随着高科技的不断发展,人们的生活越来越便利的同时,也给个人和社会带来信息安全的隐患,利用高科技手段伪造身份证、银行卡及知名品牌的商标等重要证件,给个人财产、商业以及国家造成了巨大的损失。因此具有保密性可靠的防伪技术是信息安全领域重要的研究课题。相位光学防伪掩膜是一种较薄且透明的衍射光学元件,其防伪特点主要表现在它所携带的防伪信息不能被普通的强度探测器所感知,近几年来,采用基于随机相位编码的方法将防伪图像编码成高阶相位信息,利用二元光学技术制作成光学相位防伪掩膜来实现信息防伪的技术推动了防伪技术的发展,但是高阶相位防伪掩膜受到工艺制作的限制,使得该项技术在实际应用上难以发展。本文深入研究光学防伪掩膜的设计方法,提出采用基于深度学习的相位恢复算法来制作相位防伪掩膜,进一步提高相位防伪掩膜的恢复图像的质量,并引入二维条码编码方法,将带防伪信息编码为二维条码,再将二维条码利用随机相位编码技术编码为相位防伪掩膜,在低阶量化下即可实现防伪信息的无噪声恢复,解决了光学防伪掩膜工艺制作的难题。同时引入混沌系统,利用混沌加密算法对防伪掩膜加密,提高了光学防伪掩膜的的防伪性能。本文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)简要介绍了相位光学防伪掩膜设计制作的理论基础,对经典相位光学防伪掩膜的设计方法进行了计算机仿真分析,比较了基于不同相位恢复算法的相位防伪掩膜设计方法对图像恢复质量的结果,为改进方法提供了基础。(2)将基于深度学习相位恢复算法引入到光学防伪掩膜设计中,经计算机仿真验证,图像的恢复质量得到了良好的改善,并且我们对灰度图像和二值图像的恢复效果进行了比较,将二维条码技术引入到防伪系统中,实现了低阶量化的防伪掩膜可以恢复无噪声防伪信息,并比较了 QR码和BCH码编码的二维条码的抗噪性能,得出BCH码编码的二维条码对光学防伪系统产生的散斑噪声抵抗能力更强。(3)为了进一步提高光学防伪掩膜的防伪性能,引入混沌密钥,利用混沌的伪随机性和初值敏感性,引入辅助密钥来设计密钥流,对相位光学防伪掩膜进行加密,实现了一定意义上的“一次一密”。