混沌图像加密是用混沌的伪随机性和对初值的极端敏感性等特性实现图像加密的一种技术.传统的混沌图像加密算法的基本结构是“扰乱—替代—扩散”,其中像素位置的扰乱是通过混沌序列的随机性实现的,像素值的替代与扩散是通过明文、密文及混沌序列三者间的非线性运算实现的.本文阐述了混沌的理论和特性,分析了几类典型的混沌及超混沌系统,研究了混沌图像加密算法的现状,对传统的混沌图像加密算法的安全性进行了详细分析,指出传统的混沌图像加密算法具有密钥空间小、加密过程复杂等缺点.针对这些问题,本文的主要工作包括以下三个方面:1.提出了全局位扰乱算法.根据像素位置扰乱、像素值替代与扩散的原理,结合图像的行列扰乱与像素值的二进制位扰乱,本文提出了全局位扰乱的算法:即将图像转化为一维二进制序列后进行全局扰乱.在全局位扰乱的同时,像素值也发生了变化,而且每个像素的比特位信息随机扩散到了整个图像.因此,全局位扰乱同时实现了像素的扰乱、替代与扩散,具有非常高的计算效率.2.提出了一种新的基于全局位扰乱的超混沌加密算法.首先,算法采用超混沌系统生成混沌序列,利用混沌序列实现图像的全局位扰乱.然后,用新的像素值替代加密公式,对图像进行两次替代加密操作,进一步增强算法的抗攻击性.实验分析和仿真结果表明该算法的密钥空间非常大,且具有较好的统计特性和差分特性.3.提出了一种交叉应用超混沌和DNA计算的图像加密算法.DNA计算是一种新近发展起来的计算方法,针对DNA计算简单快捷、灵活多变的特点,本文提出将超混沌序列与DNA序列结合起来,通过将明文图像和混沌序列分别进行DNA编码后,采取DNA计算的方法来实现图像的加密.最后通过密钥敏感性分析、统计分析、差分分析、邻近像素相关度分析、信息熵分析及鲁棒性分析等验证了算法的安全性.