当今社会已经快步进入了信息化时代，在人们享受信息化带来便利的同时，信息安全问题也随之而来且日渐突出。图像信息，作为信息的重要表现形式之一，其安全问题自然也成为了研究热点。针对目前光学与数字图像信息安全技术领域的相关研究存在的一些问题和不足，本文提出了几种新的方法来分别给予解决和完善，即“彩色图像的双随机四元数相位加密技术”、“8邻域广义Hough变换方法(ENGHT)”、“基于ENGHT的图形编码技术”和“基于Fourier频率域随机谱隐秘信息加载与增量补偿系统的图像信息隐藏技术”。 　　 彩色图像的双随机四元数相位加密技术是通过将普通复数相位的概念扩展为四元数相位，从而使传统的双随机相位加密技术可以通过离散四元数傅里叶变换(DQFT)实现，应用于数字彩色图像的加密。与现有彩色图像加密技术相比，由于本技术只在一个通道上进行双随机相位加密，这样系统需要的随机相位掩模数量较少，大幅降低了密钥空间，从而在密钥空间的保管与发布上具有较大优势，但并没有显著降低安全性。通过理论分析及数字实验，可验证此技术安全性高，对高斯噪声及椒盐噪声具有较好的鲁棒性。进一步，论文给出了一种基于此双随机四元数相位加密技术实现彩色图像隐藏的较简单方法。这一彩色图像隐藏方法具有简单易行的特点，具有一定的抗高斯噪声及椒盐噪声能力，在不知道密钥的情况下无法提取隐秘图像。缺点是不可检测性较差并且对高频滤波及有损压缩的鲁棒性较低。　　 8邻域广义Hough变换方法(ENGHT)是一种以8邻域状态值为索引的改进的广义Hough变换(GHT)方法。该方法建立的参数表是以样本图形参考点与其特征点的相对位移分量为内容的，避免了常规GHT方法采用多边形近似时识别多断点图形所遇到的种种困难，所以可以很好地识别多断点图形，并具有较高的精度。实验结果验证了该方法的可行性。　　 基于ENGHT的图形编码技术是在ENGHT图形识别方法基础上，提出的一个可行的图形编码方式，可用于对隐秘信息或验证信息进行图形编码。由于该编码方式在提取时利用了ENGHT方法对多断点图形的有效的识别能力，所以编码后形成的图像具有较好的抗干扰能力，可作为底纹，随包含文字、图表内容的信件、签名等进行传输。实验结果验证了该方法的可行性。　　 Fourier频率域随机谱隐秘信息加载与增量补偿系统是针对现有基于光学原理的图像信息隐藏技术特别是图像隐写术的不足而提出的。宿主图像经过随机相位调制后进行Fourier变换得到频率域上的随机谱，在此随机谱上加载隐秘信息，系统对隐秘信息产生的影响进行补偿，最终得到的载体图像包含全部隐秘信息并可用于接收和传输。载体图像未经正确的密钥——随机相位——调制时，隐秘信息将弥散在载体图像Fourier频率域空间，具有较好的不可检测性。同时，即使攻击者知道隐秘信息的存在甚至知道此隐藏方法，但在不知道密钥的情况下，依然无法破解隐秘信息的内容，也很难在不严重破坏图像质量的情况下消除隐秘信息。提取时，不需要原始图像，也不需要与原始图像或隐秘信息相关的附加信息。论文同时给出了一个可以加载至本系统的具体的隐秘信息嵌入方式，采取这一方式进行信息嵌入，提取时需要采用上文提到的ENGHT图形识别方法。模拟实验验证了该系统的可行性，也给出了对高斯噪声和椒盐噪声的鲁棒性。