本文以复合材料在高超声速飞行器结构中的应用为背景,以构建复合材料微观结构与宏观力学性能间的关系为研究背景,开展了平纹编织复合材料的Micro CT成像试验、微观结构分析及纤维束分割方法研究。介绍了Micro CT成像原理,分析了影响复合材料Micro CT成像质量的因素,提出了基于灰度及形态特征融合的纤维束分割方法和基于NSCT(Non Subsampled Contourlet Transform,非下采样轮廓波变换)域边缘检测的纤维束分割方法。该方法的结果为量化、统计分析复合材料微观结构特征和构建复合材料微观结构与宏观力学性能间的关系奠定了基础。本文从试验件制备开始,进行了平纹编织复合材料的成像试验。分别介绍了基于吸收衬度和相位衬度成像的Micro CT成像原理。结合平纹编织复合材料编织结构特点,说明了Micro CT切片的选取方法。针对所获得的Micro CT切片图像,在射线源焦点尺寸、管压及伪像等方面分析了影响复合材料Micro CT成像质量的因素。通过真空导入和先驱体浸渍裂解工艺分别制备了聚合基(E-Glass/Epoxy、C/Epoxy)和陶瓷基平纹编织复合材料层合板(C/SiC)。针对这三种复合材料,通过选取合适的Micro CT设备参数获得了不同分辨率下的Micro CT图像。利用灰度值统计方法分别对经过预处理后的三种材料Micro CT切片图像进行了微观结构特征分析。平纹编织复合材料微观结构分析结果显示出正交两束纤维(经线束和纬线束)存在相交边界模糊问题以及平行两束纤维(经线束或纬线束)存在挤压边界模糊问题。为了解决正交两束纤维相交边界的分割问题,提出了基于灰度及形态特征融合的纤维束分割方法。该方法涉及三级特征融合过程,对首次灰度阈值分割的结果进行纹理特征分割,然后对分割结果进行第二次精细化阈值分割,最后对分割结果进行形态学修正得到正交纤维束分割结果。两种典型材料的Micro CT切片图像分割结果表明该方法能准确分割出经线束和纬线束。为了解决平行两束纤维挤压边界的分割问题,在正交两束纤维束分割结果的基础上,提出了基于NSCT域边缘检测的纤维束分割方法。该方法通过NSCT边缘检测方法提取平行两束纤维束的边缘,采用矩形窗口对纬线束区域进行标定,随后根据矩形窗口中占空比与长宽比的关系来判断是否存在挤压情况,接着采用Harris角点检测算法对挤压两束纤维进行角点检测并判断拐点,最后通过矩形窗口的中轴线来寻找到中轴线最短的两个点并用直线连接得到平行两束纤维束挤压边界的分割结果。本文的研究工作为Micro CT清晰成像提供重要参考、为三种典型复合材料的Micro CT图像微观结构特征分析结果为今后相同复合材料的分析提供参考依据、为复合材料微观结构特征的定量分析和自动化分析奠定基础。文中提出的平纹编织复合材料微观结构特征分析方法以及纤维束分割方法也适用于其它编织复合材料。