中文摘要：

对于封闭曲面包络的复杂三维立体信息进行加密与隐藏是信息安全对衍射光学提出的特殊问题。本项目提出采用由多个纯相位衍射光学元件(DOEs)为核心密钥构建菲涅尔域级联加密与隐藏系统来解决这一难题。根据待加密或隐藏的复杂三维立体信息的特征，分别采用基于非线性截面强度分布约束的相位恢复算法、以特征点抽取与复原为基本思想的方法来设计多个纯相位DOEs密钥器件，使其满足复杂三维立体信息的加密与隐藏特殊要求。优化设计并用微加工技术研制DOEs密钥器件，建立以三维生物特征信息认证为应用目标的原理性光学系统并进行实验研究。探索具有主、辅DOEs密钥的多密级三维立体信息加密与隐藏系统和携带一定的时间变化信息的动态三维信息安全系统。本项目的研究将开辟衍射光学用于三维信息安全的崭新研究方向，并将推进衍射光学元件的设计理论与技术发展，具有重要的科学意义和广泛的应用前景。

结论摘要：

本项目主要开展了三维信息及多图像加密与隐藏的衍射光学方法研究。提出了基于相位抽取和相移干涉的三维信息加密技术。利用标量衍射理论计算了简单三维物体的复振幅并抽取相位分布，再结合双随机位相编码完成加密。并将此加密算法应用于干涉光路中，计算机模拟结果证实了该算法的有效性、鲁棒性和安全性。提出了基于点云三维模型与相位抽取方法的非对称衍射光学三维信息加密技术。该技术有效避免了对称加密系统常见的安全漏洞。确立了点云三维信息的衍射光学模型及计算三维点云衍射的有效方法，以确保点云三维信息的高解密质量。针对旋转抛物面包围的三维信息加密，提出了双位相密钥衍射系统方案。证实了其有效性并发现增加约束截面将增加算法开销但能够根本地提高三维信息的整体恢复质量，以及增加迭代次数将实质性提高整体重建质量及直观效果。提出了多幅图像加密与隐藏的两种方法。针对多幅二值图像，提出了基于位平面合成和jigsaw变换的加密与隐藏系统。达到了无损加密与提取16幅二值图像的效果。同时，本项研究了相干衍射成像方面的相关理论与应用。深入考察了可见光域叠层成像中照明光束的系列关键参量对成像质量的影响，发现交叠率是影响成像质量的关键因素。提出了波前可控照明光学相干成像方法。通过运用位相型空间光调制器，控制照明样品的各种波前，并设计了一种广义移动光圈照明波前。提出了基于单个菲涅尔衍射图样的振幅型物体免过采样成像方法。基于部分信息，并在假定该待测物体是纯振幅型分布的情况下，就可以恢复出其较完全的信息。首次提出将叠层成像的原理引入到光学图像加密之中。以叠层成像在经典的双位相调制系统中的应用为例，证明了这一方法的可行性。叠层成像的引入，复振幅形式的照明光束可以被用作一种新的加密密钥来使用。由此，系统的密钥空间得以扩展，系统安全性也随之提高。此外，本项目还拓展研究了与衍射光学相关的应用技术研究。提出了一种新的点云三维信息编码与显示方法。针对点云三维信息量大导致的衍射计算速度剧减的问题，提出了基于面结合分割和量化集合平面距离的点云结构优化算法，并成功搭建了验证性的实验系统。设计了一种手机外接连续变焦镜头。可获得变倍比适中总长较短的手机外接连续变焦镜头，使得普通手机镜头也能有连续的光学变焦效果。本项目开展了衍射光学在三维及多图像信息加密与隐藏中的理论与应用，以及相干衍射成像理论与相关技术研究，既丰富了衍射光学的理论也拓展了其应用视野。