在信息时代的今天,随着互联网技术和多媒体技术的高速发展和广泛应用,越来越多的信息在网络上迅速方便地传输,与此同时也带来了信息的安全问题。如何维护信息安全,尤其是图像信息安全,已经成为国际上研究的热点问题之一。图像加密技术是实现图像信息保护的一种有效方法。混沌现象由美国气象学家洛伦兹(Lorenz)于1963年首先发现。由于混沌系统具有伪随机性、确定性以及对初始条件的极端敏感性的特性,因此将混沌系统与加密技术相结合,可以得到安全性很高的图像加密算法,也可以构造出非常好的加密系统。本文的主要研究工作是基于混沌理论的数字图像加密技术。首先,本文研究混沌的基本理论,包括混沌的概念、混沌理论的形成及其发展,混沌系统的判定和描述方法,重点介绍通过Lyapunov指数来判定混沌系统的方法。然后本文系统研究了几种典型的图像加密算法,包括Arnold变换加密,混沌镜像加密,幻方加密以及CKBA加密算法等,接着从混沌序列的产生、幻方矩阵的生成以及引入扩散函数等方面对以上加密算法进行了改进,并应用图像加密评价指标对实验结果进行分析、并与原算法进行详细比较。仿真结果表明,改进后的算法更加具有较高的安全性,加密效果较好。在上述研究工作的基础上,本文总结了增强图像加密算法安全性的改进方案,重点提出了几种新的基于混沌的数字图像加密和隐藏算法,包括利用超混沌序列加密,如Hyperhenon超混沌序列,数字图像的频域内加密,对图像进行多种算法的复合加密,以及图像时域和频域内的复合加密。实验结果表明,本文提出的这几种算法安全性和加密效果良好,可以有效抵抗已知明文攻击。最后,本文对其他图像加密算法也进行了初步的分析。本论文得到了《陕西省2004年自然科学基础研究计划》(项目编号:2004A15),陕西省教育厅专项科研计划项目(No.06JK193)的资助。