航空推进系统中的发动机零部件及尾喷管气动流道等工业装备复杂件材质密度大、内腔结构复杂,对其内腔结构及内壁缺陷的无损检测已成为检测领域迫切需要解决的难题,常规检测方法受制于复杂件的材质密度及内腔结构复杂度等因素,无法实现无扰、无损的高分辨率检测。本文基于正电子湮没原理和γ光子探测机理,面向工业复杂件的实际检测特点,对γ光子散射和γ光子图像重建噪声干扰等关键问题进行了理论研究,探索适用于航空推进系统复杂件内腔检测新方法,此外,γ光子具有穿透能力强、抗干扰能力强等优点,保证了γ光子三维成像技术在工业检测应用的技术稳定性。γ光子穿透复杂件被探测系统记录的过程中,由于康普顿散射效应、瑞利散射效应等影响,会发生γ光子散射事件,导致重建图像出现星状伪影、边缘模糊等情况,降低检测分辨率。针对γ光子单次散射问题,本文基于γ光子轨迹映射衰减理论,提出了基于轨迹映射的γ光子单次散射校正方法。将Lo R投影映射到当前重建图像中,依据γ光子单次散射角度,确定单次散射的γ光子运动轨迹,以散射的γ光子沿其运动轨迹的衰减确定单次散射的γ光子数目,降低了γ光子单次散射计算复杂度;针对γ光子多次散射问题,本文基于γ光子康普顿散射分布理论,提出了基于空间分布拟合的γ光子多次散射校正方法。将γ光子单次散射分布函数与多次散射高斯核函数的卷积看作是γ光子多次散射分布,对散射的γ光子进行空间分布拟合确定核函数系数,进而确定多次散射的γ光子数目,提高了γ光子多次散射识别准确性。对比γ光子单次/多次散射校正前后,工业液压件缸体结构及活塞杆螺母形状γ光子三维成像检测结果,验证本文提出的基于轨迹映射的γ光子单次散射校正方法和基于空间分布拟合的γ光子多次散射校正方法的有效性。γ光子图像重建OSEM算法属于无约束优化求解算法,在图像重建过程中假设Lo R经过的图像像素按系统矩阵相应分量对Lo R的产生做了贡献,且属于同一条Lo R的不同像素之间相互影响,这会导致属于同一条Lo R的不同像素之间出现统计噪声并被放大传播,导致重建图像出现边缘过于平滑等情况,从而降低重建图像信噪比。针对γ光子图像重建噪声干扰问题,本文基于γ光子ToF信息与正电子湮没位置的映射原理,提出了ToF数据重组的改进OSEM算法,建立ToF索引解的约束图像重建模型,以ToF信息为索引对Lo R进行数据重组,以ToF信息权系数调整系统矩阵元素,通过稀疏化系统矩阵元素来压缩系统矩阵,提高图像重建效率,采用解约束的改进OSEM算法进行图像重建,限制图像像素对Lo R的贡献与图像像素在ToF信息内正电子湮没“位置-ToF”曲线的分布概率相吻合,达到抑制统计噪声传播的目的,从而提高检测分辨率。对比改进前后OSEM算法在工业液压件缸体结构及活塞杆螺母形状γ光子三维成像检测结果,验证本文提出的ToF数据重组的改进OSEM算法的有效性。以γ光子实物探测系统和GATE仿真平台中搭建的γ光子探测系统为实验平台,以具有内腔结构的工业金属铸件为检测对象,通过金属铸件内腔结构γ光子三维成像检测实验,对内腔结构中的内腔直径、螺旋距离等参数进行测量,定量验证本文提出的基于轨迹映射的γ光子单次散射校正方法、基于空间分布拟合的γ光子多次散射校正方法和ToF数据重组的改进OSEM算法的有效性。本文的研究工作解决了γ光子三维成像技术在工业检测时存在的关键技术问题,为γ光子三维成像技术在工业装备复杂件内腔结构及内壁缺陷无损检测提供新的理论方法,使之成为工业检测新方法。