在计算机网络和现代通信技术迅猛发展的大时代,图像、文本、音频、视频等数字信息可以在网络上便捷地传播和下载,信息的安全传输和存储就显得特别重要。图像作为数字信息中重要的信息存储方式之一,因其生动形象的特点,已逐渐成为人们信息交流的主流之一。但是,在为人们带来便捷的同时,如何实现图像的安全存储和传输,始终是一个热点问题。本论文的研究重点是,利用光场的偏振特性研究图像的偏振加密及图像的偏振复用,目的是拓展图像的加密渠道,提升图像的加密效果。论文采用琼斯矢量和斯托克斯矢量来描述光场的偏振特性,依据光波经过偏振元件后,其偏振态会相应地发生改变这一原理,设计了一种基于斯托克斯矢量的加密算法,该算法将待加密图像和随机图像分别加载在空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)上,经过偏振片和Q-plate进行偏振调制,用分束器对两束光进行叠加,像素化的偏振片用来筛选叠加后光束的偏振态。CCD所记录的光强图即为最后的密文,仿真模拟验证了该算法的有效性。论文设计了一种基于Q-plate的双图像非对称偏振加密算法,利用干涉分解原理将两幅原始图像信息分解到两块纯相位板中,通过SLM将这两块纯相位板加载到光路中。用Q-plate对其偏振态进行调制,并通过像素化的偏振片对其偏振态进行筛选,CCD所记录的光强信息就是我们所需要的密文。整个偏振加密算法过程中,解密密钥不同于加密密钥,实现了非对称偏振加密,提高了算法的安全性。仿真模拟结果表明该算法对密钥的敏感性较高,并且密文具有很好的抗剪切攻击和抗噪声攻击能力。论文利用偏振器件对不同偏振方向光波透射率不同的性质,提出了一种图像偏振复用的算法,将由多幅不同偏振态的图像叠加在一起进行分离并恢复出原始图像。构建了基于4f系统的矢量光生成的实验光路,利用偏振编码将图像变为复振幅信息并生成全息图加载在SLM上,用两个四分之一波片生成相互正交的两束基矢量光,用朗奇光栅实现共线叠加,从而产生矢量光场,转动偏振片检测出偏振复用的图像。整个实验过程利用光束的分解与再合成,对多幅图像进行偏振复用,并完成了数值模拟和光学实验,验证了所提出算法的有效性。