全场X射线荧光成像（FF-XRFI）因其具有非破坏性、非侵入性、可对多种形态样品进行分析、能同时采集大面积探测区域内元素信息等显著优势,被广泛应用于考古、文化遗产保护、生物化学、环境科学等领域。然而,在使用针孔作为准直器的相关研究中,未在紧凑结构下实现系统放大率的连续变化,且适用的X射线能量范围多为较低的能量段,限制了成像仪器的性能和应用范围。因此,在基于针孔准直器的全场X射线荧光成像中实现紧凑结构下系统放大率的连续变化且适用于更高的X射线能量范围,是改善成像性能和应用范围的关键。本文通过光路研究搭建了全场X射线荧光元素分布成像的实验装置;构建了相应的数据采集与处理方法,并进行了系统的性能研究;探索了提升X射线荧光图像质量和系统探测效率的优化方法,并应用该成像系统检测了陶瓷样品。其主要的研究内容及结果如下:1)研究了X射线管准直、X射线窗口、针孔准直器和组合准直镜头（CCL）的结构和尺寸,确定整体几何结构后搭建了紧凑结构下的全场X射线荧光元素分布成像系统,并进行了有效的X射线屏蔽与防护;证明该成像系统的光路结构在确保全场X射线荧光成像功能的同时,可实现紧凑结构下0.5～2的系统放大率连续变化。2)构建了该成像系统的数据采集与处理方法,研究了该成像系统的X射线能量检测、检出限和空间分辨能力等方面性能,分别由纯金属箔和矿物颜料制备了测试样品并进行了成像实验;证明该成像系统的最佳工作范围为12 ke V～30 ke V的较高能量段,进行多元素同时成像时具有良好的能量分辨和位置分辨能力。3)提出了一种用于消除不均匀照射和针孔穿过效率影响的X射线荧光图像校正方法,进行了双X射线源从样品两侧对称照射样品的模拟研究;证明该校正方法可有效改善X射线荧光图像中的强度分布,双X射线源在消除X射线阴影效应的同时能有效地改善照射均匀性和提升系统探测效率。将该成像系统应用于陶瓷样品中的重金属元素分布检测,得到了探测区域内的X射线荧光光谱和X射线荧光图像。综上所述,本文研究的全场X射线荧光元素分布成像系统实现了紧凑结构下的系统放大率连续变化,可适用于更高的X射线能量范围,对样品进行多元素同时成像具有良好的效果。该成像系统可为不同尺寸样品中的重金属元素分布研究提供一定的帮助,由此可拓展X射线荧光成像的应用领域。