鬼成像(ghost imaging,GI),是一种新型的非定域成像技术,通过对信号光路和参考光路的符合测量,非局域地获取目标物体图像。计算鬼成像(computational ghost imaging,CGI)可通过计算方法获得传统鬼成像中参考光路的光场信号,用单光路代替了原来的双光路,简化鬼成像的实现,使得鬼成像应用更加广泛。然而,现有鬼成像方法存在着图像恢复时间较长、图像恢复质量不高的问题,如何解决这两个问题,一直是人们关注的重点。光学加密具有并行高速处理特性,并且信息可以用光的多种自由度进行加密,比如相位、波长、空间频率和偏振等。同时,光是处理图像或者全息图的天然介质,随着光学技术的发展,光学加密在信息安全和知识产权保护中起到越来越重要的作用。鬼成像技术应用于光学加密中,减少了传输的数据量,提高了图像恢复的响应速度和信息的安全性。鬼成像技术应用于信息隐藏技术中,能进一步提高隐藏信息的安全性。本文对正交散斑鬼成像,轨道角动量下的降低大气湍流干扰鬼成像,基于计算鬼成像的光学加密,以及基于鬼成像的信息隐藏等方面进行了研究,主要研究成果如下:(1)提出了基于正交散斑的鬼成像方案,采用离散余弦(discrete cosine transform,DCT)散斑和哈尔小波(haar wavelet transform,HWT)散斑作为正交散斑,利用正交散斑的对称性,通过正交散斑逆矩阵,快速地获得物体图像。实验和仿真结果表明:这两种正交散斑在不降低图像质量的前提下,可以大幅度减少鬼成像的测量次数,而HWT相比DCT方案,由于计算复杂度降低,进一步提高了重建图像的质量和速度。此外,在此基础上还提出了基于哈尔小波散斑鬼成像的边缘检测方案,使用哈尔小波的低分辨率散斑恢复出高分辨率的边缘图像。(2)提出了基于轨道角动量的大气湍流下的鬼成像方案。轨道角动量是具有螺旋相位光场的基本特性,利用轨道角动量可以实现量子关联成像,获取待成像物体的背景和边缘增强图像。由于轨道角动量在自由空间传播时,不可避免地受到大气湍流的干扰,使得鬼成像的恢复质量下降,提出使用具有自恢复能力的贝塞尔高斯轨道角动量光束代替拉盖尔高斯轨道角动量光束,利用贝塞尔高斯轨道角动量光束其特有的自重建特性,能克服一定障碍物的干扰,保证鬼成像的恢复图像质量。仿真结果表明:使用贝塞尔高斯光束的鬼成像,对大气湍流干扰有较强的抵抗性。(3)提出了基于计算鬼成像的双密钥光学加密方案。由于传统方案采用随机相位密钥,所需的密钥量较大、密钥的传输时间较长,本方案将随机相位密钥改为Toeplitz矩阵相位密钥,利用Toeplitz矩阵的循环移位特性,只要一个相位密钥,其他相位密钥均可移位获得,所需的密钥传输量急剧减少。密钥传输量的减少导致方案的安全性下降,因此又引入了轴向距离作为另一密钥来增强安全性。实验和仿真结果表明:双密钥的使用一方面能够降低传输的密钥量,同时有效地提高了光学加密的安全性。(4)利用多波长复用,提出了基于多波长光源计算鬼成像的光学加密方案。使用红绿蓝三色光产生多个随机散斑,将散斑序列的相位掩膜矩阵调制成随机Toeplitz矩阵,散斑的对应波长是随机三色光波长,相位掩膜和波长同时作为光学加密的两个密钥。所有散斑经过相同的轴向距离到达物体后,最终利用压缩感知技术恢复物体图像。仿真结果表明:虽然安全性和使用相位与距离的双密钥光学加密方案基本相当,但所需测量次数大大减少。(5)提出了基于鬼成像的信息隐藏方案。水印图像在嵌入载体图像前,首先通过鬼成像过程获得水印图像的成像作为新水印,此时新水印是没有任何水印图像信息的随机分布图片,再将新水印嵌入载体图像中。水印图像的恢复是先提取加密后的新水印,再通过密钥和压缩感知算法恢复出原始的水印图像。水印的嵌入和提取都是采用最低有效位算法(least significant bits,LSB)。仿真结果表明:基于鬼加像加密安全性,在没有密钥时不能获得原始水印图像,而在有密钥的情形下可以获得原始水印图像,有效地提高了隐藏信息的安全性,而且该方案对图像遮挡和椒盐噪声有较强的鲁棒性。