在发现X射线后,凭借其具有波长短和穿透性强这两个优势,一些科研人员就准备将X射线技术应用于科研领域。凭借其在不损害样品的前提下观测内部结构这一优势,X射线技术在工业和医学领域实现了广泛应用和发展。近些年来,由于同步辐射技术的迅速发展,普通桌面X射线源被这些高强度、高亮度的X射线源所替代,再加上高速度、高精度的X射线探测器以及先进的控制系统,CT成像技术实现了质的飞跃。上海同步辐射光源建立了一条以插入件扭摆器件作为光源,采用单色光且具有高对比度、超高分辨率、快速实时和多模式成像特点的μ-CT线站。此成像技术在工业、医学、能源、材料以及环境科学领域有着广泛的应用。基于这个平台,本论文主要展开了一下两个方面的工作:1.建立三维图像表征技术基于μ-CT线站以及研究样品的特点,建立了三维图像处理方法。提出了图像预处理的几个重要算法,通过一系列的技术研究包括平面场和暗场校正,PPCT(propagation-based phase-contrast imaging)相位恢复,DEI(diffraction enhanced imaging)提取,预处理,以及切片重构等来获得最佳的原始投影图像。介绍了三维图像表征技术,主要包括原始数据的读写方式;基于不同状况的三维分割技术(主要介绍了灰度阈值法以及局部阈值分割法);建立中轴模型以及获取孔喉结构等技术手段。提出了μ-CT的数据处理方法,包括三维形态的表征、测量以及对一些参数的定量计算方法(例如体积、表面截面积、孔隙率、喉道长度以及孔隙曲率等)。2.研究CT在多孔材料(石墨、页岩等)领域的应用结合成像实验方法以及三维数据表征方法,对不同类型的核级石墨材料进行了三维成像分析,得到了其完整的三维结构,并定量的对比分析了它们的结构参数,为研究多孔材料的内部结构并进行各种性能的模拟提供了新的方法和思路。利用CT成像技术,结合图像预处理、图像分割、三维重建等图像处理技术,完成对页岩样品的表征,获取岩心孔喉结构、流体分布信息,实现岩石孔隙结构以及流体的可视化,为研究微观渗流模拟提供了基础。这也为以后研究不同尺度的岩石的孔喉结构,以及在不同尺度孔隙下流体的流动提供了方向。