自从人类社会步入信息化、数字化的时代,信息的传播与共享仿佛开上了快车道,在人们传统生活方式受到挑战的同时,信息安全也成为人们无时无刻不在关注的话题。随着通信技术的代代更迭与发展,图像、视频信息的传播变得格外容易,针对图像的信息安全研究广受关注。光学信息安全是用于光学图像加密、隐藏、认证等领域的新兴交叉学科,具有多维度、大容量、并行性、难以破解等优势。近年来,单像素成像、压缩编码孔径成像等计算光学成像技术逐渐发展起来。传统光学成像利用透镜等光学仪器汇聚物体反射光,通过分光、干涉等操作,最后由像素传感器记录光场强度得到光学图像,是一种“所见即所得”的成像方式。而计算光学成像中,探测器所得到的直接结果往往并非所要成像的场景,需要通过计算机算法进行图像的重建。本文主要系统地对单像素成像和压缩编码孔径成像的基本原理进行了介绍,并对二者在光学信息安全领域的应用进行探究,具体工作内容如下:(1)提出了一种基于奇异值分解单像素成像(Singular Value Decomposition Single Pixel Imaging,SVDSPI)的光学图像信息隐藏方案。原始秘密图像首先被利用奇异值分解单像素成像进行采样和加密,然后通过基于分块离散余弦变换和整数提升小波变换的水印算法嵌入到宿主图像中。奇异值分解单像素成像算法中的测量矩阵是恢复出秘密图像的关键密钥,没有它就无法获得有用的信息。此外,提出的水印算法具有容量大、鲁棒性好的特点,并且提取水印时不需要原始的宿主图像。(2)提出了一种基于离散余弦变换的单像素成像和提升小波变换的盲水印算法为基础的单通道彩色光学图像信息隐藏方案。利用离散余弦变换单像素成像和颜色滤波器阵列对原始秘密图像进行空间和色彩双重采样,可以获得原始图像的离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)频谱,并将其作为水印图像嵌入宿主图像中。只有使用正确的密钥才可以提取出有效信息并重构出原始的彩色图像。该单通道彩色成像方案可大大节约时间成本和空间成本。而且,提出的水印算法具有不可感知性好、鲁棒性好的优点。(3)提出了一种基于压缩编码孔径成像和像素位置置乱操作的多图像加密方法。在加密过程中,每幅明文图像由其对应的编码掩膜进行压缩编码,编码掩膜由给定辅助随机矩阵进行码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)调制生成;然后,利用电荷耦合器件(Charge-Coupled Device,CCD)对所有编码后的图像进行记录,生成叠加图像;最后,对叠加后的图像进行像素位置置乱操作,得到密文图像。在解密过程中,拥有正确密钥组的参与者可以通过位置索引密钥、辅助密钥、和压缩感知重构算法成功地恢复出对应的明文图像。