在我们的日常生活中,每天都有数以亿计的图像生成。图像具有丰富的视觉信息,在军事、医疗等领域中如何保护图像信息的安全性是一个很重要的问题和任务,因此图像安全已逐渐发展成为了信息安全领域里最热门的研究课题之一。图像加密技术是保障图像安全的重要方法和手段之一,对图像应用加密技术,可以使加密后的图像对未经授权的持有者不提供任何信息,而用正确的密钥对加密的图像进行解密后,图像原始内容即可对授权用户可见。目前在密码学领域虽然已经出现了很多优秀的加密算法,但图像因为其像素间相关性高、冗杂度大、数据量多等特点,使得DES、AES和RSA等传统的加密算法在加密时效率低下、易被攻击,通常不太适合直接应用于图像中。而混沌系统具有伪随机性、不可预测性、遍历性、对初始值和参数极为敏感等优点,非常适合于加密数据量大、冗余度高和相关性强的图像数据。为此,有必要对基于混沌的图像加密进行深入的研究。本文首先研究了基于图像滤波和DNA扩散的超混沌图像加密方案,该方案利用改进的图像滤波完成对图像的扩散,改变像素值的大小,其中改进的图像滤波使得滤波操作可逆,且参数均来自于超混沌序列,然后将数据编码为DNA级数据,并利用超混沌序列完成对其的置乱与扩散。在多幅公开图像上进行的大量实验分析结果表明,该算法密钥空间大,对安全密钥非常敏感,具有良好的统计特性,能够抵抗各种攻击。但该方案滤波时使用固定形状的滤波核,失去了滤波核的多样性,且该方案未与明文数据相关联,不能抵御选择明文攻击,需要进一步改进。接着本文提出了一个基于联合明文动态滤波与DNA扩散的超混沌图像加密方案,该方案改进了图像滤波,使得滤波时每个像素点处对应的滤波核形状和权值均不相同,且与超混沌序列和原始图像相关,即所谓的动态滤波。同样对该方案做了详细的仿真实验和分析,最终结果表明该方案安全性高、能有效地抵抗统计分析和差分攻击。虽然动态滤波提升了加密的效果,但分开进行扩散和置乱操作容易被攻击者逐一击破,增加了算法被破解的风险。且混沌序列具有固定的初始值,也有被大量统计攻击分析出来的风险。因此,提出了一种基于明文关联的动态滤波和联合置乱扩散的超混沌图像加密方案,该方案利用SHA-256函数计算明文图像的hash值,并进一步生成混沌序列的初始参数,然后使用动态滤波对图像进行扩散,最后提出一种新的联合置乱扩散算法完成加密操作。实验结果表明该算法性能好、效率高,能抵御各种各样的攻击。本文的创新点体现在:（1）提出了一种新的DNA级扩散算法,该算法可以将原始图像中的微小变化扩展到整个加密图像中。（2）提出了一种全新的用于图像加密的动态滤波操作,该操作中的滤波核的形状和参数均由超混沌序列和原始图像确定。（3）将原始图像融入超混沌序列初始值的生成中,使得加密方案能有效地抵御明文攻击。（4）提出了一种新的联合置乱扩散算法用于图像加密。