双能X射线理论广泛应用于安检及工业物料分拣领域,双能技术根据探测器结构的不同又分为真双能技术和伪双能技术,伪双能技术以其易实现性,在实际中得到更广泛的应用。虽然目前伪双能理论已经日趋成熟,但是国内的检测技术仍远远落后于世界先进水平。当前工业现场检测的伪双能设备大多从国外引进,大型平板探测器价格昂贵,不利于搬运及安装,给企业带来很大的财力负担。计算机技术的发展为伪双能检测技术带来了大的变革,伪双能X射线数字成像技术突破了传统的胶片生产的弊端,相较于传统胶片生产工艺,数字化伪双能检测技术在图像存储、处理效率及检测安全性等方面都有明显优势。本论文以煤炭分拣需求为背景,旨在建立一个可组装,易携带,远程操纵的伪双能数字化成像系统。本研究详细介绍了该成像系统的整体方案及软硬件设计,并对物质辨识算法做了初步研究。本文首先分析了目前几种常用的X射线检测技术的优缺点,确定采用伪双能技术设计本系统。针对当前伪双能检测技术的弊端提出了数字化、便携式、海量远距离数据传输的解决方案。在以上设计思路基础上确定了图像信号采集前端方案、中央控制单元方案、采集控制及数据传输方案。其中,图像信号采集前端由多个特殊结构的伪双能探测器芯片首尾相连并联构成,长度可按需要扩展,图像采集控制及数据传输由上位机和以太网通信实现。在明确设计方案基础上,本设计选用FPGA作为主控制器搭建硬件平台。考虑到系统的延展性,整个系统的硬件设计分为电源板、伪双能探测板及主板三部分,三块电路板之间通过排线互相通讯。论文详细介绍了电源模块、伪双能探测器模块、多通道A/D模块、FPGA最小系统及以太网模块的硬件电路设计,并提出了相应的硬件抗干扰措施。结合伪双能理论及硬件设计方案,本研究采用Verilog HDL语言,设计实现了FPGA内部各模块功能,主要包含伪双能探测器模块、A/D模块、双口RAM模块、乒乓操作模块及W5300底层驱动模块。在Visual C++开发环境下,开发上位机控制界面,通过网络通讯实现对下位机参数的配置及灰度图像的实时显不。MATLAB开发环境下,采用物质辨识算法处理采集到的灰度图像,获取待测物质的相对原子序数,通过改进后的算法将一维原子序数扩展到二维平面,校正厚度对相对原子序数的影响,提高了物质辨识的精确度。本文最后在可见光环境下对伪双能数字成像系统进行了功能仿真和硬件测试。测试结果表明,本文的伪双能数字成像系统能成功获取高低能灰度图像,本文的物质辨识算法能相对准确的辨别有机物、无机物及化合物,满足设计要求。