中子（n）与物质相互作用时，不直接产生电离，具有与X射线、γ射线吸收规律完全不同的特殊性质，在航空、航天、机械、石化、材料、核工业及医学等领域的无损检测中，具有广泛的应用前景。在原理上，任何能量下的中子束都可以用于中子辐射成像，然而由于热中子具有十分有利的衰减特性，而且成像也比较直观和有效，因此目前大多数无损检测用的中子辐射成像，主要是由热中子实施的（中子能量约为0.005—0.5eV）。热中子数字射线成像技术(Neutron Digital Radiography, n-DR)便是中子辐射成像技术之一，它是一套复杂的成像系统，主要涵盖三个部分：1）中子源。包括中子源、慢化体和屏蔽层组成，产生适合中子成像要求的中子辐射束。2）准直器。对中子源产生的中子束进行准直、整形，提高平行度，并将中子束引到被照物体上。准直器的好坏直接影响成像的分辨率。3）图像探测系统（包括中子转换屏）。将携带被照样品信息的中子束的空间分布转换为图像信号，并记录以便后续分析处理。本文依托国家自然科学基金项目(批准号：61171157)，以热中子数字射线成像系统中的三大关键问题进行模拟仿真研究。即，采用光学CAD软件ZEMAX，对中子微光成像ICCD的耦合技术进行建模分析，并对几种不同耦合方式的成像质量、结构复杂度等参数进行分析，研究了四种不同耦合方式的优缺点；研究并分析了中子CT成像过程中的影响因素，主要是对射线硬化，散射中子，伽马射线的白点噪声和少数据投影的问题进行分析，采用了相应的方法进行了预处理和后处理，提高了图像分辨率，比较了处理前、后的图像重建效果；使用MATLAB对中子图像进行了重建算法研究工作，比较了不同重建算法的优缺点，在此基础上，提出了一种基于牛顿迭代法和简化迭代模型的加速ART算法，在保持图像分辨率的基础上，此算法能显著提高图像重建的速度。