信息技术的飞速发展让我们的生活变得更加便捷。在日常生活中,人们通过互联网获取和传递各种信息,包括文字、图像、视频、音频等等。在这些信息的表示上,图像能清晰直观地向人们展示其特征,因此图像及其在传输过程中的安全性引起了人们的注意,数字图像加密及相关技术也受到了学者们的广泛关注。而混沌系统所具有的初值敏感性、伪随机性和不可预测性等特性都使其能与图像加密紧密结合起来,以获得更加高效、安全的加密效果。利用混沌系统的特性来提高图像加密的安全性,这就需要对混沌系统进行更加深入的研究。然而,传统的混沌系统存在参数空间小、安全性不足的问题,一些加密算法也相继被破解。本文分析了前人研究工作中存在的问题和不足,进一步对混沌系统加以研究,同时设计出更高效安全的加密算法。本文开展的主要工作如下:（1）提出了一种动态螺旋置乱（Dynamic Spiral Scrambling,D-S）算法。D-S置乱算法根据混沌序列的值来决定选取明文图像哪一个位置的像素值,不同的明文图像会有不同的像素值位置选取方式,从而得到不同的置乱结果。该算法使得像素值位置的变化对混沌序列高度敏感,任何微小的变化都会导致完全不同的结果。（2）将延时因子引入动态混合时空混沌系统。即本轮结果不再受到前一时间序列结果的影响,而是受到前两轮时间序列结果的影响,在时间上呈现出差异性,使得耦合格子之间在时间上也具有不相邻的联系。得到基于延迟反馈的动态混合线性-非线性耦合映射格子时空混沌系统（Delayed Feedback Dynamic Mixed Linear-Nonlinear Coupled Mapping Lattices,DFDMLNCML）。通过分岔图等一系列的测试实验分析,验证了DFDMLNCML具有更大的参数空间和更强的混沌性能。此外,基于DFDMLNCML系统提出了一种动态结合像素值、像素位和二进制位的加密算法。该算法采用置乱扩散同步进行的方式,增加了破解的难度,一轮操作即可得到结果,具有更加高效、安全的特性。（3）通过非线性系数将Sine映射、Tent映射和Logistic映射联系起来,得到一维非线性耦合Sine-Tent-Logistic混沌映射（1D Nonlinear Coupled Sine-Tent-Logistic Chaotic Map,1DNCSTL）。经过分岔图等一系列的测试实验分析。验证了1DNCSTL混沌映射具有更好的混沌性能,适合应用于图像加密。此外,进一步提出了像素位位置置乱重组操作和动态非唯一扩散操作。该算法在置乱扩散同步进行的基础上,使用动态非唯一的扩散方式进行二次扩散。对算法进行的一系列测试实验验证了本算法的安全性。上述工作针对传统的混沌加密算法参数选取范围较小、安全性低、加密效率低和密码系统抵抗差分攻击能力弱的缺陷提出了新的图像加密算法。针对动态混合时空混沌系统在时间上的不连续性没有清晰表现的缺陷进行了改进,并建立新的具有更高效率的时空混沌系统。