光学加密技术可以快速并且并行处理二维图像数据,同时在不同维度隐藏重要的信息,因此光学加密技术可以为生物信息保密提供多种密钥维度。最传统的加密技术就是双随机相位编码技术,利用空间域和空间频率域上的随机相位板将输入图像编码成白噪声。双随机相位编码系统的加密密钥与解密密钥具有相同特征,或者说加密过程与解密过程是一样的,这在某种程度上,降低了系统的安全性。为了增加密钥维度,科研人员又提出了基于菲涅耳变换、分数傅里叶变换的加密技术。菲涅耳变换和分数傅里叶变换中的传播的距离和分数阶可以作为光学系统额外的密钥维度。这些额外的密钥为非法攻击者增加了难度,在某种程度上增加了系统的安全性。傅里叶变换,菲涅耳变换,分数傅里叶变换都属于线性正则变换的范畴,线性正则变换可以通过二次相系统光学实现。Gyrator变换也被运用到光学加密技术中,其中旋转角度参数为加密系统提供了额外的密钥维度。在基于随机相位编码的基础上,本文进行了以下几个方面的研究:1、在光学外差扫描加密系统中,运用随机相位板和虹膜密钥,对最初的图像进行加密和解密。通过非相干光照射,完整地保留了光场的相位和振幅信息。加密与解密的过程非常相似,一个重要的不同就是瞳孔函数,不同的瞳孔函数使得加密与解密过程中的光学传递函数不同。在保证加密与解密过程中编码距离与解码距离相同,瞳孔函数满足一定的条件,并且使用正确的虹膜密钥和相位板的情况下,才能得到正确的解密图像;2、在第四章中以基于相位恢复算法和光学干涉原理为基本理论依据,提出了一种新的全相位光学图像加密系统。该加密系统利用一块随机相位板作为加密密钥,在其作用下输入图像被数值加密成两块相位板。这两块相位板的衍射图样视觉上无法分辨其内容,但却包含了解密所需要的信息。加密过程中,加密密钥与待加密图像分别作为输入平面和输出平面上的约束条件,在干涉原理的基础上通过迭代运算得到加密结果,即输入面上不同于加密密钥的另一个相位板的相位分布以及傅立叶频域上的相位分布。加密密钥的引入起到了置乱系统输入面相位分布的作用。解密过程中,加密过程中使用的随机相位板和迭代过程中生成的两块相位板缺一不可;3、第五章提出了基于相位恢复算法和发散照明的图像加密技术。在这个系统中,使用改进的相位恢复算法,将指纹图像编码成预设的假图像。算法的加密过程级联了4个相位截断傅里叶变换和逆傅里叶变换。解密过程是在两个相位板分别放置在输入面和共轭面的非对称编码系统中完成的。4、探索结合随机相位加密技术和超表面材料实现光学图像的加密和认证。在该加密系统中,虽然尺寸较小的超表面用于编码全息相位信息,但是仿真表明该方法仍能成功地获得认证结果。