随着大数据、云计算和移动互联网等技术的应用与普及,网络空间的安全面临着诸多的威胁,图像安全技术的创新与发展成为大家所关注的焦点。混沌系统理论与实际应用的不断发展为图像加密技术提供了新的发展方向,但是随着计算机软硬件计算能力的提升,一些原有的混沌图像加密方案变的不再安全。多数算法只应用了单一的混沌系统或者使用的混沌系统过于简单,忽略了混沌系统之间的相互关系;此外一些算法的结构设计比较薄弱,降低了系统的安全性。本文中,作者通过改善混沌系统、设计新颖的算法结构提出了如下几种安全性能较高的混沌图像加密方案。(1)提出了一种结合了SHA-3哈希算法与两个混沌系统的彩色图像加密算法。通过哈希算法使得图像明文与密钥联系起来,得到了等效的一次一密的加密效果。超混沌Lorenz系统与高维混沌Chen系统的敏感性确保了算法的安全性,同时作者将图像扩展到三维空间内,进行以平面为基本单位的混淆,置乱与扩散交替进行的加密模式进一步提高了算法的安全性。(2)提出了一种基于伪随机耦合LP时空混沌(Pseudo-random Coupled LP Map Lattices,PCLML)的图像加密方案。首先,作者基于Logistic和分段线性混沌映射提出了一个新的一维LP混沌系统,并作为耦合映射格子系统的基本函数;其次改变了空间的耦合方式,这种耦合结构提高了混沌系统的混沌表现;最后结合自生成模M矩阵算法以及提出的动态S-Box技术,设计了一种新的图像加密方案。(3)提出了一种基于混合多混沌耦合映射格子(Mixed Coupled Map Lattices,MCML)的图像加密算法。原有的每一个耦合映射格子基本函数唯一,作者通过将Logistic、Sine、Tent混沌系统混合,解决了驱动方程的单一化问题,扩大了密钥空间,增强了混沌特性;同时设计了新的密钥生成与分发方案,通过非线性方程去扩散像素值并采用Z字形方式置乱图像,像素与比特粒度的双层加密使得算法抵抗攻击的能力增强。