随着5G时代的到来,网络信息安全问题相比过去将更严峻复杂。图像作为多媒体信息传输和存储的重要载体之一,能直观地传达信息,给人们的生活带来了巨大的影响。如果图像在传输途中被截取或者破坏,轻则个人隐私受影响,重则危及社会和企业财产安全,甚至国家安全。因此,图像加密在信息安全领域扮演着重要的角色。从上个世纪末以来,图像加密领域就涌现出各种加密算法。但随着图像传输规模的增大,对于加密并发性和加密速度的要求越来越高,光学图像加密成为了学者们研究的热点。作为典型的光学加密系统,双随机相位编码(DRPE)衍生出很多改进算法,然而该系统依然存在安全性较弱的缺陷。因此,本文提出一种基于Qi超混沌和AES的虚拟光学加密算法,从算法整体架构和密钥上对双随机相位编码系统进行改进,多方位提高加密系统的安全性。本文的主要研究内容有:(1)利用四维Qi超混沌系统产生的超混沌序列来产生加密系统中所需要的加密密钥,结合自定义控制参数加上Qi超混沌系统本身的9个初始参数作为混沌密钥,有效提高了加密系统整体的密钥空间。(2)提出利用AES对称加密对DRPE的输出平面进行二次加密,使DRPE免受脉冲攻击和相位检索等威胁,以提高加密系统抵抗选择明文攻击和已知明文攻击的能力,加强加密系统整体的安全性。(3)利用明文像素平均值和与明文相关的控制参数结合混沌序列制作DRPE的随机相位版和AES加密系统的轮密钥和S盒,有效解决了DRPE系统的随机相位版以及AES加密算法中轮密钥和S盒的相对固定的缺点。(4)通过像素比特位置乱和RGB通道组合得到最终密文图像,以达到进一步隐藏信息的效果,且最后的数字图像密文比传统光学加密的密文更易于直接打印和传输。通过在计算机上搭建整体算法结构,并对算法进行实验仿真和性能分析,其中包括直方图分析、统计学分析、抗差分攻击性分析、经典攻击分析、鲁棒性分析和密钥空间分析。经过多项分析以及对比实验分析,本文的加密算法能够有效地加密明文图像信息,同时能有效抵抗多种攻击,具有较好的安全性。