随着信息时代的高速发展,庞大的数据如文本、音频、图像、视频等在互联网中进行传输交换,传输过程中信息的安全性受到越来越多的关注。由于光学信息处理良好的并行特征与多种复杂的自由度:如振幅、相位、偏振、波长等,早于上世纪八十年代便有研究人员结合光学信息处理技术进行信息安全领域的研究。光学信息安全即利用近代光学理论与技术对信息进行处理或变换。随着信息量的飞速增长,传统的单幅二维图像加密无法满足目前社会日益增长的安全性需求,国内外诸多研究人员展开了多维信息光学加密的研究。传统意义上的照相术无法记录待加密物体的相位信息,仅能记录其强度信息,而相位所蕴含的诸多信息如深度信息对物体重现起到至关重要的作用。全息技术的提出与应用使得被测光场的相位信息得以保存。然而利用数字全息技术进行信息加密时,解密重建质量受孪生像干扰影响较为严重,且随着互联网时代的发展,光场的复杂度和所蕴含的总信息量也随之显著增加,成为了限制光学加密技术发展的主要因素。压缩感知技术的提出有效的解决了这一难题,仅需少量测量值即可高精度地恢复出原始信息。将压缩感知理论应用至光学全息加密,可以极大地减少了存储或传输光学加密信息所需的数据量,节约了大量资源,降低了传输负荷,为多维光学信息安全领域的发展开辟了广阔的道路。本文的主要研究工作及创新点如下:（1）针对目前3D空间光场加密所需处理数据量巨大、硬件设备负荷较重与解密重建3D空间内部串扰等问题,提出了一种3D空间光场相移压缩菲涅尔全息加密方法。加密阶段使用随机相位掩膜对三维空间光场进行加密,接着在探测器平面记录下三幅不同相移的参考光与物光束干涉形成的全息图后,通过三步相移技术直接计算出传播至探测器平面的物光束复振幅,最终利用压缩菲涅尔全息术与正确的密钥恢复出原始对象。通过针对复杂度不同的3D空间光场进行了多组数值实验,验证了所提3D空间光场加密方法的可行性、安全性及鲁棒性。（2）针对加密容量低,相移记录信息量大、曝光次数多等问题,提出了一种基于单次曝光压缩全息与空分复用的多彩色图像加密方法。结合改进的Mach-Zehnder干涉仪与空分复用技术,通过不同的随机相位掩膜对多幅彩色图像进行同时加密,仅需单次曝光即可得到由多幅彩色图像加密的全息图。该方法降低了记录与传输负荷,扩大了加密容量,多幅随机相位掩膜、传播距离均起到密钥的作用,增强了加密系统安全性,且有效的抑制全息加密模型中平方场项的干扰,提高了解密重建质量。最终通过数值实验验证了本文提出的多彩色图像加密方法的有效性、安全性及鲁棒性。（3）针对目前复杂场景中空-时光场加密数据量大、系统复杂、解密重建串扰严重等问题,提出了一种多维空-时光场压缩全息加密方法,涵盖了3D空-时光场、彩色空-时光场与4D空-时光场的加密研究。通过空间光调制器生成的由随机相位掩膜与透镜相位因子组成的复合相位掩膜对光场加密,在探测器平面叠加记录,仅需单次曝光便可得到加密全息图。该方法有效的利用空-时光场的冗余性扩展时间维度,扩大了加密容量,提高了加密速度,且利用加密系统中不同的透镜相位因子实现帧间分离,有效的消除不同时间之间的串扰影响,提高解密重建质量。通过数值实验分析与验证了所提多维空-时光场加密方法的有效性、安全性与鲁棒性。