X射线相衬成像(X-ray phase contrast imaging，XPCI)方法相比于传统的吸收成像方法，由于它具有成像分辨率高，接受的辐射剂量低以及适合对生物软组织等低Z样品成像的优点，自从提出以来取得了迅速发展，在生物医学、材料科学、环境科学、植物学、考古学等诸多领域都有巨大的发展空间。在XPCI的几种常用成像方法中，同轴法更是因其装置简单、无需附加光学元件、对光源相干性和通量要求相对较低的特点受到了广泛应用和关注。特别是随着同步辐射光源和实验室光源技术的不断发展，同轴X射线相衬成像(In-line X-ray phase contrastimaging，IXPCI)已经得到了普及应用，尤其是在临床医学和工业检测领域。IXPCI是一种定性成像方法，它直接对样品内部折射率变化轮廓成像，无法表征样品内部结构的定量信息，而且由于光在自由空间的传播会引入部分散射的影响。通常需要结合相位恢复来消除这些因素的限制，即可实现X射线定量相衬成像(X-rayquantitative phase contrast imaging，XQPCI)。XQPCI中常用相位恢复方法主要是采用单一成像距离的相衬图像进行的，它们都只在一定假设下成立，算法稳定性差，易受噪声的影响，从而导致定量成像精度不高。针对实际定量应用中高精度的要求，需要采用多个传播距离的相衬像，以减小噪声影响、拓宽适用条件并提高定量成像精度。本论文以实际应用为最终目的，致力于开展了采用多成像距离的高精度定量相衬成像研究，取得了以下几方面的创新性成果：　　 1.对不同成像距离的相衬像进行了图像配准研究。利用基于Fourier变换和Fourier-Mellin变换的相位相关法，在频域内对不同成像距离的相衬像之间存在的缩放、平移和旋转因子进行校正；进一步分析了图像配准的精度对相位恢复结果的影响。研究说明图像配准精度对相位恢复的影响是致命的，高精度的图像配准是多距离相位恢复研究的必要前提。　　 2.两距离Born近似算法研究。采用基于Born近似的相位恢复算法，利用两个不同传播距离的相衬像进行相位恢复，分析了两个成像距离对相位恢复精度的影响，并优化总结了两幅相衬像的选择方法。模拟和实验证明，这种优化选择方法是可行的，可以大大减小样品所接受的辐射剂量，具有非常强的实用性。　　 3.复合组分材料的X射线定量相衬成像研究。采用混合TIE和CTF的相位恢复方法，利用多个不同距离的相衬像对复合组分材料进行了定量相位恢复，结果表明，采用这种方法开展复合组分材料精确清晰的定量密度分辨研究是切实可行的，这会在生物医学领域，以及材料科学领域有着巨大的发展潜力和广阔的应用前景。