视觉密码具有秘密共享、图像加密、无条件安全和解密简单等特点,可以应用于群体参与或控制领域、民用和国家安全图像保护领域和对信息安全要求较高的经济和军事领域,尤其是在缺乏复杂计算设备的特定场景中具有重要的应用价值。鉴于其具有非常广阔的应用前景,视觉密码自从被提出以来,在信息安全领域得到了广泛关注,其相关研究成果频现于国际高水平期刊。本文从方案分析、方案构造和方案拓展三个方面对视觉密码展开研究,其中,分析视觉密码方案有助于认清各种方案之间的内在关系,对方案构造具有一定的指导作用,构造视觉密码方案主要是围绕方案评价参数(像素扩展度和相对差)的优化来展开研究,在此基础上,拓展视觉密码方案使其生成的共享份显示有意义的图像信息,从而降低攻击者的怀疑且便于共享份的管理。具体研究内容如下:1.从存取结构的角度分析方案之间的关系,通过引入等价参与者和参与者排列两个概念,指出了任意两个存取结构之间可能存在化简关系或置换关系,并证明了针对上述关系下的两个存取结构构造的视觉密码方案是等价的,在一定程度上减少了视觉密码方案构造的复杂度。2.从秘密分享方法的角度分析方案之间的关系,针对基矩阵的分享方法和随机栅格的分享方法,指出了基矩阵可以用随机栅格生成算法来表示而随机栅格生成算法可以用基矩阵来表示,进而证明了基矩阵方案和随机栅格方案的一一对应关系。3.从秘密恢复方法的角度分析方案之间的关系,针对OR运算的恢复方法和XOR运算的恢复方法,用基矩阵来实现秘密分享,通过分析基矩阵的构成成分,证明了弱存取结构下OR运算方案和XOR运算方案的一一对应关系。4.针对像素扩展度的优化问题,分析了基矩阵与线性方程组解空间之间的关系,提出了一种基于线性方程组的基矩阵构造方法,并通过存取结构的划分和共同列的删除,在强存取结构下构造了一种基于基矩阵的OR运算视觉密码方案,有效地减小了像素扩展度,降低了存储空间和传输带宽。5.针对相对差的优化问题,根据基矩阵方案与随机栅格方案的一一对应关系,结合基于线性方程组的基矩阵构造方法,并通过基矩阵的列随机选取,在强存取结构下构造了一种基于随机栅格的OR运算视觉密码方案,进一步增大了相对差,提高了恢复图像的视觉质量。6.根据基矩阵方案与随机栅格方案的一一对应关系以及OR运算方案与XOR运算方案的一一对应关系,证明了XOR运算方案实现秘密图像完全恢复(即像素扩展度和相对差均为1)的充要条件,并通过存取结构的划分,在弱存取结构下构造了一种基于区域划分的XOR运算视觉密码方案,实现相对差无失真恢复的同时进一步减小了像素扩展度。7.针对有意义共享份的视觉质量优化问题,首先结合(k,n)门限存取结构下的OR运算方案对共享份中的秘密信息像素进行赋值,并通过分散和聚集算法确定其位置分布,其次对于共享份中的非秘密信息像素,依据(k,n)门限并利用互补的遮盖图像设计其赋值规则,最终基于误差扩散构造了一种(k,n)门限存取结构下的半色调视觉密码方案,实现每个参与者拥有一个共享份的同时提高了共享份的视觉质量,并且消除了共享份之间的视觉信息交叉现象,降低了攻击者的怀疑。