随着科学技术的发展和人类美好生活水平的日益提高,信息安全备受关注。在多媒体传输过程中,图像具有容纳大量信息的能力和简单直观的特点,它扮演着一个非常重要的角色。但是,图像在多媒体上进行传递的时候,很容易被攻击者窃取和篡改,从而造成信息的泄露以及让接收者不能及时获得准确的信息。针对图像信息传输过程中的安全性低和图像加密的效率低等问题,研究高效和安全的彩色图像加密算法具有重要的现实意义。本文提出了两种基于非线性置乱扩散的混沌彩色图像加密算法。论文的研究工作如下:采用三维正交拉丁方阵和匹配矩阵,以及奇异值分解技术,构造了一种非线性快速彩色图像加密算法。使用由混沌序列生成的三维正交拉丁方阵和匹配矩阵,构造了一种新的置乱方法。三维正交拉丁方阵中的元素都是整数,并且每个元素在相同的行和列中只会出现一次,以及每个元素的大小都是小于等于矩阵的行数。匹配矩阵是根据正交拉丁方阵中元素的位置生成的。采取该置乱技术对原始图像进行置乱,得到置乱图像。再采取混沌序列和分块操作对置乱图像进行分块处理。根据扩散方法对分块图像进行扩散操作,获得密文图像。本算法与其他现有的图像加密算法相比,在保障图像加密安全性的前提下,图像加密效率明显地提升了。对本算法还进行了密钥空间分析、相关性分析、直方图分析、信息熵分析、敏感性分析、加密质量分析、噪声攻击分析、裁剪攻击分析、已知明文攻击和选择明文攻击分析、以及加解密速率分析。仿真结果及其性能分析验证所提出的基于三维正交拉丁方阵和匹配矩阵的混沌彩色图像加密算法具备较高的安全性和较快的加密解密速率,以及能抵抗各种各样的常见攻击。结合多参数离散分数阶切比雪夫矩和非线性分形置乱方法,设计了一种混沌彩色图像加密算法。针对离散分数阶切比雪夫矩的密钥空间小,安全性不高等问题,本文将离散分数阶切比雪夫矩被扩展为多参数离散分数阶切比雪夫矩,并且采用分形几何、混沌系统和DNA编码构造了一种非线性的置乱方法。该方法中的分形是谢尔宾斯基三角形。谢尔宾斯基三角形是由多个小的全等三角形组成的一个大的全等三角形。本算法采取多参数离散分数阶切比雪夫矩对原始图像实施矩变换,得到一个系数矩阵。再将该系数矩阵转换为位矩阵,采取在混沌序列控制下的DNA编码规则对位矩阵实行DNA编码。利用由分形模型构造的置乱方法对编码后的矩阵进行置乱,采取在混沌控制下的DNA译码规则对置乱后的矩阵实施译码操作。对译码后的矩阵进行十进制处理,得到置乱图像。依据扩散方法对置乱图像实行扩散操作,获得密文图像。对本算法还进行了密钥空间分析、相关性分析、直方图分析、信息熵分析、敏感性分析、加密质量分析、噪声攻击分析、裁剪攻击分析、已知明文攻击和选择明文攻击分析、以及算法对比分析。仿真结果和性能分析说明所提出的彩色图像加密算法是可行的,并且具有较高的安全性。