针对被测样品的组成物质已知且彼此不混合的情况，提出了一种结合能谱信息的单能谱计算机断层扫描（CT）图像重建方法。该方法利用已知物质作为基材料对CT投影数据的采集过程进行数学建模，然后对该非线性模型进行基材料图像的迭代求解。在求解中，通过将基材料“不混合”的性质转化为向量正交性，实现了迭代过程的快速收敛。本文方法充分考虑了X射线的能谱和被测样品材料的属性，可显著地校正传统CT图像中的硬化伪影和金属伪影，有效地提高该类样品的CT成像质量。实验验证了所提方法的有效性。

水泥基材料基体和骨料之间的界面过渡区是影响材料力学性能和传输性能的薄弱区域，因此解析骨料周围的界面过渡区一直是混凝土研究的重要专题。由于分辨率的限制，工业X射线断层扫描技术(XCT)通常难以解析界面过渡区的三维形貌。而当过渡区孔隙中充满汞后，由于汞的高X射线吸收系数，界面过渡区XCT图像衬度显著提升。利用这一原理，提出压汞联合XCT的可视化表征方法，以石英玻璃棒为骨料制备了连通的水泥-骨料界面过渡区样品。结果表明：压汞后残余汞滴残留在界面过渡区，对界面过渡区的表征起到了显影增强作用，解析出了界面过渡区的三维孔隙结构。为探索水泥基多孔材料基体与集料界面过渡区孔隙分布规律提供全新研究思路。

界面的粘结效果对水泥基材料的修复至关重要，但是目前没有合适的方法评估粘结材料是否在界面建立有效粘结。本工作提出一种方法对水泥基样品修复区的粘结效果进行可视化分析。对3个具有不同粘结面积的砂浆样品开展X射线计算机断层扫描原位轴压试验并获取加载过程中的体图像，然后采用数字体相关法(DVC)对变形前后的体图像进行相关计算。未粘结区域不受粘结剂约束，加载过程中会产生较粘结区域更大的变形，通过DVC应变图中出现的应变突变可以检测出样品中未建立有效粘结的区域。结果表明，应变图中检测出的未建立有效粘结区域与实际的未粘结区域对应良好，说明该方法能检测定位出修复后的样品中的无粘结区域。

能谱计算机断层成像(CT)可以利用多个不同能谱的衰减数据来获取窄能谱投影,窄能谱CT图像能够提高组分定量表征的准确性。鉴于此,基于未知的X射线能谱提出一种获取窄能谱投影的能谱CT盲分离算法。首先建立带有材料先验的X射线多能谱正演模型,其能够为窄能谱投影提供能量指向。其次依据测量数据的泊松统计特性,构建关于能谱拟合系数向量和厚度向量的约束优化问题,并采用块坐标下降算法对其进行求解。该算法在非负矩阵分解和高斯牛顿算法之间可以交替更新。仿真和实际实验结果表明,与已有算法相比,所提算法分解的CT图像具有更少的硬化伪影和噪声,各分解投影图像符合窄能谱投影的特征,能够提高获取窄能谱投影的准确性。

密度是竹材材性的重要指标之一, 与竹材诸多物理力学性质紧密相关, 且测定结果因含水率状态不同而不同。 基于X射线计算机断层扫描(X-CT)技术, 比较了不同竹龄毛竹全干、 气干、 饱水状态下CT值的差异程度, 除4年生和10年生毛竹CT值差异较大以外, 其余竹龄CT值差异较小; 分别在全干、 气干、 饱水状态下对所测定的CT值与相应状态下毛竹的密度进行拟合建模, 同时还对不同含水率梯度状态下的CT值与密度进行拟合建模, 进而系统分析了不同竹龄毛竹在单一含水率状态下和不同含水率梯度状态下CT值与密度之间的关系; 对不同竹龄毛竹全干状态下相对竹青径向位置的CT值进行了拟合, 依据CT值与密度之间的关系, 解释说明了毛竹径向密度因竹龄不同所产生差异的原因。 试验结果表明, 毛竹全干、 气干、 饱水密度与相应的CT值之间均存在线性关系, 且拟合斜率相近; 在所选含水率梯度状态下毛竹密度与CT值之间存在线性关系, 且密度与CT值关系受水分影响较小, 回归方程为: D=0.001H+1.003　2, R2=0.968 3(D为密度, H为CT值), 验证模型决定系数R2=0.974　3; 不同竹龄毛竹全干状态下竹青、 竹黄处密度差异较小, 而在竹肉处差异较大。 这些结果为实现快速检测毛竹在不同含水率状态下的密度提供了技术支持和数据参考, 同时X射线计算机断层扫描(X-CT)技术也为深入研究竹材材性和构造提供了一种切实可行的新途径。

为去除X射线CT图像中的环形伪影,建立了一种投影数据预处理方法。该方法通过对各角度投影数据逐一进行分段多项式拟合的方式建立异常探元的备选校正因子集合,再根据备选校正因子的概率密度分布确定最可几校正因子。介绍了方法的物理依据、原理及其实现步骤,并分析了其在复杂条件下的适应性。结果表明:该方法对稀疏环形伪影、密集环形伪影以及伴随强噪声污染的CT图像环形伪影均可去除;与中值滤波等方法相比,可以更好地保持图像的空间分辨率。该方法可用于多材质检测对象CT图像的处理。

提出了基于狭长CsI(Tl)闪烁体和面阵CCD器件，采用光纤和光纤面板进行光耦合及传输，以扇形束线阵扫描方式实现对X射线探测与成像的工业XCT系统探测器方案．基此，通过物理分析及数学建模，利用Matlab模拟研究了X光能量小于450keV时狭长CsI(Tl)闪烁体的发光效率等性能指标．研究结果表明：当光电吸收截面μ_ph和康普顿吸收截面μ_c分别为0．000313和0．0000295、反射层反射系数R和衬底反射系数R_s分别取0．95和0．8、荧光线性吸收系数σ取0．000222μm^－1时，得到狭长CsI(Tl)闪烁晶体的长度l、高度h和宽度w取值范围分别是926～4512μm、242～5000μm和242～5000μm的结论．在此范围内，既可使闪烁晶体有较好的空间分辨率又可获得最高的发光效率．