近十几年来，过程层析成像(PT)技术逐步进入到了工业应用研究阶段，它根据物体内部物质的介电常数或电阻率等电学特性的分布变化，通过对物体表面施加电压、电流激励，测量边界输出获知物体内部电学特性分布，重建出反映物体内部结构的图像。PT技术和传统的过程参数检测技术相比，具有非侵入，无辐射，成本低等许多的优点。因此它在生产过程监测，环境监测等诸多领域存在着巨大的潜力，成为了国内外研究的热点。　　本文针对过程层析成像中的主要技术电容层析成像(ECT)和电阻层析成像（ERT）为研究对象，从两种技术共同的正问题的理论建模，病态逆问题的重建技术方面，将两者结合起来进行研究。其中重点研究了ECT技术的重建方法和技术。对ECT传感器灵敏度分布的快速计算，ECT传感器敏感场的软场特性，ECT传感器的优化设计，快速而又具有较高精度的图像重建算法等基本问题进行了深入地研究。本文的主要工作总结如下:　　(1)从理论上分析了ECT和ERT逆问题（图像重建）的病态性以及克服方法与手段，以正则化技术和统计方法结合先验知识分析重建模型，运用约束优化准则开发高效重建算法。并对ECT和ERT现有算法，从基于优化理论的重建约束准则的角度，进行分类和算法原理分析。　　(2)研究了ECT灵敏度线性模型的改进方法。基于灵敏度梯度，提出了组合优化的灵敏度模型，提高了基于灵敏度的重建算法性能。该方法按照灵敏度梯度的大小，组合并行、串行灵敏度数量，并根据条件数加以优化，增加算法的稳定性和成像质量。为了克服系统病态性而采用常规Tikhnov正则化技术重建带来图像过度光滑，边界模糊和轮廓失真难题，提出非均匀正则化方法，使这一问题得到明显改善。　　(3)提出了新的ECT归一化模型，并对存在的不同模型成像质量进行了比较。　　(4)灵敏度的分析计算是研究两种技术的关键。本文根据互易性原理，提出了基于电势分布的ECT灵敏度快速计算方法，计算时间降低了一个数量以上，图像重建成像质量与原方法相同。　　(5)应用有限元仿真方法，优化设计了应用在大尺寸对象检测的传感器优化问题。提出了以系统矩阵条件数为主要优化准则的方法，获得了一组优化设计参数。