在混凝土结构的施工及使用过程中,由于受其自身及外界各种因素的影响,常常会产生一些缺陷,对混凝土结构的承载能力和耐久性造成严重影响。采用超声波无损检测技术进行质量检测,这对混凝土结构开展安全、稳定性评估以及病害隐患治理研究具有重要意义。本文从混凝土超声波探伤技术和CT技术着眼,在研究常规反演算法和弯曲射线追踪的基础上,提出了改进的ART算法,并在迭代的过程中利用线性走时插值(LTI)射线追踪正演射线的实际行走路径。该算法首先利用概率的方法预判缺陷单元,给预判的缺陷单元与非缺陷单元赋予不同的初始波速,在每轮迭代之前利用LTI射线追踪重新计算投影矩阵,并在迭代的过程中给预判的缺陷单元与非缺陷单元赋予不同的松弛因子。计算机模拟试验和混凝土试件试验表明:该算法有效提高了图像的重建质量,较直线射线追踪有明显优势。文中综合分析了射线追踪方式、反演算法、检测方式、图像后处理、网格划分大小等因素对层析成像结果的影响。研究表明:采用具有较高精度的反演算法并结合LTI射线追踪方式能有效提高图像重建质量,双向检测方式明显优于单向检测方式,通常情况下图像后处理方法能有效提高图像分辨率和可读性,采用合适大小的网格有助于提高成像质量。最后详细介绍了用matlab6.0开发的声波层析成像软件。该软件包括基于直线射线追踪的BPT、ART、SIRT、LSQR算法,以及基于LTI射线追踪的改进的ART算法,反演结果能以二维表格、三维波速图、等值线图、灰度色谱图等多种方式输出。为了降噪去伪,提高层析成像结果的分辨率、可读性和可靠性,采用边界中值滤波和聚类分析等后处理方法对成像结果作进一步处理。该软件具有界面友好,操作简单等优点。