X射线数字成像在检测具有大厚度比物体时，传统固定管电压成像模式易出现过曝光和欠曝光共存现象，导致图像中数据信息严重缺失，无法实现对检测对象结构信息的完整再现。目前人们通常采用厚度、密度补偿、局部透照、大电荷容量、高动态范围的光电成像器件来解决此问题，尽管增加透射剂量、增大了成本，但还是难以获得图像的完整可视效果。对此本文从系统控制设计、数据采集、图像融合及显示方面研究高动态范围X射线成像检测技术，旨在基于低动态范围成像器件，在有效控制物体厚度细分程度和相邻厚度区域灰度间的线性比例假设的基础上，对不同厚度区段对应的有效数据进行提取和融合，最终获取对应整个工件厚度范围的高动态范围射线图像，从而达到扩展成像系统动态范围的目的。针对融合高动态范围图像的显示问题，研究高动态范围图像的灰度压缩技术，使其在保证结构信息增强的同时，压缩融合图像的动态范围，使其能够在低动态范围显示设备上完整有效显示。本文提出了线性递变高压射线源控制的设计思想，该高压源能够实现按设定kV T曲线进行分段线性递变，同时配合探测器曝光时间间隔的调整，可以快速自动获取不同管电压间隔的透照图像序列，为后续有效信息提取和融合提供原始数据。通过对射线检测过程中的射线与物体的作用规律和灰度变化规律的研究，确定了相邻管电压下厚度重复率、图像灰度间线性比例关系、管电压间隔等参数的关联特性；提出了基于比例增益直方图的分析计算方法，可以对相邻管电压间的比例增益系数、线性程度和重复率等参数进行快速计算。提出了相邻管电压间隔图像对应厚度重复率约束的思想，能够实现对原始透照数据的二次抽样过程进行智能控制，并有效提取不同厚度区域对应的有效信息。通过比例增益直方图可以对相邻管电压对应有效信息的比例因子进行计算，通过比例因子对较低电压对应有效信息进行加权处理，当空间对应所有像素点均处理完毕后可以获得最终融合高动态范围图像，此种融合方法能够有效控制一定厚度变化范围内灰度-厚度的线性关系。通过对单一材质和多材质物体透照图像的融合试验表明：本文方法对不同材质、厚度分布的大厚度比物体均具有较强的适用性。针对融合后的高动态范围图像与低动态范围显示设备间的矛盾问题，本文研究了高动态范围图像的灰度压缩算法，利用对数域梯度信息的非线性加权处理，在增强较小结构信息梯度的同时压缩较大梯度信息，进而通过对梯度信息进行重建获取灰度图像，实验表明经过本文方法压缩增强后的图像不同厚度区域的结构信息均能够同时在低动态范围显示设备上进行完整显示。