随着计算机网络技术的迅速发展，越来越多的信息需要通过网络进行交换和传输，对于重要或者敏感的信息通常要求进行保护处理。数字图像作为信息的一种重要载体，具有直观、不易出错、易被人接受等特点。而数字图像本身具有数据位信息丰富、像素间相关性强、存在大量冗余等特征，传统的加密方法显然不能满足其要求。混沌系统具有极好的伪随机性、遍历性、初值与参数敏感性、整体稳定局部不稳定等特性，这与密码学的基本要求非常吻合。但是，目前很多图像加密所用到的混沌系统都是低维的，低维混沌加密技术容易受到穷举攻击、相空间重构等方法攻击，已被证明不安全。而高维混沌系统空间结构复杂、控制参数多、运动行为更加不可预测，将之用于图像加密无疑可以提高其安全性。首先，本文就课题研究的背景、意义及国内外现状进行了概述，并简要介绍了混沌理论、密码学及混沌密码学等相关知识，之后重点介绍了混沌图像加密技术及超混沌序列预处理方法等。其次，本文针对一种超混沌图像加密算法进行安全性分析，结果表明该算法中间密钥序列与明文没有关联，所用加密公式可进行反推运算，且待加密像素采用异或加密方式，导致中间密钥序列可被破解，从而恢复出全部密文。在此研究基础上，本文提出了一种改进的超混沌图像加密算法，并进行了仿真分析。研究结果表明，改进算法密钥空间大，密文灰度分布均衡，相比原算法具有更好的密钥敏感性及抗差分攻击能力。最后，研究了基于超混沌系统的图像比特平面加密算法，将明文图像按像素比特分解成比特平面，利用其生成相关数值加入超混沌系统迭代得到密钥初值；对超混沌序列进行改造处理，得到所需二进制密钥序列，并根据密钥序列对图像高四位比特平面执行分离置乱操作；将置乱后的高四位比特平面与低四位比特平面进行自适应加密，得到最终密文图像。对密文进行了直方图、像素相关性、信息熵、密钥敏感及密钥空间等安全性测试，结果表明，所得密文对密钥与明文敏感性强，可有效抵抗多种攻击，验证了方案的安全保密性。