菲涅耳域相干衍射成像系统，是采用图像传感器CCD采集记录一幅或多幅衍射强度图，运用相应的相位恢复算法对原始样品图样进行恢复重建的光学成像系统，由于其成像系统简单，对相应的光学器件要求低，成像分辨率高等众多的优势，因此快速发展并应用于高分辨成像、样品检测、生物医学成像、光学信息安全等领域。由于现阶段的图像传感器CCD仅能采集记录到物体的强度信息，相位信息是丢失的，然而丢失的相位其实包含着比强度更多的深度结构信息，因此如何寻找丢失的相位，即相位恢复问题成为一类重要的研究领域。图像传感器CCD无法直接采集记录到物体的相位信息，可以通过多种间接的技术方法来提取物体相应的相位信息。其中最为经典的传统相干衍射成像和叠层成像技术两类成像系统，具有广泛的应用价值和深远的研究意义。本论文在光学信息安全领域的研究现状基础上结合菲涅耳域衍射成像技术，对菲涅耳域的相干衍射成像系统进行设计改进和结合叠层衍射成像技术研究实时的信息隐藏方案。　　本论文介绍菲涅耳域衍射成像技术，相干衍射成像、叠层成像技术的研究发展现状，并对光学信息隐藏技术一般过程进行了阐述。在传统的两类菲涅耳域的衍射成像技术的基础上，提出两种相对应的新型相干衍射成像系统的设计方案，结合衍射成像技术中的叠层成像技术，提出实时的图像信息隐藏方案。论文的主要研究内容如下:　　(1)提出一种基于平行平晶的三步相干衍射成像系统。为解决传统单光束多强度重建(SBMIR)系统中，多次平移图像传感器所积累的误差导致光电成像系统的成像效果及有效分辨率降低的问题，本研究提出基于平行平晶的三步相干衍射成像系统，采取插入或抽取2块平行平晶的方法，获取3个不同的衍射面，实现复振幅型物体的成像及恢复重建。数值模拟及实验表明，系统有效克服了SBMIR系统中数次平移的误差积累问题，且仅需记录3个衍射面，规避了过采样，光学系统搭建简便、操作可重复性高。　　(2)提出一种针孔阵列型的单次曝光双波长叠层成像系统。传统的叠层成像技术在增加参与成像的波长数量时，可有效的提高系统的成像质量和抗噪声能力，已广泛应用于成像及测量等领域，但由于复杂的机械移动式曝光方式，系统存在抖动导致数据采集效率低、精度较差等问题，而且在增加成像波长数量时严重影响到系统成像、测量性能。研究采用针孔阵列型双波长单次曝光叠层成像技术，经过实际的光学实验和数值模拟论证，在双波长情况下，实现了实验数据的高效采集，精度极高，避免了传统多波长叠层成像技术的弊端。与此同时，文章还指出并论证在选择参与成像的激光波长时，有必要考虑两个重要的波长参数:中心波长、波长间隔，可为多波长的叠层成像技术提供有效的指导依据。基于针孔阵列型双波长单次曝光叠层成像技术，相比传统的双波长、多波长叠层成像技术，具有更高的效率和更广泛的应用领域。　　(3)提出一种基于反射式叠层衍射成像的实时二维码信息隐藏方案。在对图像信息隐藏的方案中，首先将需要保密隐藏的信息如图片、文字、字符串、符号、字母进行二维码的首次编码，生成一幅二维码图片，采用反射式的叠层成像技术进行二次编码，得到具有自由设计特性密文，将这些密文压缩后乘以相当的衰减系数，将其植入到相应的宿主图像中，完成对秘密信息的隐藏。对信息提取的过程，就是隐藏逆过程。本方案，进行了两次编码，数字编码与光学编码，且都是实时完成，具有安全性高，隐蔽性好，数据可压缩的特性。