近年来,互联网技术和信息技术都以惊人的速度不断向前发展,数字图像通信技术也得到了长足的进步,逐步成为了信息通信的常用手段之一,同时数字图像信息也被广泛地应用到社会的各个领域中。由于数字图像信息比文本信息能更形象、更直观和更生动的表现这个丰富多彩的现实世界,因而在数字信息应用中数字图像成了应用最为广泛的表现形式。正是如此,信息安全问题引发了人们的共同关注。图像加密是保证图像本地安全保存、网络安全传输的关键技术,因此,研究图像加密具有深远的理论和现实意义。数字图像具有数据量大、相邻像素点相关性高等特点,若使用传统加密算法加密数字图像,加密速度和加密效果等方面表现非常差,根本无法保证图像的安全性,很容易被密码破译者攻击。由于混沌系统具有对系统参数及初始值极其敏感、运动轨道不稳定和遍历性等基本特征,用于数字图像加密能够取得很理想的效果。为了提高图像加密算法的安全性,论文基于混沌系统,利用二维、四维和六维混沌系统、一次性密钥和DNA序列,设计并实验验证了三种基于混沌系统的彩色图像加密算法,取得了良好的实验结果。论文的主要内容如下:首先,基于二维Kawakami混沌系统和FrFT(分数阶傅里叶变换),论文提出并验证了第一个彩色图像加密算法。该算法使用全局置乱和复合频域操作,应用分数阶傅里叶变换对像素点进行扩散,通过仿真验证说明了算法具有抗剪切和噪声干扰能力和较高的安全性。其次,基于四维Chen氏混沌系统和一次性密钥,论文提出了第二种彩色图像加密算法。该算法使用一次性密钥,增加了算法的随机性;仅使用单轮扩散操作,降低了加密算法的复杂性;算法密钥空间大,密钥敏感性高,安全性高。最后,基于六维CNN混沌系统和DNA序列,论文提出了第三种彩色图像加密算法。该算法引入DNA编码序列,有效运用DNA序列加法、减法和异或运算,通过图像“置乱——扩散”进行图像加密。理论分析和仿真测试表明,本文提出的三种彩色图像加密算法均具有密钥空间足够大,加密效果足够好,密钥敏感性足够高,安全性足够高的特点,可以广泛地应用于数字图像信息安全通信中。