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射束硬化伪影(Beam Hardening Artifacts，BHA)是一种常见于CT(ComputedTomography)系统断层图像的伪影。在多色X射线穿过物体时，低能光子更容易被吸收，随着射线在物体中穿透深度的增加，高能光子所占比例增加，射线平均能量升高产生射束硬化现象。射束硬化给重建后的CT图像带来“杯状”或“带状”的伪影从而降低了图像质量，影响了对图像中感兴趣特征的识别和定量分析。本论文结合蒙特卡洛模拟和实验的方法，定量分析了工业CT中滤片预硬化的抑制BHA的效果，同时针对在BHA校正过程中材质和光谱信息不易获取，参考测量不便以及多材质伪影校正困难等，提出了三种新的锥束CT系统BHA校正方法，具体研究成果如下：
·通过蒙特卡洛模拟确定探测器像素沉积相同能量时不同材质的厚度，在此基础上建立被扫描材质的特征衰减系数，提出一种用特征衰减曲线的线性拟合优度参数表征被扫描材质的BHA强弱的方法，并通过CT扫描的模拟和实验得到了一致的结果，证明了线性拟合优度参数与CT图像强弱程度对应，同时也说明了蒙特卡洛模拟在抑制BHA的滤片材质选择和厚度选择上的有效性。定量研究了滤片对于工业CT中BHA抑制的效果，得出铜和铁滤片比铝滤片更适合作为滤片的结论，因此可以帮助选择实际中的CT扫描预硬化滤片。
·基于对原始重建数据进行重新投影的重投影技术，提出了一种锥束CT单材质BHA快速校正方法。该方法通过一个校正模型可以校正所有三维投影数据，不需要材质信息或者光谱信息，不需要参考测量，同时得到重投影过程中贯穿长度较小时误差影响较大，从而容易影响校正的结果。在此基础上分析了BHA校正对锥束CT系统空间分辨率的影响，证明BHA导致重建图像边缘锐化，点扩展函数(Point Spread Function，PSF)失去对称性，由此计算的系统空间分辨率偏离真实值，BHA校正后，PSF恢复对称性，调制传递函数(Modulation Tansfer Function，MTF)能更真实的表征系统的空间分辨率。
·针对重投影校正方法的不足之处，结合蒙特卡洛模拟，提出了一种准确的多种材质BHA校正方法。对于被扫描物体材质已知的情形，采用事先建立的准确校正模型，通过模拟和实验得到准确的校正结果。
·通过对X射线成像过程的深入分析，指出对应每束多色投影，总可以找到强度相同的某种能量单色X光子，其衰减的强度与多色投影一致，称该单色光子的能量为有效能量，其穿过材质时的衰减系数为有效衰减系数。在此基础上提出了一种通用的有效能量校正法，通过模拟和实验的研究表明，在被扫描物体材质属性已知的条件下，该方法能很容易的校正多种材质BHA，校正过程简单快捷，校正结果准确有效，且与基于重投影的线性化方法不同，该方法对重投影过程中贯穿长度的计算误差也不敏感。