随着计算机网络和通信技术的发展,多媒体信息的应用越来越广泛,而由于数字信息容易被盗取和篡改,对数字信息的加密和保护成为了信息安全的重要课题。与此同时,分数阶Fourier变换是现阶段光学、信息学的研究热门,将分数阶Fourier变换应用到图像处理中也是一个重要的研究方向。论文重点研究了分数阶Fourier变换的基本理论和性质,和它在信号处理、图像分析和图像加密中的应用,并对现代图像加密技术中应用较为广泛的混沌加密技术做了研究,分别分析了混沌置乱加密技术和变换域加密技术的特点,并针对现有加密技术的不足,提出了结合混沌置乱和分数阶Fourier变换的多重图像加密算法。本文对基于分数阶Fourier变换的单、多分量chirp信号检测、参数估计及分离,含噪LMF信号滤波进行了分析讨论,仿真结果表明分数阶Fourier变换相较于Wigner-Ville分布和短时Fourier变换而言能够更好的分离和检测多分量chirp信号,对于含有加性噪声的单分量chirp信号,在信噪比较低时依然有较好的滤波效果；根据分数阶Fourier变换系数对阶数的敏感性和多样性,提出了基于分数阶Fourier变换的图像加密算法并仿真,结果表明该算法拥有较好的鲁棒性,能更好的抵抗统计特性攻击；在对混沌置乱图像加密技术做了一些研究后,提出基于混沌置乱的加密算法并仿真,该算法拥有较大的密钥空间,安全性好。通过对混沌置乱图像加密算法和分数阶Fourier图像加密算法进行仿真实验和分析对比,确定了优化加密算法的目的和思路,提出了改进的图像加密算法。仿真结果显示密文与明文相比灰度直方图更加平坦,均方误差与密钥极为敏感,相关性极低；算法具有较强的抗遮盖剪裁,抗噪声性能。最后,在DSP6711的平台上实现了加密算法,加密图像完全掩盖了明文的空频域信息。