数字图像信息安全是伴随着计算机网络和多媒体技术的迅速发展而产生的新课题。近年来，图像信息在网络上越来越流行，但由于某些图像信息涉及个人隐私、商业秘密甚至国家安全，必须采取秘密传输的方式，因此图像加密技术也越来越受到重视。由于混沌具有遍历性、类随机性、对系统参数和初值极度敏感性、不可预测性等优良特性，与密码学之间存在一些对应关系，能为图像加密算法的研究提供新的思路和参考。本文首先介绍了数字图像加密技术的研究背景和意义，概述了图像加密的基本原理，总结了混沌图像加密算法的研究现状及基本思路。然后介绍了混沌基本理论，包括混沌理论的发展历程、定义、主要特征，以及几种常见的混沌模型。本文的主要工作是研究基于混沌的图像加密算法，以利用混沌系统产生的混沌序列进行置乱、在混沌系统中渗入加密密钥、结合混沌同步等为基本思路，提出了两种基于混沌的数字图像加密算法。一是结合分数阶傅里叶变换与混沌置乱思想，将数字图像从空域变换到分数阶傅里叶变换域，分别在空域和变换域利用混沌序列对数字图像进行像素位置置乱。这样不仅实现了对图像像素位置的置乱，而且还改变了图像像素的灰度值。此外，分数阶傅里叶变换的阶数及其可加性为图像加密方案提供了更多的自由度，扩大了密钥空间。这部分对分数阶傅里叶变换的基本理论进行了介绍，还给出了分数阶傅里叶变换的一种二维离散化算法。二是结合混沌同步思想，利用分数阶陈氏混沌系统产生的混沌序列来对图像进行像素位置置乱，并将置乱后的图像信息掩盖在混沌信号中，形成在信道上传输的密文信号。再利用混沌同步系统在接收端进行混沌去掩盖和逆置乱操作，恢复原始图像信息。分数阶混沌动力学系统比整数阶系统具有更复杂的动力学特性，且能为图像加密方案提供更大的密钥空间。这部分介绍了分数阶陈氏混沌系统及其同步系统，并进行了相关实验仿真。最后对设计的数字图像加密算法进行了实验仿真，验证了算法的加解密效果，并对算法进行了安全性分析，主要进行了统计特性分析、密钥空间和敏感性分析以及鲁棒性分析。实验表明，提出的加密算法具有良好的安全性。