在过去的几十年中,数字图像处理和网络通信的发展引人注目。它们产生的直接影响就是提高了对互联网和无线网络进行实时安全的图像传输的要求。因此,为了应对这一挑战,密码学者们提出了各种各样的图像加密方案。在众多的方案之中,基于混沌的图像加密算法取得了尤为显著的成就。这是因为这类加密算法在安全性、复杂性、速度、计算能力和计算开销等方面都表现出了非常出色的性能。此外,基于混沌的加密技术可以对图像数据进行快速地置乱和扩散,这刚好符合传统密码学方法的标准。本文选择了结构简单的一维混沌映射进行加密方案的设计。尽管一维混沌映射有着易于操作和实现的优势,却同时也拥有密钥空间较小和混沌区间不连续的缺陷。本文的具体研究内容安排如下:首先,本文介绍了图像加密算法的研究意义,以及应用混沌进行加密方案设计的起源。进一步地阐述了一维混沌映射与多维混沌映射相比具有的优势和劣势,还有混沌加密技术的国内外发展现状。尤其是密码学者们在应用改进的一维混沌映射加密图像时所做的努力和贡献。此外,还给出了混沌理论的介绍,以及它在密码学的应用。其次,本文在对几种经典的一维混沌映射做出介绍以后提出了改进型一维混沌映射。它们的混沌区间不仅被扩大了,而且混沌特性也得到了改善。这使得新的一维混沌映射在作为密钥被应用于图像加密时能够令方案的安全性更高。接着,本文应用提出的改进型一维混沌映射设计了一个基于脱氧核糖核酸(DNA)编码计算和伽罗瓦域GF(17)算术的混沌彩色图像加密方案。该方案应用明文图像来更新产生的混沌序列,进一步地确定DNA运算的模式,这样能够保证每次加密都应用不同的DNA计算方法。为了提高加密系统的安全性,本方案还加入了伽罗瓦域GF(17)的乘法运算。通过仿真分析,可以发现该算法有能力抵抗各种攻击。最后,本文应用提出的一维混沌映射设计了另一个基于混沌和超混沌的魔方彩色图像加密方案。该方案引入了一个拥有超混沌特性的四维超混沌系统。令它与改进的一维混沌映射一起产生密钥可以使密钥流的随机性能更好。不仅如此,该方案仿照魔方的原理令图像在像素级和比特级迅速地旋转和移位,这样使得加密效果更好。