随着计算机技术的快速发展,信息安全问题日益突出。作为信息安全的重要保护手段之一,信息隐藏是在不影响载体使用的前提下,将额外信息嵌入到载体,以实现版权保护、隐蔽通信和内容完整性认证等功能。可逆信息隐藏技术允许授权用户在正确提取额外信息后无损恢复原始载体。由于这种特性,可逆信息隐藏技术在军事、医学、法律等对原始图像内容变化敏感的领域受到广泛关注。本论文研究基于像素相关性的图像可逆信息隐藏算法。利用原始图像像素相关性研究高保真明文图像可逆信息隐藏算法提升图像视觉质量,从而提高隐蔽通信的安全性,以及基于加密前预留空间框架的大容量加密图像可逆信息隐藏。通过保留原始图像像素相关性,研究基于加密后腾出空间框架的可逆信息隐藏方法以及基于图像分享的加密图像可逆信息隐藏,提高隐藏容量和鲁棒性。本论文的主要研究工作如下:（1）提出一种基于预测差值对扩展和二维直方图分解的可逆信息隐藏算法基于像素值排序算法（Pixel-based pixel value ordering,PPVO）只利用值在邻域像素最小值和最大值范围外的像素在一维空间隐藏信息。针对上述问题,本算法根据当前像素与其邻域像素相关性,将值在邻域最小值和最大值区间范围内的像素也用于隐藏信息,增加可隐藏像素个数,从而提高隐藏容量。根据相邻预测差值的相关性,将PPVO的一维空间隐藏扩展到二维空间。统计预测差值对,得到全局二维预测差值直方图。根据邻域像素的最大值和最小值的差值与当前像素的关系,将全局二维预测差值直方图分解成多个子二维直方图。对于不同的子二维直方图,根据其元素分布特点,选择二维映射方式隐藏信息减小修改失真。实验结果表明,在同等隐藏容量情况下,与多种主流算法对比,载密图像质量更高。（2）提出了一种基于分层嵌入的加密图像可逆信息隐藏算法多数加密图像可逆信息隐藏算法在加密前未充分利用明文图像像素相关性导致用于隐藏的位平面较少,进而导致隐藏容量不高。针对上述问题,本算法在加密前根据原始图像像素之间的相关性,对图像进行预测生成预测差值。建立预测差值绝对值分层划分的三叉树结构模型,将每个预测差值分层地划分为小中大三种取值范围并生成位平面标签图。在三叉树每一层中,小范围和大范围的预测差值对应的位平面用于隐藏信息,从而提高隐藏容量。采用比特异或对原始图像进行加密。隐藏时,将位平面标签图压缩并嵌入到加密图像可隐藏的位平面,剩余可隐藏位平面用于嵌入秘密信息。提取时,首先提取位平面标签图,根据标签图求解唯一的位平面组合,得到隐藏信息和恢复原始图像。实验结果表明该算法具有较大的隐藏容量,优于多种同类算法。（3）提出一种基于自适应差值恢复的加密图像可逆信息隐藏算法针对目前基于加密后腾出空间（Vacating room after encryption,VRAE）的可逆信息隐藏算法容量不高的问题。本文首先设计了一种自适应差值恢复技术,该技术根据隐藏后的像素差值范围确定原始像素差值范围,结合原始像素差值和参考像素采用二分搜索高效无损恢复原始像素。采用块置乱和基于块的模运算对原始图像加密,使加密图像块内像素较好地保留原始图像块内像素相关性。将自适应差值恢复技术应用于加密图像实现大容量加密图像可逆信息隐藏。该算法直接在加密图像中隐藏信息,无需预处理操作。实验采用BOWS-2、BOSSbase和UCID三个数据集作为载体,得到平均隐藏容量分别为3.1145bpp、3.2045 bpp和2.4633Bbpp,实现基于VRAE框架的大容量加密图像可逆信息隐藏。实验结果表明,相比于多种主流算法,该算法具有更好的嵌入性能。（4）提出一种基于图像分享的加密域可逆信息隐藏算法。针对目前多数加密图像可逆信息隐藏算法抗攻击能力较差,以及基于秘密分享的加密图像可逆信息隐藏算法存在预处理、数据扩张和容量不高等问题。本文提出一种基于图像分享的加密域可逆信息隐藏算法。在图像加密阶段,设计了一种新的迭代图像加密方法,该加密方法使加密块完整地保留原始图像块内像素相关性。在图像分享阶段,采用施加约束条件的图像分享方案生成多个加密份额,使每个加密份额的分块较好地保留加密分块的像素相关性。通过上述两个阶段使每个加密份额的分块较好地保留原始图像块的像素相关性,同时不会造成加密份额的数据扩张。隐藏时,对每个加密份额进行分块。根据块内像素相关性生成块标志信息并在分块内嵌入信息,实现大容量隐藏。在接收端,即使部分含密加密份额被破坏或丢失,只要收到足够完整的含密加密份额便可恢复原始图像,提高加密域可逆信息隐藏的鲁棒性。