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X射线相位衬度成像技术是基于X射线穿过物体后相位发生变化，通过将其相移转换为探测器平面可以观测的强度变化来进行成像的。在目前发展的X射线相衬成像方法中，同轴相衬成像由于其对光源限制较小且基本不需要引入其它光学元器件的特点，被认为是最有临床发展前景的相衬成像方法之一。由于实际获得的相衬图像中不仅仅包含相位信息，还包含吸收、散射以及成像系统非理想等带来的干扰信息，因此发展工程可行的合理有效的相位抽取方法是相衬成像领域的重要研究内容。本文分别对在单材料和多材料相衬成像的相位抽取中存在的问题展开了研究，对二维相位抽取算法进行了改进创新，并将二维算法发展到三维领域，扩展了当前方法的适用范围。
在二维相位抽取算法的研究中，本文分别对单材料相位抽取方法和多材料相位抽取方法进行了研究：
(1)本文分别基于PAD-PA方法和PAD-WA方法展开了对单材料相位抽取算法的研究。为了将PAD-PA方法应用到多材料物体的相位抽取中，本文用区别于傅里叶逆变换的方式推导了该方法频域抽取核函数的空间域表达式，将式中单材料的相移吸收系数值用与多种材料空间位置有关的相移吸收函数替代，获得了新的抽取核函数。为了排除成像系统非理想性对成像质量的恶化影响，本文发展了基于系统传递函数补偿模型的PAD-WA相位抽取方法，并将该方法与TwIST迭代方法相结合，进一步发展了TwIST-PAD-WA相位抽取方法，使用模拟仿体对两种方法进行了测试及比较。
(2)在多材料相位抽取算法的研究中，由于目前的相位抽取模型多是基于弱吸收物质建立的近似模型，不适用于强吸收物质的相位抽取，因此本文发展了一种可应用于同时包含强吸收物质和弱吸收物质物体相位抽取的多材料相位抽取方法，并构建仿体对该方法进行了验证。
在三维相位抽取算法的研究中，本文在传统二维相位抽取算法的基础上推导了Bornapproximation三维相位抽取算法，使用该算法可以对重建相衬图像进行三维相位抽取，一步恢复物体的三维相位分布。为了对推导算法进行验证，基于该算法对单材料和多材料数值模拟仿体进行了同轴相衬XCT成像，并将成像结果与基于传统二维相位抽取算法和TIE三维相位抽取算法的成像结果进行了比较。
在二维相位抽取算法的研究中，本文分别对单材料相位抽取方法和多材料相位抽取方法进行了研究：
(1)本文分别基于PAD-PA方法和PAD-WA方法展开了对单材料相位抽取算法的研究。为了将PAD-PA方法应用到多材料物体的相位抽取中，本文用区别于傅里叶逆变换的方式推导了该方法频域抽取核函数的空间域表达式，将式中单材料的相移吸收系数值用与多种材料空间位置有关的相移吸收函数替代，获得了新的抽取核函数。为了排除成像系统非理想性对成像质量的恶化影响，本文发展了基于系统传递函数补偿模型的PAD-WA相位抽取方法，并将该方法与TwIST迭代方法相结合，进一步发展了TwIST-PAD-WA相位抽取方法，使用模拟仿体对两种方法进行了测试及比较。
(2)在多材料相位抽取算法的研究中，由于目前的相位抽取模型多是基于弱吸收物质建立的近似模型，不适用于强吸收物质的相位抽取，因此本文发展了一种可应用于同时包含强吸收物质和弱吸收物质物体相位抽取的多材料相位抽取方法，并构建仿体对该方法进行了验证。
在三维相位抽取算法的研究中，本文在传统二维相位抽取算法的基础上推导了Bornapproximation三维相位抽取算法，使用该算法可以对重建相衬图像进行三维相位抽取，一步恢复物体的三维相位分布。为了对推导算法进行验证，基于该算法对单材料和多材料数值模拟仿体进行了同轴相衬XCT成像，并将成像结果与基于传统二维相位抽取算法和TIE三维相位抽取算法的成像结果进行了比较。