提出一种基于全矢量光场调控和傅里叶变换频移的多图像非对称偏振光学加密新方法。首先，多幅待加密图像经过随机相位调制、傅里叶变换和频移相位调制后相干叠加构成一幅复振幅光学图像；然后将其干涉分解成两块纯相位掩模，并编码加载到基于4F系统的全矢量光场调控系统中；最后全光调控矢量光场经过偏振片后输出振幅型加密图像和密钥，它们被CCD接收，实现多幅图像的并行加密。解密时，在正确密钥条件下，根据调控光场的全矢量分布与加密图像的关系获取多幅解密图像。偏振片旋转的任意角度和干涉分解得到的纯相位图像作为密钥，极大地提高了光学图像加密系统的安全性。此外，多幅图像加密为单幅振幅型加密图像，便于保存和传输，加密系统的加密效率得到极大提高。仿真实验验证了所提多图像加密方案的有效性和可行性，实验结果表明所提方法具有很高的安全性、抗噪性、抗剪切能力和抗选择明文攻击性，具有一定的应用前景。

为解决当前基于干涉的多图像密码系统中易出现轮廓和串扰噪声问题, 设计了基于回转器(Gyrator)变换与非等模矢量分解的多彩色图像非对称光学加密算法。将所有彩色图像分解成红、绿、蓝三基色分量, 再对每种颜色分类叠加, 融合成三通道形式; 利用 Logistic映射生成随机相位掩码, 对叠加后的颜色分量进行调制处理。将调制后的图像分量分别在 Gyrator变换域下进行旋转变换, 形成 3个复杂分布函数。利用非等模矢量分解方法, 将其分解成振幅和相位均不相同的 2个矢量, 并将其中一个视为固定的共享矢量, 另一个作为解密矢量。对共享矢量实施 Gyrator逆变换, 输出最终的密码图像。实验数据显示, 较已有的多目标加密技术而言, 该算法具备更强的抗破译能力, 可以更好地解决串扰噪声问题。

针对光学图像加密的轮廓显现问题, 提出了一种基于稀疏相位和可调傅里叶变换的图像加密方法。将可调傅里叶变换引入光学图像加密程序中, 运用二维可调傅里叶变换实现像素混淆处理, 相比基于复数或实数的变换域方案, 计算复杂度较低; 从加密函数提取相位值并获得加密数据的相位函数, 再提取相位加密函数的稀疏数据, 从而避免将密文相位信息主要集中在纯相位掩码内, 以解决轮廓显现问题;完成了单图像加密实验和双图像加密实验, 结果表明实现了较好的安全性, 解决了光学图像加密的轮廓显现问题。

对于使用随机相位模板(RPM)作为密钥的双随机相位编码(DRPE)加密系统, 唯密文攻击算法(COA)是一种有效的攻击算法。为了提高DRPE加密系统抵抗COA算法攻击的能力, 提出了一种基于随机Radon变换的JTC加密系统。该系统对待加密图像进行随机Radon变换, 再使用JTC加密系统对其加、解密。除了DRPE加密系统中的RPM密钥之外, Radon变换参数亦被用作恢复原始图像的密钥。仿真结果表明, 相比于仅使用RPM密钥的DRPE加密系统, 基于随机Radon变换的DRPE加密系统可以有效抵抗COA算法攻击, 提高加密系统的安全性。

针对联合变换相关器(JTC)多图像加密系统对于加、解密灰度图像时, 解密图像质量不理想的问题, 利用前期提出的一种灰度图像二值编码方法, 设计了一种基于灰度图像二值编码的JTC多图像加密系统。该系统将灰度多图像的加、解密问题转化为二值多图像的加、解密问题, 可有效抑制加、解密过程中产生的非饱和噪音, 提高图像解密质量。仿真结果表明, 相同条件下在基于螺旋相位模板拓扑荷数复用的JTC多图像加密系统中使用灰度图像的二值编码图像进行加、解密相对于直接加、解密灰度图像, 其相关系数值有显著提升, 再使用中值滤波抑制解密图像中的饱和噪音, 可进一步提高解密图像质量。

为了提高密文的安全性, 设计了基于混合相位掩码与Gyrator小波变换的光学图像加密算法。基于Logistic映射, 利用明文像素对其迭代, 生成一个随机相位掩码, 引入Fresnel波带与Hilbert相位函数, 获取二者对应的相位掩码, 通过对这三个相位掩码进行组合, 形成一个混合相位掩码, 对输入明文进行调制处理; 联合Gyrator变换与小波变换, 构建Gyrator小波变换机制, 根据明文像素迭代Logistic映射所输出的混沌序列来计算其旋转角度, 获取明文Gyrator频谱对应的4个子带; 对这些子带进行位置复用, 借助幅度-相位截断技术, 获取相应的密文与相位信息, 而相位信息则视为解密密钥, 以准确复原明文。实验数据表明: 与当前非对称光学加密机制相比, 所提算法具有更高的密文安全性与抗明文攻击能力。