太赫兹波作为一种穿透性强、具有非电离性和惧水性的电磁波，可以穿透多种非金属、非极性介质材料。太赫兹计算层析成像技术基于傅里叶中心切片定理和直线传播模型，通过记录不同投影角度下的强度数据，采用滤波反投影等重建算法获得样品三维吸收系数分布和内外部结构信息分布。随着太赫兹成像器件的不断发展和应用场景的拓展，已发展出多种照明模式、成像光路和重建算法，并已在文物保护、骨密度测量和无损检测领域开展了应用探索。概述太赫兹计算层析技术的基本原理，并从提高重建质量、分辨率和采集效率三方面具体介绍太赫兹计算层析成像技术的最新研究。

计算层析成像光谱既有传统成像光谱仪获取目标二维空间和一维光谱“图谱合一”的能力, 还具有高通量测量和免扫描特性, 在光谱成像领域拥有广泛应用场景并得到大量研究。 根据中心切片定理, 计算层析成像光谱仪性能主要受焦平面阵列探测器(FPA)和二维色散元件的性能制约, 以往研究主要在改进二维色散元件设计以增加衍射级次和投影角度以提高精确重建光谱所需的采样量。 从FPA二维色散投影测量入手, 提出并行压缩感知理论和计算层析成像光谱结合的方法, 构建并行压缩感知计算层析成像光谱模型, 利用低分辨FPA实现更高分辨率的色散投影测量, 最终实现高于传统计算层析直接测量的性能水平。 该研究为验证该成像光谱模型的正确性与可行性, 先选用高光谱数据集对色散投影直接测量模型进行了三光谱立方体到二维色散投影和并行压缩感知测量模型重建的仿真实验, 在仿真结果正确的前提下使用连续谱激光器和反射式数字微镜进行了相应的光学系统实验, 完成了投影矩阵的逐点精确标定, 并提出提高标定效率的并行标定方法, 将标定时间降低到单点标定的四分之一。 结果显示并行压缩感知计算层析成像光谱可以获得更高的光谱重建质量, 能获得高于FPA自身性能的高分辨光谱投影并大幅提高光谱重建质量, 验证了所提并行压缩感知计算层析成像光谱的正确性与可行性。

研究了稀疏计算层析成像重构中的迭代去噪模型及其求解算法, 理论推导及模拟实验验证了代数重构技术的抑噪能力.根据稀疏计算层析成像成像过程的噪音特征, 提出了基于欧氏范数不等式约束和基于无穷范数不等式约束的去噪模型.提出了基于凸集投影方法求解去噪模型的算法, 并给出了算法推导过程.结果表明: 欧氏范数去噪模型优于无穷范数去噪模型, 代数重构技术具有抑制噪音的作用.

X射线能谱分布在双能谱X射线计算层析(CT)成像、CT图像的硬化校正、CT成像的定量分析等方面起着重要的作用。传统的X 射线能谱估计方法是通过直接测量X射线穿过不同厚度物质后的衰减数据，间接估计X射线的能谱分布。与传统方法相比，提出一种由已知结构模体的CT数据间接估计X射线能谱的方法。该方法的特点是：1)不需要精确测量射线穿过物质的长度，只需要对已知结构和材质的模体进行CT扫描便可获得该材质下的衰减曲线，并且该方法对模体的制作精度要求不高；2)采用了带非线性约束的迭代求解方法，由于在迭代求解过程中加入了X射线能谱模型作为约束条件，大大减轻了求解模型的病态性和不适定性。所采用的X射线能谱模型考虑了靶材料对射线的吸收，更加接近实际CT系统的X射线能谱分布。数值实验表明：与已有方法相比，该方法能够更精确、更稳定地估计出X射线能谱的轫致辐射分布和特征辐射分布。

相位衬度成像及其计算层析(CT)技术不同于传统的吸收衬度成像，是一种新型的X射线成像技术，因具有高灵敏度、高衬度分辨率、能对软组织成像等特点而受到广泛关注。鉴于相位衬度CT往往导致非常长的辐射时间和巨大的辐射剂量，而稀疏角度重建在降低辐射剂量方面又有着非常明显的优势，因此，研究针对相位衬度CT的稀疏角度重建算法就变得非常有意义。近年来，针对解决稀疏重建的Bregman算法在图像处理方面被广泛应用。将Bregman分离执行(BOS)算法引入到微分相位衬度CT中，提出了一种稀疏角度相位衬度CT的交替迭代重建算法。数值模拟和实验表明，该方法可以在少量的投影数据下获得较好的重建效果。

微分相位衬度成像及其计算层析(CT)技术是近年出现的无损检测新方法。但是，相位衬度CT往往需要对样品进行多次扫描，这必将导致非常长的辐射时间和巨大的辐射剂量。稀疏角度重建在降低辐射剂量方面有着非常明显的优势，因此，研究针对相位衬度CT的稀疏角度重建算法就显得尤为重要。在分析了相位衬度CT的特点之后，将压缩感知理论引入相位衬度CT重建中，并在该理论框架下将L1约束融入代数迭代重建(ART)算法中，提出了一种微分相位衬度CT重建算法。数值模拟和实际实验表明，该方法可以根据少量投影数据给出较好的重建结果。

为去除计算层析(CT)图像中的环形伪影，提高CT图像的定性分析能力和定量测量精度，提出了一种改进的Canny算法用于环形伪影校正。首先采用S-L滤波器对原始投影数据进行滤波，增强伪影信息。接着，设定角度阈值对梯度方向进行限制，排除斜角方向边缘的检测，实现竖直方向边缘点检测。然后，设置梯度阈值和链长度阈值实现伪影边缘点的检测与连接。最后，采用分段B样条拟合法对投影数据进行校正，实现多个连续的环形伪影去除。对含有环带伪影的实际CT图像进行了校正实验。结果表明，校正后CT图像环形伪影去除干净，且细节区域的标准差基本没有变化，均匀区域标准差减小，信噪比增益达2.182 dB。该方法既可以校正多个相连的环形伪影，也可以校正单个分散的环形伪影，同时还可较好地保持图像细节和分辨率。

主要介绍代数迭代法在傅里叶变换计算层析成像光谱仪数据处理中的应用。 根据4种不同投影数进行了光谱切片重建, 并对光谱相似性进行了比较。 针对ART算法可应用少数投影重建的特点, 专门在45个投影数时, 采用不同迭代系数进行了重建, 并进行了比较。 最后, 对实际场景进行了光谱切片重建。

针对干涉型计算层析成像光谱仪(CTII)提出了一种光谱图像数据立方体的重建方法。干涉型计算层析成像光谱仪是一种将空间调制傅里叶变换成像光谱仪(FTIS)的原理与计算层析成像光谱仪(CTIS)的原理相结合的一种新型成像光谱仪,具有高通量、高光谱分辨力以及高空间分辨力的特点。分析和讨论了干涉型计算层析成像光谱仪的工作原理以及获取图像的特征,介绍了光谱图像数据立方体的重建方法。根据多角度投影数据的特点提出采用卷积反投影计算层析成像图像重建算法,给出了图像重建步骤以及相应的数学表达式。对D65光源照明条件下的396\X396像素目标进行了仿真实验,投影角度为0～180°,步长为0.5°,列出了仿真实验部分结果。实验结果验证了干涉型计算层析成像光谱仪及其图像重建算法的可行性。