随着多媒体信息技术的发展与普及,彩色数字图像因其直观、形象等特点,已经成为网络应用场景中一种最为常见的信息载体。彩色数字图像的使用范围涵盖了视频聊天、社交分享、数字医疗、地图传输等众多领域。由于图像数据往往涉及个人、商业等敏感信息,其安全问题受到广泛关注。伴随着混沌理论的快速发展和成熟,基于混沌系统设计图像加密算法逐渐成为密码学研究的一个重要分支。本文研究了整数混沌系统中出现的动力学特性退化行为,提出了一种有效的抵抗方案,并将一维耦合映像格子模型扩展为二维耦合整数混沌系统,设计了一种新的基于二维混沌系统的图像加密算法。主要研究内容为:（1）阐述了常用于图像加密算法的混沌系统,分析了混沌理论在图像加密领域的研究现状,并讨论了整数混沌系统存在的动力学特性退化现象。（2）对抵抗整数混沌系统动力学特性退化问题的常用方法进行研究,分别从精度扩展、维度扩展以及动态扰动三个角度对多个典型的整数混沌映射进行对比分析,研究了克服整数混沌映射存在的短周期行为的新机制,进而设计了一种改进型耦合动态整数帐篷映射模型。仿真结果表明,该模型有效解决了整数混沌系统出现的短周期问题,安全性增强,其在信息安全领域中有着更高的应用价值。（3）对耦合映像格子模型的耦合方式进行维度扩展,耦合方式从一维扩展到二维。结合二维耦合映像格子模型与动态整数帐篷映射,构造了二维耦合整数混沌系统。该系统可并行生成多维整数序列,且序列具有均匀分布、相互独立以及伪随机等优良特性。（4）基于二维耦合整数混沌系统,在扩散-置乱的基本框架下,设计了一种新的彩色图像加密算法。算法在扩散函数、像素置乱函数的设计中充分利用了序列的均匀性和随机性,分别进行了密钥空间、密钥敏感度、直方图、相关系数、信息熵、峰值信噪比、剪切攻击和选择明文攻击等密码学分析,并对算法的运行效率进行研究,对比分析了不同加密算法的耗时情况。实验结果表明,算法具有良好的加密性能,能够有效抵御常见的密码攻击手段,为图像数据在信息网络中安全且高效的应用提供了一种可行的解决方案。