在某燃料元件产品中燃料颗粒随机弥散分布在非金属材料中，表征燃料颗粒的分布状况进而评估产品工艺质量具有重要意义。针对该问题，对三维空间内相邻燃料颗粒的间距测量进行了研究，使用X射线微焦计算机层析成像（CT）对该类产品进行了三维扫描成像，从而得到了三维CT图像。在三维CT图像的基础上，提出了一种结合改进型空间直觉模糊C均值聚类和三维区域生长的自动算法，用于分割图像中的燃料颗粒以得到每个燃料颗粒的空间结构。然后，通过计算质心获得燃料颗粒的中心坐标，进而自动计算出相邻燃料颗粒的空间距离。通过仿真实验验证了所提算法的可行性，通过标准球实验验证了测量误差，并通过实际燃料元件测试了相邻燃料颗粒间距的自动测量，表明了所提方法对燃料颗粒间距测量的有效性。

提出了一种基于图形处理器(GPU)并行加速双能计算机层析成像(CT)重建的整体解决方法。该方法通过将双能采样数据视角配准步骤整合到基本的双能CT重建过程中,保证了双能投影分解的准确性,从而提高了双能CT重建的准确性。通过在反投影步骤中同时反投影几种图像,避免重复计算投影地址,并且在整体重建过程的各个步骤中采用GPU并行方式进行计算,有效提高了双能CT的重建速度。重建图像为2种和4种时,与重复执行多次单能CT并行重建相比,本文方法的重建过程加速比分别为1.88和3.24,其中最耗时反投影步骤加速比分别为1.90和3.66。实验和实际应用证明了该方法可有效提高双能CT重建的准确性和速度。

计算机层析成像(CL)系统对于扁平状物体的检测具有独特的优势,几何参数标定是CL系统获得高质量图像的重要步骤。现有CL系统几何参数标定方法仅能标定部分几何参数,难以一次完成所有几何参数的标定。借鉴计算机断层成像(CT)系统几何参数标定方法,提出了一种高精度的迭代标定方法,利用简单体模快速标定CL系统的所有几何参数。对CT系统几何参数标定方法用于CL系统的有效性进行分析,确定对CT系统几何参数标定方法敏感的CL系统几何参数;根据CL系统投影几何关系,构建新的反映CL实际系统与理想系统间误差的非线性最小二乘目标函数,利用迭代法不断优化敏感参数和其他关键参数。实验结果表明,本文方法能够有效标定CL系统所有几何参数,敏感参数以及受敏感参数影响的其他几何参数标定精度均有明显提升。利用已标定的几何参数重建三维Shepp-Logan体模和印刷电路板体模,重建图像中没有几何伪影,验证了算法的有效性。

双能计算机层析成像(CT)投影分解是双能CT预处理重建算法的关键步骤,在采用迭代算法求解双能投影积分方程组时,迭代初值的选择对迭代的收敛性影响很大。为了解决双能投影积分方程组迭代求解的初值选择问题,提出一种优化迭代算法。该算法在计算双能基材料投影查找表以及进行系统标定时,依据高低能投影数据的数值范围,设置一定的步长,按照高低能投影值的大小依次求解对应的基材料投影,并以上次的收敛结果作为下次迭代的初值。结果表明,该优化迭代算法有效改善了迭代的收敛性,提高了双能CT系统标定的效率,验证了算法的有效性。

射线源和探测器作相对平行直线运动的计算机层析成像扫描系统(OPLCT)结构简单，成本低，易于实现便携或可移动的应用需求。该扫描方式的前期研究采用顺序子集-同时迭代重建算法，该算法存在图像重建时间长、不能实现快速成像等问题。从傅里叶积分定理出发，推导OPLCT滤波反投影(OPLFBP)图像重建算法。构建的一次直线扫描(1T)图像重建模型属于有限角问题，OPLFBP算法不能完全重建出目标图像；进一步提出多次线性扫描并构建了两次垂直(2T)和三次圆周均匀分布(3T)的CT直线扫描模型。1T、2T和3T模型下的仿真结果表明OPLFBP算法正确可行，且2T、3T扫描与相似参数下圆周扇束扫描滤波反投影算法得到的重建图像相近。

密度是竹材重要的物理指标之一, 与竹材的许多物理力学性能紧密相关。 采用计算机层析成像(CT)技术, 对2-5年生梁山慈竹(Dendroclamus farinosus)的密度时空变异特性进行了系统研究;利用正交试验设计确定了适宜的扫描参数, 对其气干密度(Y)与相对应的CT值(X)之间的相关性进行分析研究, 建立了线性回归模型(Y=0.001X+1.148)并验证了该模型的准确性, 得出两者之间存在着线性关系;同时利用模型计算出梁山慈竹径向和纵向的密度变化规律。 为实现梁山慈竹密度的精准高效检测提供了新方法, 也为深入研究竹材的材性和构造提供了新思路。

微分相位衬度计算机层析成像法(DPC-CT)是一种新的X射线无损检测方法。与传统方法相比，该方法在检测弱吸收物质时优势明显。但DPC-CT技术需要进行多次扫描后才能获取足够的样品信息，这必将导致很长的辐射时间和巨大的辐射剂量。因此，研究在稀疏角度条件下的DPC-PC重建算法就显得尤为重要。分析了DPC-CT的特点，在凸集投影(POCS)的理论框架下，将L1范数、曲波系数约束和经典的代数迭代算法(ART)相结合提出了一种适合DPC-CT的重建算法。数值模拟和实验的结果表明，该方法可以根据少量投影数据获得较好的重建结果。

X射线双能计算机层析成像(CT)技术是安全检查领域一种重要的材料探测与识别手段。双能CT投影分解是双能CT预处理重建算法的核心内容和关键步骤。针对现有投影分解算法的不足，提出了一种基于投影匹配的双能CT投影分解算法。依据系统能谱和基材料线性衰减系数曲线，通过求解投影积分方程组建立高低能投影查找表。对于给定的高低能投影，在查找表中寻找最佳匹配点，进而获取基材料分解投影。该算法避免了现有算法复杂的迭代优化过程，简化了系统的标定过程，分解精度取决于查找表的设定步长。相对现有算法该算法有实现过程简单、易于并行计算的优点。仿真实验结果验证了算法的有效性。

为了自动检测工业CT图像中的圆并精确地测量其参数，研究了基于Facet模型的亚像素边缘检测算法检测图像边缘，利用圆存在的概率大小识别边缘图像中的圆并测量其参数的方法。首先，利用Facet模型提取图像的亚像素边缘。接着，研究了图像圆存在概率算法特点，通过构造专用链表数据结构存储计算数据，限制计算时圆心选取范围等方法，克服了原计算方法效率低、占用内存大的缺点，并运用改进的圆存在概率计算方法对工业CT图像中的圆进行自动检测。最后，通过最小二乘法拟合圆边缘点，计算圆参数的实际尺寸。使用空间分辨力为2.0 lp/mm的电子直线加速器工业CT系统，扫描重建出包含10个圆的800 pixel×800 pixel工业CT图像，运用该方法对图像中的圆进行了识别和测量。试验结果表明，改进的圆存在概率算法计算效率明显提高，图像中圆参数测量精度＜0.5%，满足工业CT图像圆自动测量的精确、快速、可靠等要求。

探测器探元响应的不一致性导致计算机层析成像(CT)图像产生环状伪影, 使得像质下降, 影响了缺陷的判读以及图像的后续处理与量化分析。提出了两种CT成像环状伪影校正方法：基于特征识别的校正方法和基于B样条曲线拟合的校正方法。前者针对单个独立探元或者少数几个相邻探元存在突出响应不一致的情况。该方法首先识别出响应不一致探元的位置, 然后在该位置执行局部中值滤波以消除正弦图中的竖直条纹。后者针对多个连续探元同时存在微小响应不一致的情况。该方法用B样条曲线拟合的方法确定各个探元的归一化增益系数, 进而对探元的响应不一致性进行校正。两种方法各有特点, 互为补充, 共同组成较为完备的环状伪影校正体系。实验结果验证了两种方法的有效性。