现有的X射线CT成像系统,受限于多谱硬化伪影和传统单能假设的CT成像方法,只适用于结构分析却无法实现材料组分的有效区分。而能谱滤波分离成像方法,虽然理论上可通过滤波获取近似单能的能谱段,克服多能投影与单能重建的不一致性,通过能谱分离成像实现相近材质的区分,但受探测器正常成像的限制,获取窄能谱段存在一定的局限性。因此本文通过建立能谱匹配模型,获取能谱分离多能投影范围;针对多能投影,引入参考能量,改进迭代公式,研究基于能谱匹配先验的多谱重建算法。论文首先,针对实际实验条件需求,建立能谱匹配模型,给出能谱滤波分离主要条件,确定获取多能投影的能谱范围;然后,针对获取的多能投影序列,引入参考能量,改进多能投影表达式,研究了一种基于参考能量的多能ART重建算法,通过仿真与实验验证了该重建算法的可行性,并通过不同参考能量的选取实现对多种材质的有效区分;最后,针对实际实验中噪声水平较高的问题,基于EM重建算法,同样引入参考能量,改进X光子统计模型,利用极大似然估计方法推导出一种基于参考能量的多能EM重建算法,并通过仿真与实验验证了该算法的可行性与有效性,结果表明,在噪声水平较高的情况下,本文方法可以对相近材质进行有效区分,同时可以通过不同参考能量的选取实现对多种材质的有效区分。