随着信息科技的快速发展，大量重要信息需要存储和传输，如何保证信息的快速安全传输显得尤为重要。自双随机相位编码的光学图像加密方法提出以来，越来越多的学者开展了光学图像安全研究，其中利用全息技术的光学图像安全是主流方案之一。但是，由此引入的全息图数据量大的问题却成为制约其发展的瓶颈。为了解决这个问题，一系列的全息压缩方案相继被提出，可是由于全息图散斑效应的影响，压缩效果并不理想，而且这些方案大都采用电学域的数字信号方式实现，无法充分发挥并行处理的优点。而新兴的压缩感知理论是以远低于奈奎斯特采样速率采集信号的非自适应线性投影值，然后通过求解一个优化问题，精确地重构出原始信号，可以大大降低系统采集的数据量。因此，该理论为全息图在纯光域中直接压缩采样提供了可能。　　本文以压缩感知和两步相移全息技术为理论基础，提出在纯光域下基于两步相移全息的压缩光学图像加密及隐藏方法。首先，在马赫-曾德尔的光路中利用两步相移全息技术将原始目标图像加密或隐藏为两幅全息图;然后利用相移数字全息图的稀疏特性，采用合适的测量矩阵对全息图进行压缩采样;最后，在接收端利用压缩感知重构算法和两步相移数字全息算法将原始图像信号从极少量的数据中恢复出来。该方法将大大地减少光学图像安全系统中所记录的数据量，解决其海量数据的存贮与传输问题，提高图像安全处理的效率以及系统的实时性。此外，在全息图获取过程中，由于摒弃了传统的CCD或CMOS感光器件，而采用单像素光电检测器，因而克服了CCD等器件分辨率的限制，使得系统具有低成本、低功耗、工作波长适应性强等特点。本文研究的主要包括以下内容:　　1、系统介绍了光学图像安全的研究现状和几种经典的光学图像加密技术以及光学图像隐藏技术，并分析了这几种经典图像安全方法的一般原理。　　2、全面阐述了压缩感知的基本理论和相移数字全息技术，并简单介绍了传统的四步和两步相移数字全息算法，重点阐述了基于参考光估计的两步相移数字全息算法。　　3、结合压缩感知和基于参考光估计的两步相移数字全息算法，提出了基于两步相移全息的压缩光学图像加密方法，详细推导了其压缩加密过程和重构解密过程，并且通过仿真实验结果证明了该方法的可行性与优越性。　　4、将压缩感知和两步相移全息技术结合起来应用于光学图像隐藏中，提出了基于两步相移全息的压缩光学图像隐藏方法，详细推导了其压缩隐藏过程和重构再现过程，并且通过仿真实验结果证明了该方法的可行性与有效性。　　5、通过实验仿真的结果，总结系统的不足并介绍下一步改进的工作。