近年来,随着科技的飞速发展,计算机的应用变得日益广泛,多媒体信息的安全问题也显得更加突出。数字图像作为人们获取信息的重要载体,大量在网络中传输、存储,如何保证这些图像信息的安全变得极其重要。但由于数字图像具有数据量大、相关性强、冗余性高等特点,传统加密算法已不太适合图像信息的加密,因此,设计更加安全的图像加密算法成为密码学领域的重要研究课题。由于混沌系统具有对初始值的敏感性、不可预测性、伪随机性等特点,与密码学的特性非常吻合,因此混沌加密技术在图像加密领域得到广泛应用。本文主要研究了基于混沌理论的图像加密算法设计与实现。首先阐述了混沌图像加密算法的研究背景,研究了国内外的发展现状。其次介绍了混沌理论和密码学的基础理论。然后针对数字图像的特点与有限精度效应,设计了两种图像加密算法。算法一是基于二维(2D)双混沌系统的图像加密方法,该方法采用2D Logistic映射与基于修正Marotto定理的混沌映射分别产生两组混沌实数序列,序列优化后进行异或运算得到第三组加密序列,分别与彩色图像RGB分量扩散操作。该方法不仅具有较大的密钥空间,并能有效抵抗统计攻击、噪声攻击。算法二是基于混沌与位平面的加密算法。采用三个混沌系统,系统一是Arnold映射,用来置乱灰度值位置;系统二与系统三分别是LC(LogisticCubic)系统、Henon映射,利用勾股定理生成加密密钥;将密钥序列和图像矩阵进行比特位分解,扩散加密图像位平面。通过分析算法与安全性能,加密效果良好,可抵抗不同类型的恶意攻击,安全性得到较大提升。最后以Matlab R2014a为工具设计图像加密原型系统,实现图像加密算法。