光学变换是光学信息安全系统中不可或缺的重要工具,尤其以分数傅里叶变换的应用最为广泛,传统分数傅里叶变换继承了光学傅里叶变换在光学信息处理中的优势,被广泛应用于光学信息安全等诸多研究领域。但基于传统分数傅里叶变换的信息安全系统存在诸如一键多解等安全隐患,因此构建可以克服传统分数傅里叶变换内在缺点的新型分数傅里叶变换具有非常重要的意义。本文通过对传统分数傅里叶变换内在安全缺陷的深入分析,提出了纠缠分数傅里叶变换,研究了纠缠分数傅里叶变换的内在特性及安全性,并基于此变换提出了两类满足不同安全需求的光学图像信息安全技术,为光学信息安全的进一步发展提供新的工具、方法和理论基础。本文具体内容如下:首先,提出了纠缠分数傅里叶变换理论。阐明了纠缠分数傅里叶变换具备二维信息横纵维度关联处理能力,使信号两个维度之间的信息充分糅合纠缠,且变换具有不可分性、非周期性和多样性。对纠缠分数傅里叶变换的安全特性进行了探讨,指出该变换内在的非周期性、不可分性和多样性是光学图像信息安全系统扩展密钥空间范围和提升密钥空间维度,从而安全性得以显著增强的理论保障和技术支持。其次,文中提出了纠缠分数傅里叶变换域双随机相位光学图像加密技术和纠缠分数傅里叶变换域加密水印技术,以实现机密信息的两种不同隐藏目标。光学图像加密系统通过纠缠分数傅里叶变换作用于图像灰度值整体分布,将图像变换至相应频率域,使图像机密信息得以隐藏。变换的不可分性、非周期性和多样性显著提高并扩展了加密系统的密钥空间维度和密钥空间范围,同时系统不存在关于变换阶次的一键多解问题,因此加密系统的安全性得以充分保障。数值仿真和安全性对比分析结果表明,此光学图像加密方法使加密系统具有优异的安全性和鲁棒性,较传统分数傅里叶变换加密系统具有更大的密钥空间和更好的图像重建能力。文中基于纠缠分数傅里叶变换提出了纠缠相位恢复算法,指出了纠缠分数傅里叶变换不仅保证了纠缠相位恢复算法的收敛性,同时显著增加了算法的自由度及安全性。利用此算法结合混沌映射建立了纠缠分数傅里叶变换域加密水印技术。对比分析了此加密水印技术与传统水印技术的差异,阐明了此水印技术通过主动和被动密键提取水印,使水印系统具有更大的密钥空间,同时此水印技术具有宿主图像零畸变特性和更高的水印加载容限,较传统水印方法具有更高的安全性。计算机仿真结果证实了纠缠分数傅里叶变换域加密水印技术的有效性和安全性。最后,文中提出了双图认证的纠缠分数傅里叶变换域图像认证技术,开创了一密双认证技术之先河。此技术基于纠缠分数傅里叶变换域双图像加密方法、密图部分相位信息恢复技术及非线性光学联合变换相关器认证技术构建,可满足信息认证系统高安全性及低操作成本的要求。通过理论分析得出,本双图像认证技术仅选取部分密图相位信息用于解密可显著降低系统存储和传输成本,同时一密双认证技术显著降低了认证系统的操作时间成本和存储成本,提高了认证系统的工作效率和存储效率。数值仿真结果验证了纠缠分数傅里叶变换域双图认证技术的有效性和安全性。