计算机断层成像(简称为CT)无论在医学诊断,还是在工业领域都有着广泛的应用,它被认为是当前最佳的无损检测技术。工业CT和医学CT的基本原理相同,都是以Radon数学变换为基础。但是由于被扫描工件的材质、尺寸和结构等千差万别,所以在射线能量、成像指标和后期处理等方面,工业CT与医学CT有较大的差别。因此,工业CT的扫描方式和重建算法应根据其特点作相应的改进。在三十多年的时间里,CT的扫描方式已由最初的平行束扫描发展到今天的锥束扫描。锥束CT也叫三维CT,与二维扇束CT相比,它具有射线利用率高、轴向分布均匀、扫描时间短等优点。锥束工业CT目前已成为无损检测领域的研究热点。锥束CT的重建算法大致分为迭代法和解析法两大类。迭代重建需要迭代运算,计算比较耗时。解析法又分为精确重建和近似重建,两者比较而言,精确重建需要射线源的扫描轨迹满足Smith提出的充分必要条件,而且算法的执行效率较低。近似算法重建图像的质量虽然没有精确重建的好,但是它具有执行效率高,机械运动简单等优点。Feldkamp、David和Kress提出了基于圆形扫描轨迹的实用近似重建算法(简称为FDK算法),目前该算法是商用锥束CT机上通用的算法。本文仔细分析了锥束CT扫描的FDK算法及其扫描轨迹,讨论了在探测器尺寸和探测器中心到转台中心的距离都固定的前提下,物体内任一点能够被射线束扫描的条件;物体完全扫描的高度及其与锥角的关系;并在此基础上分析了多层圆形扫描的层间距,为实际多层圆形扫描参数的选择提供依据。仿真结果证实,用FDK算法对锥束CT圆形扫描轨迹得到的投影数据重建,重建图像的质量随锥角的增大而变差,而且完全扫描的高度也随锥角的增大而变小。在工业CT中,经常会遇到待检测物体的直径大于探测器宽度的情况,此时,基于圆形扫描轨迹的Ⅲ代锥束CT扫描方式和FDK算法的应用受到限制。解决此问题的传统方法是用Ⅱ代锥束CT扫描方式,但是Ⅱ代锥束CT扫描非常耗时,得到的投影数据也有很多冗余,并且它的扫描时间不会因增加探测器的密度而减少。本文结合Ⅱ代和Ⅲ代锥束CT的扫描方式研究了一种Ⅱ+Ⅲ代锥束CT扫描,并且对传统的FDK算法进行改进,得到了一种适合于Ⅱ+Ⅲ代锥束CT重建的水平偏心FDK算法和拼接重建区域的方法,利用这种改进的扫描方式和重建方法不但可以实现大尺寸物体的检测,而且不需要对投影数据重排和插值。在本文的仿真实验中,Ⅱ+Ⅲ代锥束CT的采样时间比Ⅱ代锥束CT大幅度减少,投影数据的相对冗余率也比Ⅱ代锥束CT少得多。另外,在锥束CT中,一般使用高密度的面阵探测器,相邻探测单元之间的间距约为0.1mm。因此,相邻探测单元之间存在射线散射(或二次散射)引起的串扰。本文讨论了一种在探测器上加隔离网,然后利用探测器四次平移采样再重建的方法来减少射线串扰。通过计算机仿真,证实该方法能够减少相邻探测单元之间的射线串扰以及串扰带来的伪影。