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。

在分析不同能谱对应的公共能量段下多能投影之间关系的基础上,研究了基于减影融合的多谱CT成像算法。该方法在分析不同射线源参数下射线能谱之间关联性的基础上,建立了递变能量多能投影序列减影融合模型,并通过递变能量获取工件的多个多能投影序列,结合减影融合模型,对所得投影图像进行减影融合,去除公共能量段投影信息,获取近似窄能谱的投影信息。最后采用统计迭代算法进行图像重建,减小噪声干扰,提高重建质量。实验结果表明,所提方法能通过多谱投影减影融合得到近似窄谱投影,有效抑制射束硬化伪影。

X射线硬化是导致工业CT重建图像质量下降的物理原因之一。硬化伪影通常表现为两种形式, 即杯状伪影和带状伪影。描述并证实了硬化伪影的一种新型表现形式, 这种伪影与真实结构相关, 且分布规则, 容易造成伪影与真实结构的混淆。采用线性化校正方法对该伪影进行抑制, 提高了重建图像质量, 改善了通过CT重建图像进行几何测量的精度。

在进行X-CT成像时，容易诱发射束硬化效应。通过多项式拟合建立起多色投影同透射距离的数学模型，然后将多色投影校正为单色投影,是一种简单高效的射束硬化校正方法。对于局部扫描的情况，在重建图像域通过正投影方法计算得到的透射距离不再代表真实的射线穿过长度，拟合数据不再有效。因此借助一圆柱模体，根据圆柱自身的几何特性，通过解析的方法计算得到射线真实的透射距离，并用于射束硬化校正。实验结果表明，该方法能够有效抑制射束硬化引起的图像伪影，提高CT重建图像质量。

为了去除X射线工业CT图像中的杯状伪影，提高CT图像的识别能力和量化分析精度，提出一种基于分度投影和权函数的射束硬化校正方法。首先分析得出杯状伪影主要是由X射线连续谱穿过被测物体过程中出现的射束硬化所导致。然后扫描阶梯模型，采集不同厚度下的投影数据并求出线衰减系数，通过拟合曲线，得到硬化模型函数和权函数校正模型函数，并确定权函数。接着，扫描被测圆柱形工件，采集不同分度下的投影数据。最后，针对每一个分度投影数据，采用权函数与当前分度投影数据乘积的方法进行硬化校正。对含有杯状伪影的实际CT图像进行了校正实验，结果表明，与多项式拟合法相比，该方法校正后的灰度图像没有放大噪声，且信噪比提高3.29%，有效地消除了杯状伪影，同时较好地保留了图像边界细节。

利用蒙特卡罗方法分别研究了3种能量X光机的光子穿透不同厚度铝的硬化情况及3种能量光机作为光源测量面密度的过程，并开展了相关实验研究,根据模拟结果对比分析了不同能量光机X射线硬化对面密度测量灵敏度的影响，结果表明：对同种能量光机的光子而言，随着面密度变大,射线硬化程度越严重，导致测量灵敏度下降；光子能量越低，测量灵敏度随面密度变大下降越快，反之亦然；对于某一范围面密度被测物，调整X光机电压使X光子刚好穿透并形成有效图像,可获得最理想的测量灵敏度。

目前常用的 FBP重建算法假定用以产生投影数据的 X光是单能的，而实际上 X光机或加速器发出的光并不是单能的。这就造成成像过程与重建算法的不匹配，导致硬化现象的产生。本文分析了这一研究领域的各种硬化校正方法，指出对单材质物体的硬化校正来说，线性化是其中较好的方法，它能够解决硬化校正的问题。本文对已有的线性化方法进行创新发展，解决了多项式阶数选择问题，将其应用推广到锥束 CT成像，并通过实验验证了改进方法的实用性和有效性。

研究了X射线CT射束硬化的形成机理， 分析了射束硬化校正的常用方法， 建立了以投影灰度为自变量的射束硬化校正模型， 从而降低了射束硬化校正的计算难度。 分析了采用多项式拟合射束硬化曲线的优缺点， 提出一种基于多项式的分段硬化曲线表达新方法。 该方法首先采用过原点的多项式曲线拟合硬化数据， 然后通过所得多项式曲线的曲率变化， 判断该曲线在拟合区间两端是否出现振荡， 并对振荡部分的多项式曲线采用幂函数曲线进行替换， 同时保证各段曲线在连接点处C1连续（曲线的C1连续定义为, 两条曲线交于一点且在交点处的一阶导数相等）。 计算机CT仿真实验结果表明， 该方法对理想CT图像和含噪CT图像的射束硬化校正， 均表现出良好的稳定性， 并可基本消除射束硬化造成的伪影。

针对目前各种校正算法对条状伪影校正效果不显著，分析了条状伪影的产生原因.由此考虑射线穿过不同骨厚度对软组织投影贡献的影响，对基于H-L一致性条件的双多项式校正算法的软组织校正多项式改进.Forbild头部模体的仿真结果表明，该改进方法对杯状伪影和条状伪影都有良好的校正效果.

以实物拍摄为依据, 用一种最简便的修正方法解决计算机X射线层析术成像时由于硬化效应引起的切片图灰度失真问题。用高性能数字X射线机FAXITRON MX-20(射线管焦点20 μm, 探测板灰度等级16位)对不同厚度的物体进行透射成像, 测得对应的透射光强度, 并利用新创的指数拟合法得到理想的拟合曲线, 由此推导硬化效应的指数校正公式;最后利用实验室的微型计算机层析设备进行扇形束扫描, 并逆投影重建生成计算层析断层图像, 验证了该校正方法的实用性。该指数拟合法的误差不到常用的二阶多项式拟合法的1/3, 对物体计算层析重构, 硬化校正以前有明显的“杯状”伪迹, 切片灰度不均匀, 用指数法修正以后该伪迹消失, 切片灰度均匀。