用共参数的两种混沌系统生成可置换传统双随机相位编码系统中随机相位模板的新模板.将明文图像编码为相位信息, 克服原双随机相位编码系统对第一块相位模板不敏感的缺陷; 构建可产生均匀非相关随机序列的广义Fibonacci混沌系统, 生成均匀分布的相位模板进行图像加密, 提高密钥传输效率及系统对密钥的敏感性; 对一次加密得到的复值图像, 采用提取其振幅及相位的替代操作进行再加密, 解决其像素值不能通过按位“异或”进行替代的问题,使密文图像分布更均匀, 信息熵达到7.995 8, 能有效抵御统计分析攻击.在二次加密中, 将产生加密模板的混沌初值与一次加密得到的密文联系, 像素数改变率达到0.995 239, 更接近理想期望值, 增强了系统对明文的敏感性, 有效抵御选择明文攻击.仿真实验表明,该方法有效增加了密钥空间和密钥敏感性, 提高了加密系统加密效率和安全性.

提出一种新的虚拟光学加密方法，该方法分3个步骤将两幅图像隐藏于3个随机相位板中。将两幅图像分别作为相位和幅度信息隐藏于一个复数场中，利用随机相位板作为参考光，并采用数字全息术将该复数场转换成平稳随机白噪声，利用干涉加密原理进一步将此白噪声储存于2个随机相位板中，从而将两幅图像信息隐藏于3个纯随机相位板中。该方法原理简单，无需进行迭代操作。计算机模拟结果显示：任何一个密钥错误，均无法得到原始图像的任何信息。同时，解密过程对系统中距离及波长等参数非常敏感，较大地提升了系统的安全性。

提出了一种虚拟光学加密系统。该光学加密系统采用了同轴全息技术的基本架构，将被加密图像作为被记录物体，而在参考光波及干涉场光路中分别引入两个独立的随机相位板,全息面上的输出即为加密结果，这两个随机相位板即为加密及解密所用密钥。理论分析表明，在恰当设置物光波与参考光波衍射场比例的情况下，任意一灰度图像均可被加密为平稳的复随机白噪声，可以抵御盲反卷积攻击。采用计算机模拟，证实了该系统的加密效果及对抗暴力攻击的能力。研究了解密时附加参数及噪音攻击对解密结果的影响，结果表明本系统抗噪音攻击能力一般，但对附加参数有极高的敏感性。

通过对双随机相位编码光学加密系统中空域的随机相位模板进行置换，提出采用随机振幅 -相位模板对图像进行加密的新方法。理论分析表明，当随机振幅板为零均值白噪声且与频域相位板统计独立时，被加密图像的自相关函数为二维冲击函数，表明原始图像被加密为平稳的复随机白噪声，因而可以抵御盲反卷积攻击。采用计算机进行模拟，证实了所提方法的有效性。最后讨论了该方法相对于双随机相位编码系统的优越性：对空域密钥的统计学要求更低、在频域密钥泄露情况下系统鲁棒性更强。但是，由于物理上不存在幅度为负值的光波，因此该系统只能使用数字虚拟的方法来实现。

光学加密机制的研究近来引起了人们的重视。针对光学加密参数对密文安全性的影响问题，本文研究了加密参数与密文的影响关系，为虚拟光学加密系统设计提供安全性理论基础。论文给出了系统的实现算法，设计实现了加密仿真系统，然后对二维码进行了仿真实验与分析，验证了算法的正确性，从衍射距离、光波波长、随机模板、透镜焦距等参数对加密系统的安全性影响进行了仿真讨论，仿真结果表明光波波长对加密系统的安全影响最大，同时参数对安全性的影响存在非线性关系。论文最后讨论了可进一步研究的问题。

在计算全息和双随机相位编码技术的基础上,提出了一种虚拟光学加解密算法。该算法采用两路随机相位函数相同但是空间参数不同的双随机相位编码系统来实现。加密过程首先利用一路双随机相位编码系统对明文数据进行加密,将生成的加密数据作为物光信息,再与利用另一路双随机相位光学编码系统生成的参考光信息叠加,对生成的结果进行滤波后得到密文数据。解密过程首先恢复出参考光信息,然后计算出物光信息,利用双随机相位光学编码系统即可恢复出明文数据。理论分析部分证明了该算法的有效性。实验结果表明该算法具有很强的抗唯密文攻击和选择明文攻击的能力。

基于虚拟光学信息隐藏理论提出了一种三维空间数字水印算法.该数字水印算法能成为一种多媒体数据产权保护的有效方案.对算法的测试结果表明,该算法对于噪音叠加、剪切、旋转、有损压缩等常见的图像处理操作具有较高的鲁棒性.由于引入了虚拟光学信息隐藏思想,将虚拟光路的几何结构参数作为密钥,设计出了多重"锁"和多重"密钥".随机模板编码技术的引入,更进一步提高了数字水印系统的密钥空间.仿真实验结果表明该算法具有很好的安全性.

数字水印已成为数字作品版权保护的一种手段。数字水印是一种嵌入到图像、视频或者音频数据中的不可见标志,通过对水印信息的检测可以达到保护多媒体数据版权的目的。先前众多的水印算法大部分是基于二维操作的(如静止图像、视频)。基于虚拟光学信息隐藏理论提出了一种三维空间的数字水印算法。该数字水印算法能成为一种多媒体数据产权保护的有效方案。对算法的测试结果表明,该算法对于噪声叠加、剪切、有损压缩等常见的信号处理操作具有较高的鲁棒性。同时,该算法由于引入了虚拟光学信息隐藏思想,将虚拟光路的几何结构参量作为密钥,设计出了多重“锁”和多重“密钥”,大大提高了水印系统的密钥空间,仿真结果表明该算法具有良好的安全性。

基于光学信息处理的多维数据加/解密方法作为一种新的“非数学”数据加密技术,因其具有实时的数据传递速度、密级高、密钥设计灵活且自由度大等优点,已成为研究的又一热点。在虚拟光学信息隐藏理论模型的基础上,使用数字信号处理器芯片的并行策略实现了一种具有多重锁、多重密钥的高密级多媒体信息隐藏系统。对系统性能的评估结果表明,该系统可以实时完成对多种数字媒体信息的加/解密,且系统性能优良。这在一定程度上弥补了虚拟光学多维数据隐藏技术所丧失的信息光学固有的并行处理能力。系统的实现为虚拟光学加密方法在现实信息加密中的应用开辟了一条有效的途径。