图像作为一种特殊的二维信号普遍存在于各种网络通讯平台上,而通讯网络的共享性和公开性很难保证图像的安全传输和存储。本论文结合混沌系统、压缩感知理论和信息隐藏技术等方法,设计了三种不同的图像加密方案,并通过大量的仿真实验证明了所提出的三种加密方案具有较高的安全性和高效性。主要研究内容如下:提出了一种高效的像素级混沌图像加密算法。首先利用明文图像的统计特征信息去更新初始密钥,生成密钥流。然后,利用密钥流对明文图像进行循环置乱。为了增强置乱和扩散操作之间的联系,对置乱后的图像进行重写操作:将置乱阶段所用的密钥与扩散阶段所用密钥进行融合,通过这个融合参数去改变置乱后的像素值,将整个算法混合为一体,以弥补在这两个阶段被分别攻击的弱点。最后根据密钥流,通过加取模运算改变像素值,得到最终的密文图像。这种加密结构有效解决了传统加密框架中置乱和扩散阶段被分别攻击的问题。实验验证了算法的安全性和高度敏感性。与一些基于比特级的图像加密算法相比,所提出的算法提高了速度,满足了实时通信的性能要求。设计了基于三维混沌映射的图像加密算法。首先根据明文图像对初始密钥进行更新,使所生成的密钥流与明文图像有关。将更新后的密钥代入三维混沌映射中,进行多轮迭代,生成密钥流。根据密钥流对原始图像进行行置乱和列置乱,以及行和列的循环置乱两轮置乱。然后利用同一组的密钥流组合后对已置乱图像进行加取模操作,生成最终的加密图像。算法只使用一种混沌映射和一组密钥,实现高安全性。提出了基于分块压缩感知和信息隐藏技术的图像加密算法。将明文图像进行分块,为了减少压缩感知过程所带来的块效应,在对图像的每一分块稀疏化之后,利用Zigzag置乱方法对每一个分块的像素点位置进行扰动。为了便于后续嵌入,将预置乱后的图像分块经过压缩感知压缩加密后进行合并。而压缩感知属于线性映射,因此利用混沌系统再次进行扰乱,以提高算法安全性。然后再结合信息隐藏算法,将已加密的秘密图像嵌入到山水图中,实现秘密图像的隐藏效果。仿真实验结果证明了所提出算法的安全性,图像重构速度快,重构质量高。