木材是一种天然性材料,是家居、建材、交通等领域的理想原材料。空洞、裂缝、腐朽等缺陷严重影响木材的物理力学特性,降低其质量,影响其使用价值。无损检测技术能够在不破坏检测样本的前提下,对样本内部缺陷进行检测和成像,对提高木材利用率,预测板材特性,评估古建筑木构件和古树名木等方面具有重要的意义。因而,本文以原木内部缺陷为研究对象,采用应力波无损检测技术,进行高精度的三维成像研究。应力波技术作为无损检测技术的一种,具有传播距离远、抗干扰能力强、使用方便快捷等优点,已成为国内外检测原木内部缺陷的重要手段之一。然而,应力波在进行原木缺陷检测时,存在传播速度模型结构单一,原木空间内任意角度下传播速度值获取困难,以及三维缺陷成像精度不高等问题。为此,本文通过分析应力波传播速度理论,首先建立应力波在原木空间内传播速度与空间角度的回归模型,然后在考虑含水率影响因素条件下优化回归模型,最后开展基于改进反距离加权和改进克里金空间插值法的高精度三维反演成像研究,为木材、古建筑木构件和古树名木等内部缺陷的高精度检测提供理论依据和技术支持。具体研究内容如下:通过理论分析,得到应力波在原木中传播速度的理论模型。以白桦（Betula platyphylla）、水曲柳（Fraxinus mandshuric）、榆树（Ulmuspumila）和落叶松（Larix gmelinii）无缺陷原木为试验样本,利用Arbotom应力波测试仪测量应力波在样本纵截面内不同方向角和横截面内不同截面夹角下的传播速度,应用回归分析法,以理论模型为目标函数,分别建立不同原木样本在纵截面内传播速度与方向角的试验模型,横截面内传播速度与截面夹角的试验模型,并在此基础上,建立应力波在落叶松原木样本空间内传播速度试验模型。结果表明,各回归模型的相关系数均在0.82以上,具有较好的拟合优度,且落叶松原木空间内的传播速度回归模型的相关系数高达0.98,验证了理论模型的正确性。基于应力波传播速度理论模型,以落叶松原木为试验样本,探究含水率对应力波在样本不同方向角和不同截面夹角下传播速度的影响,建立不同含水率下应力波在原木样本空间内传播速度优化模型,并提出一种基于传播速度模型的二维图像叠加算法,对存在空洞缺陷的原木纵截面进行层析成像。结果表明,优化后模型的相关系数分别为0.97和0.99,具有较高的拟合优度,且优化后的模型对原木内部缺陷检测具有很好的指导作用,重建的缺陷图像拟合度高达95.38%,实现了原木内部缺陷区域的定量表征,为应力波三维成像技术提供理论与试验依据。在应力波传播速度优化模型的基础上,提出了一种基于反距离加权算法的原木内部缺陷三维成像改进策略,从采样点数量、采样空间和权重系数三方面进行改进。确定合适的采样点数量,基于方位搜索法划分采样空间,引入变异函数计算权重系数,从而确立反距离加权算法成像改进策略。对存在缺陷的落叶松原木样本进行三维反演成像试验,与经典反距离加权算法成像效果进行对比分析及交叉验证。结果表明,改进后的反距离加权算法的插值效果明显好于经典反距离加权算法,得到的三维图像更为平滑和流畅,各偏差计算指标较低,成像精度明显提高,但三维成像效果还存在一定的瑕疵,整体插值精度还有进一步提升的空间。针对原木内部缺陷三维成像方法研究,进一步提出了采用粒子群算法（PSO）优化克里金插值变异函数模型求解过程。分析混沌粒子群算法存在缺少衡量粒子种群多样性的标准问题,提出了基于粒子维度熵的贪心混沌粒子群算法,通过构造粒子维度熵来刻画粒子种群多样性,采用一种贪心策略降低混沌粒子群算法的迭代时间,利用复杂非线性函数寻优实验来比较验证该算法的最优性,并将该算法运用到克里金插值算法中。利用改进后的克里金算法对缺陷样本进行三维反演成像试验。结果表明,改进后的克里金算法空间插值精度和稳定性明显提高,且成像结果中几乎无“颗粒”状毛刺,曲面光滑且连续,比普通的克里金算法和改进后的反距离加权算法成像效果更好,实现原木内部缺陷的高精度三维成像。