多层空心球是一种重要的特种精密工件，其材料属性、加工精度和不同部件间的安装配合精度对它的物理性能有重要影响，因此需要在使用前检测其结构状态并评估可靠性，但一直缺少有效的检测方法。高能X射线CT是对多层空心球进行无损检测的一种可行方法，但由于多层空心球本身结构、材质的特殊性，使其已处于通常高能X射线CT检测能力的上限，这带来了许多特殊的问题需要研究解决，包括深穿透X射线投影仿真、非完备投影数据重建、高低密度区缺陷识别，以及特殊扫描路线设计和高精度检测要求等问题。本论文围绕上述主要问题开展了研究，并在此基础上构建了多层空心球CT检测方法。开展的研究工作和取得的成果包括:　　1.X射线CT投影仿真方法研究。提出了一种基于CAD软件建模和图像处理技术的X射线投影仿真新方法。该方法采用CAD软件给出复杂结构件中感兴趣断层的伪彩图像，再通过图像识别方法将其转变为该断层的材质和射线衰减参数分布矩阵，结合图像旋转变换和积分运算快速给出不同角度的X射线投影曲线。该研究为进行多层空心球X射线投影仿真建立了条件。　　2.CT重建算法研究。提出了TV约束迭代滤波反投影CT重建算法。首次在滤波反投影算法基础上实现了迭代重建，解决了滤波反投影算法重建中无法利用图像先验知识和优化约束条件的难题。将TV约束准则融入迭代滤波反投影重建过程，较好地抑制了迭代过程产生的图像伪影。该算法对完全投影、角度稀疏投影、有限角投影和含有金属伪影的非完备投影数据，均有优异的重建效果。该研究为后续开展多层空心球CT图像重建提供了核心算法。　　3.多层空心球断层图像重建方法研究。针对多层空心球的断层结构和X射线投影数据特点，建立了面向对象的图像重建方法。提出了对截断投影数据进行补偿修复和将缺陷、背景投影信息分离重建的方法，仿真实验表明该方法可改善截断伪影对重建图像质量的影响，并可有效避免微弱缺陷信息在CT重建过程中受到强背景干扰而淹没，明显提高了多层空心球的断层图像重建质量。　　4.双能X射线CT检测方法研究。针对多层空心球的高密度差特点，即内部为高密度材料、外围为低密度材料，提出了一种高、低双能X射线CT检测方法设计。提出对高、低密度材料区域，分别选取不同能量X射线进行投影扫描和CT重建，再融合两幅CT图像获得高质量的断层图像。同时，给出了针对不同材料区域的X射线能量选择方法、X射线投影系统构建方案和双能CT图像重建方法。　　5.投影数据去噪方法研究。针对辐射图像中的脉冲噪声，提出了一种基于形态学灰度重构和改进非本地均值滤波的噪声去除方法。由于避免了全局性的滤波过程，该方法在去噪的同时能够较好地保护图像中的细节信息，可用于各种辐射图像的去脉冲噪声处理。将该方法与传统NL-means方法相结合，用于本文CT检测中的投影正弦图去噪处理，明显改善了CT重建图像的质量。　　6.CT环形伪影去除方法研究。针对CT图像中常见的环形伪影问题，提出了一种结合多项式拟合和概率统计的投影数据校正方法。该方法通过对投影数据逐列进行多项式拟合确定备选校正因子范围，再根据最大概率原则确定校正因子。对多材质物体CT图像中的稀疏环形伪影、密集环形伪影和伴随强噪声的环形伪影均可有效去除。