点。同时，数字图像由于具有直观、形象和生动等特点，成为了最重要的信息表达形式之一。因此，对基于光学理论与方法的图像加密技术的研究具有很高的理论和现实意义。论文对几类典型的虚拟光学加密技术进行了分析研究，并以混沌理论为基础，提出了新的光学图像加密方案。论文的主要工作及贡献概括如下：（1）在深入分析虚拟光学成像系统安全性的基础上，提出了基于混沌的改进加密算法。引入混沌系统来构建随机模板，对混沌系统的选取和混沌输出序列的预处理进行了讨论。借助于混沌系统的非线性、伪随机、初值高度敏感等特性提高算法的安全性。并且在虚拟环境下对明文和随机模板在透镜前的干涉过程引入权重因子，进一步提高算法对密钥的敏感性。理论分析和数值仿真表明，结合混沌后的加密系统具有较高的安全性。（2）针对虚拟光学成像系统中密文对明文不敏感的问题，提出了基于混沌的安全增强型虚拟光学成像加密算法。提出的算法借助混沌系统的初值敏感性，通过与明文相关的密钥设计克服了原算法中密文对明文不敏感的缺陷，使得明密文之间具有“雪崩效应”，能够抵御选择明文和已知明文攻击。仿真实验从统计分析、相关性分析和密钥敏感性测试等方面验证了提出的算法具有较小的密钥体积、较大的密钥空间和高度的密钥敏感性。（3）针对菲涅耳域的双随机相位编码算法，提出了基于混沌的改进算法。该系统通过预先将原图像编码为相位信息，在双随机相位编码模块后基于复值图像振幅及相位替代的再次加密，和引入三种不同的混沌系统来生成所需要的随机模板等改变，使得算法对密钥更加敏感，密文分布更为均匀。仿真实验对算法进行了有效性分析、统计分析以及密钥敏感性测试，结果表明改进的算法有效提的升了原算法的安全性。（4）针对一些多图像加密算法存在的纵向叠加串扰和系统容量较低等问题，提出了一种基于小波变换和双随机相位编码的多图像加密算法。所提算法利用小波变换后图像的重组来实现系统容量和解密图像质量的协调，同时，借助于混沌映射的初值敏感特性，加密系统对密钥极端敏感，拥有较大密钥空间，能有效抵御蛮力攻击。数值仿真结果也表明所提的多图像加密算法具有较高的执行效率，较好的安全性和一定的应用价值。