随着网络技术和多媒体技术的广泛应用和快速发展,数字图像变得容易获取、传输和修改。数字图像的安全引起了科学和工程人员越来越多的关注。对于敏感信息(尤其是军事布防图纸和个人隐私图像信息等)的保护显得愈发重要。相比图像加密和信息隐藏,秘密分享(secret sharing,SS)具有丢失容忍的特性,同时也可以应用在权限控制和身份认证等方面。本文主要研究具有多解密能力(multiple decryptions)的渐进式可视秘密分享(progressive visual cryptographic scheme,PVCS或progressive visual secret sharing,PVSS)。分析了秘密分享基本原理,对目前渐进式可视秘密分享(又称为视觉密码)以及具有多解密能力的秘密分享的主要算法模型进行研究和优缺点分析。针对目前渐进式可视秘密分享算法存在的有损恢复且恢复能力单一的问题,在所给出的距离最远平行等设计原则的基础之上,提出了基于叠加、加法或者异或的具有多解密能力的渐进式秘密分享算法,并且在此基础之上实现了影子图像(shadow image或share)可理解的具有多解密能力的渐进式可视秘密分享算法。(1)在所给出的二分凑整设计原则的基础之上,本文提出了一个门限渐进式可视秘密分享方案,在保持无像素扩张的同时,改进了传统的渐进式可视秘密分享不具有一般的门限的不足。不同于传统的可视秘密分享,所提方法当使用更多的影子图像的时候能够恢复更清楚的秘密图像。通过实验和分析验证了所提方法的安全性和有效性。通过与已有研究的比较分析显示了所提方法的优点和良好的应用前景。(2)在所给出的极大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE)设计原则的基础之上,本文提出了无损恢复的渐进式秘密分享(Lossless progressive secret sharing,LPSS),给出相关定义和性质,并利用极大似然估计实现基于加法的无损恢复的(1,k,n)渐进式秘密分享,改进了传统的渐进式秘密分享有损恢复的问题。所提方法满足P(l,k,n)门限(l=1):当影子图像少于l个时,得不到任何秘密信息;当影子图像少于k个多于或等于l个时,能够得到渐进的秘密信息,影子图像越多视觉质量越好;当影子图像少于或等于n个多于或等于k个时,能够无损恢复秘密信息。(3)在所给出的信息量最大化设计原则的基础之上,本文提出了一个基于布尔操作和随机网格(random grids,RG)的具有多解密能力的渐进式秘密分享,改进了传统的多解密能力的可视秘密分享视觉质量较低以及不能对一般的门限无损恢复的问题。恢复秘密图像时可以有两种恢复方法(OR-based VCS,OVCS以及XOR-based VCS,XVCS),应用较为广泛。一是不需要计算设备直接叠加(stack或superimpose)恢复,二是需要轻量计算设备无损恢复。所提方案还具有一些秘密分享的良好性质,比如:满足(k,n)门限和具有渐进性等优点。相关实验验证了算法的安全性和有效性。(4)在所给出的距离最远平行以及误差最小分布均匀原则的基础之上,本文提出了一个基于半色调技术和可视秘密分享的影子图像可理解的可视秘密分享(halftone visual cryptographic scheme,HVCS)方案,所提方案嵌入较少的额外黑色像素(minimum auxiliary black pixels,ABPs),改进了传统的影子图像可理解的可视秘密分享视觉质量较低以及像素扩张严重等问题。秘密信息像素(secret information pixels,SIPs)位置被提前确定且相互平行距离彼此最远。所提方案具有视觉质量较好以及像素扩张较小的优点。当方案采用具有多解密能力的可视秘密分享技术时,本文方法同样可以有两种恢复方法。