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在互联网技术高度发达的今天,如何保护数字图像免遭篡改、非法复制和传播具有重要的实际意义。对图像加密技术的研究已成为当前信息安全领域的热点之一。光学图像加密以其高处理速度、高并行度等优点,在图像加密研究领域引起了人们的极大兴趣。本论文围绕图像加密这一主题,结合混沌随机相位编码和多种光学变换,主要开展了如下具体研究工作:(1)比较分析了基于双随机相位编码的傅里叶变换、分数傅里叶变换、菲涅尔变换、Gyrator变换和线性正则变换加密系统的加密性能。此外,在傅里叶变换加密系统中比较分析了Logistic、Chebyshev、ICMIC、Tent、Ushiki、Standard、Lozi和Henon等混沌系统用于生成随机相位板时的性能表现。(2)提出了一种基于球面波照射和混沌单随机相位编码的分数傅里叶变换加密系统。加密系统中的随机相位板由Ushiki混沌系统生成,Ushiki混沌系统的初值和控制参数可以替代随机相位板作为加解密过程中的主密钥,因此密钥管理与传输变得更为便利。此外,分数傅里叶变换阶数和球面波参数可以作为加解密过程中的额外密钥,增大了加密系统的密钥空间。由于加密系统只有一块随机相位板,因此加密系统可以得到一定程度的简化。(3)提出了一种基于菲涅尔变换和混沌双随机相位编码的线性正则变换加密系统。加密系统中的随机相位板由Standard混沌系统生成,混沌系统的初值和控制参数可以替代随机相位板作为加解密过程中的主密钥,便于密钥的管理和传输。在基于双随机相位编码的线性正则变换加密系统中,当待加密的图像为实值图像时,位于输入平面处的第一块随机相位板通常不能起到密钥的作用。本文提出的加密系统中,菲涅尔变换的引入可以使位于输入平面处的第一块随机相位板也能做密钥。此外,线性正则变换的三个参数与菲涅尔变换参数可以作为加解密过程中的额外密钥,使加密系统的密钥空间进一步增大。模拟实验结果验证了所提出的加密系统的安全性和可行性。