信息安全自古以来就是一个具有吸引力和实用性的话题。随着互联网技术的广泛应用以及云计算的快速发展,人们越来越多的通过网络来传输各种数据。特别地,由于数字图像具有直观性、传播快的特点,逐渐成为人们日常交流的重要信息载体之一,普遍的传输在互联网通信、医疗和军事应用等各种领域。但是,由于互联网的广阔开放性和自身协议中存在的某些缺陷,传输过程中的信息很容易被泄露或非法截取。因此,根本的措施是对所传输的信息进行加密。本文主要利用脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid,DNA)序列巨大的数据储存能力和强并行处理能力的特点进行图像加密。由于数字图像具有数据信息量大、能量分布不均匀、数据冗余性高等内在特性,因此,在DNA图像加密技术知识的基础上,针对目前彩色数字图像加密的研究方向和重点,以实现彩色图像加密为目的,结合了时空混沌、矩阵置乱和扩散等理论知识,设计出相应的彩色图像加密算法,实现了数字图像的保密传输。此外,由于DNA序列占用的存储空间较大,而压缩感知能够以较低的速率同时完成对信号的采样和压缩,降低采样率和计算成本,因此,本文在压缩感知理论的基础上,利用混沌系统对连续信号进行观测或测量,设计出相应的彩色图像加密算法,实现了数字图像的安全传输。主要工作和研究内容如下:1、提出了一种基于NCA映射的CML混沌系统和一次密钥的彩色图像DNA加密方案。首先利用SHA-256哈希函数和初始密钥更新CML混沌系统的初始值和参数,并结合明文图像产生密钥流。然后将彩色图像分解为红、绿、蓝三个二进制分量矩阵,利用DNA编码规则得到三个DNA矩阵。进一步,将三个DNA矩阵合并成一个新的DNA矩阵,并利用密钥流依次置乱新矩阵的行和列。接着,将重组后的DNA矩阵分成三个相等大小的块,并对这些块进行DNA运算,最后解码DNA矩阵得到加密图像。为了提高加密系统的安全性,利用密钥流对所得的加密图像进行扩散处理,从而得到最终的密文图像。实验结果和安全性分析表明,该加密算法具有良好的加密效果,能够抵抗各种常见的图像攻击。2、提出了一种基于DNA序列和信息熵的无损彩色图像加密方案。首先利用两个改进的低维混沌系统和原始图像的信息熵共同生成伪随机密钥流,然后将彩色图像分解为红、绿、蓝三个分量矩阵,并对每个分量矩阵进行DNA编码得到DNA矩阵,使用二进制密钥流对DNA矩阵进行重新排列,结合伪随机序列和DNA异或运算规则对图像分别进行多轮随机行、列的置乱和扩散,最后通过DNA解码规则将DNA矩阵转换为加密图像。为了提高算法的安全性,进一步对得到的加密图像交叉扩散,得到最终的密文图像。由于设计的是对称算法,所以在相同的密钥下,图像解密是图像加密的逆过程。实验结果和分析表明,该加密方案不仅对密钥敏感性高,而且对很多图像攻击都具有较好的鲁棒性。3、提出了一种基于分块压缩感知的双彩色图像加密算法。首先,明文图像和三个改进的混沌系统生成混沌序列,然后将明文图像分解为红、绿、蓝三个灰度图像,并利用NDWT技术对这些块进行稀疏表示,得到三个稀疏矩阵。接着,将混沌序列循环迭代,得到相应的测量矩阵,并利用压缩感知的原理对三个稀疏矩阵进行测量,得到测量值。最后通过拉丁方矩阵置乱和密钥流扩散的技术,将得到的测量值进行组合并进一步加密,得到最终的加密图像。接收者可以对原始图像进行解密和重构,恢复出原始图像。仿真结果表明了该系统的有效性和安全性。