近年来,随着多媒体和网络技术的飞速发展,图像数据信息安全引起了人们的高度关注,图像数据信息的保护成为了一个研究热点。研究发现,混沌特性非常适合于数据信息保护,将混沌理论的优良特性应用到数字图像信息加密方面,对图像信息的安全保护将会起到非常重要的作用,具有很强的实用性。混沌图像加密技术与传统加密技术相比具有加密效果更好、安全性更高等诸多优势。因此,对基于混沌的图像加密关键技术的研究具有很高的理论和实际意义。本文研究分析了主流的混沌理论,尝试将这些混沌理论应用到图像加密领域,并基于这些混沌理论提出相应的图像加密方案。为了更高效地处理图像加密信息,本文还对图像加密预览方案做了初步研究。本文的主要研究内容概括如下:1.基于混沌帐篷映射的优良特性,本文提出了一个新的图像加密方案。该方案的主要设计思路为:首先,利用混沌帐篷映射的混沌特性结合明文图像数据,产生用来进行图像加密的混沌密钥流。其次,利用一维混沌帐篷映射生成的混沌密钥流对图像进行加密。最后,对提出的图像加密方案进行仿真实验和安全性分析。实验仿真和安全性分析结果表明该方案具有良好的安全性和较好的加密效果。2.基于Logistic映射的混沌特性,将一维Logistic映射推广到三维,提出了基于三维Logistic混沌映射的图像加密方案。该方案首先对三维Logistic混沌映射进行改进,用来生成密钥流。其次,利用三维Logistic混沌映射生成基于明文的密钥流,具有较好的随机性和安全性。它为安全图像加密方案提供了必要的属性,包括混淆和扩散特性。最后,对所提出的图像加密方案进行安全性和性能分析。实验仿真结果和安全分析表明,该方案是有效的和安全的,满足密钥空间大、安全性高、加密效率高等图像加密要求,使其适合用于图像加密的应用。3.针对单纯使用Arnold变换进行图像加密造成的密钥空间小的问题,本文基于斜帐篷混沌映射和Arnold变换,提出一种新的图像加密方案。该方案首先根据明文生成密钥,然后用斜帐篷混沌映射和Arnold变换对图像数据进行置乱和置换加密。该方案利用双混沌映射进行加密,大大增加了密钥空间,使密文随机性和抗攻击性更强,确保了加密后的密文图像更安全。安全性分析和实验仿真表明,该方案可以对图像进行有效加密,可以有效防止针对加密图像的当前主流的攻击。4.针对传统的混沌图像加密方案加密/解密效率低的问题,本文基于混沌Duffing振荡子和并行计算技术,提出了一个并行图像加密方案。图像数据相比较文本数据,具有更大的数据量和更强的相关性,导致图像数据加密/解密相比文本加解密的速度更慢。为了提高图像加密的实际应用性,必须提高加密效率,使加解密时间降低到人们可以接受的水平。如何提高加密效率同时又要保证安全性的研究成为时下信息安全人员最关注的核心问题。将并行计算技术应用到混沌图像加密领域,可以使图像加密在保证安全性的基础上提高加解密速度,从而很好地解决这一问题。本文经过研究Duffing振荡子的混沌特性和并行计算技术,提出了用混沌映射和并行计算进行图像加密的解决方案。实验仿真结果表明所提算法的加解密速度相对于当前主流加解密算法得到了大幅提升,安全性分析表明该方案满足图像加密安全性要求,具有很高的实用性。5.针对存在多幅加密图像时,如何快速找到所需要的那幅图像的问题,提出了一种基于预览的数字图像加密的解决方案。对于加密数字图像预览,会涉及到如何设定预览信息的问题,可以将整幅图像进行压缩或缩小作为预览图像,也可以提取图像中的一个或多个关键信息区域作为预览图像。基于这个思想,本文对图像加密算法进行了详细调研,设计并形成了一套基于预览的数字图像加密方案。目前,这项工作是在图像加密领域首次提出这样的方案,本文详细介绍了该方案的设计与实现。经过仿真实验验证和安全性分析,结果表明,该图像加密预览方案可以在全文解密加密的图像之前,提前解密预览图像,根据预览图像是否是所需的图像来判断是否需要继续进行全文数字图像解密操作。所提算法的最大优点是节约了大量的不必要的解密时间。通过对比实验的验证说明,该方案预览加密数字图像效果好、效率高,具有广泛的应用前景。