X射线相位衬度成像技术是通过探测x射线穿过物质的相位变化来进行成像的,在硬x射线波段(10-100keV),对于碳、氢、氮、氧等轻元素,其相干散射截面(即相移截面)是各自吸收截面的1000多倍,因此理论上来说对于那些由轻元素组成的物质,硬X射线相位衬度成像技术能够提供比传统吸收衬度成像技术高达上千倍的测量灵敏度。X射线相位衬度成像技术因而在生物软组织分辨、社会安全检查和工业无损检测中有着巨大的应用前景。在目前众多的X射线相位衬度成像技术中,基于Talbot-Lau干涉仪的X射线相位衬度成像方法,由于能利用普通的X光管进行有效的折射信息提取,使X射线相位衬度成像摆脱了同步辐射光源和微焦点光源的约束,因而成为了目前最流行的X射线相位衬度成像技术。然而在目前基于Talbot-Lau干涉仪的X射线相位衬度成像技术中,存在着诸多不足和缺陷。为了完善和推动目前的X射线光栅相位衬度成像技术,本学位论文主要在以下几个方面开展了研究工作。1.X射线光栅相位衬度成像平台的设计与构建设计并构建了一个X射线光栅相位衬度成像试验平台,开发了一套集仪器控制、图像采集和数据后处理等功能于一身的科研类软件。与目前主流的基于Talbot-Lau干涉仪的x射线光栅相位衬度成像装置相比,该X射线光栅相位衬度成像装置最大的特异性是利用大周期吸收光栅产生的几何投影莫尔条纹作为载波信号来进行折射信息提取的,该试验平台主要有以下几个优点：(1)容易实现高能量、大视场的X射线光栅相位衬度成像；(2)X光管出射的不同波长的复色光都能完全满足成像系统的参数；(3)能实现管电压大范围随意调节的X射线光栅相位衬度成像；(4)机械振动和热膨胀等外界因素对成像系统的影响较小。2.X射线光栅相位衬度成像实验研究(1)有机玻璃圆柱棒的实验结果证实了该X射线光栅相位衬度成像系统的正确性和试验方法的准确性；(2)在工业无损检测方面,实验表明X射线相位衬度成像技术在探测由轻元素组成的物质(如SU8光刻胶)方面,具有较高的图像对比度和细节分辨本领。3.X射线光栅相位衬度成像中的新技术和新方法研究(1)结合构建的X射线光栅相位衬度成像平台,提出了一种灵活的双能X射线光栅相位衬度成像方法,在该实施方法中,选取的两个能量(管电压)可以随意调节,这拓展了双能X射线相位衬度成像的使用范围(在目前基于Talbot-Lau干涉仪的双能X射线相位衬度成像技术中,选取的两个管电压几乎固定不可改变)；(2)首次把可见光相位测量技术中广泛应用的积分水桶相位测量法引入到X射线光栅相位衬度成像中,用来代替目前普遍采用的相位步进法。积分水桶相位测量方法的优点是在快速成像中能提高机械系统的稳定性,同时可以降低样品所接受的不必要的辐射剂量,并且能很好地与X射线相位衬度CT成像技术相结合(基于这个优点,我们可以提出一种新的利用同步辐射来实现时间分辨X射线相位衬度层析成像的方法),积分水桶法因而在医学影像和工业检测中有着巨大的应用前景。(3)提出了对相位步进原始图像进行循环移位,进而改变相位的运算法则(如把图像顺序从①②③④⑤变为⑤①②③④,那么计算的相位则会产生一个2π/5的变化)。巧妙利用这种运算法则,可以消除一种背景扣除方法中经常发生的相位缠绕现象；同时基于这种运算方法,相位的有效测量范围可以根据情况灵活调节(如调为(-π+3,π+3]),而目前常用背景扣除方法的相位测量范围是固定在(-π,π]内的。