随着碳纤维复合材料的制造和加工技术的发展,由于它具有密度小,强度高和耐高温等优良特性,碳纤维复合材料已经被广泛应用到航天航空、汽车轻量化、医疗健康、机械自动化和能源运输等工业领域。碳纤维复合材料在服役过程中容易产生损伤和缺陷,现有的检测方法难以满足非接触、可视化、高分辨、大面积快速检测和深埋缺陷检测的需求,以保障碳纤维复合材料的安全稳定服役,推广碳纤维复合材料的使用。本文从研究碳纤维复合材料检测技术出发,以联动扫描激光热成像（Joint Scanning Laser Thermography,JSLT）检测技术为重点,对联动扫描热成像近似模型进行了理论和实验分析;针对联动扫描热成像数据的特点研究开数据重构和时空错位和空间形变矫正方法;对热成像检测系统中横向热扩散模糊效应反卷积热重建方法进行了系统深入的研究,主要研究内容及创新点如下:1)研究了线型激光联动扫描激励的热传导模型和红外热成像检测系统中经典的缺陷特征提取方法。从理论出发分析了线型激光联动扫描数据在x-y-t空间分布,从半无限大面型均匀激励一维热传导模型出发,推导出线型激光扫描激励的近似模型,发现了线型激光扫描激励近似模型与面型脉冲激励模型非常接近。最后从数据处理角度介绍了热成像信号重建（Thermographic Signal Reconstruction,TSR）、独立成分分析（Independent Component Analysis,ICA）、主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）和非负矩阵分解（Non-negative Matrix Factorization,NMF）四种经典的红外热成像检测系统缺陷特征提取的方法,指出这些特征提取方法满足线型激光扫描激励近似模型的边界条件,为这些方法与联动扫描激光热成像检测系统的结合提供了理论模型支撑。2)研究了联动扫描激光热成像检测系统,开发了数据重构和预处理方法,解决了联动扫描热成像检测系统中数据时空错位与空间形变的问题。该方法突破了传统扫描实验系统为了保证不出现形变而需要保持扫描速度与热像仪采样频率完全匹配的局限,简化了实验系统参数控制。重构会提高数据等效采样频率,改善红外图像序列时间分辨率,基于插值的空间形变矫正将改善红外图像空间分辨率并增大检测范围。3)研究了JSLT检测系统对于碳纤维增强聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）复合材料板平底孔缺陷检测的实验,验证了广泛应用于静态红外检测系统数据的算法在JSLT系统中也表现优异,对比分析了JSLT数据与脉冲热成像（Pulse Thermography,PT）数据不同算法处理结果,在假设缺陷直径和埋藏深度对检测能力的影响具有线性关系的前提下,当缺陷直径和埋藏深度接近时,JSLT比PT可以检测出径深比更小的缺陷,径深比数值达到了3.33,对缺陷检测能力更强,同时JSLT实验系统可以在更短的检测时间内检查更大的碳纤维复合材料区域。4)研究了联动扫描激光热成像基于Lucy-Richardson反卷积热重建方法,提高了对深层缺陷的检测能力。基于联动扫描激光热成像近似激励模型、热扩散方程和Lucy-Richardson非线性迭代方法,开发一种新型的横向热扩散反卷积削弱方法。该方法应用到了CFRP基底材料涂层体系内部分层缺陷检测,并与PCA、赝热流还原（Restored Pseudo Heat Flux,RPHF）、FFT和NMF方法进行比较。实验结果表明,本文方法迭代计算后的红外图像具有较高的信噪比。此外,它还可以检测直径为1.5mm,埋深在1.0mm涂层下的圆柱状模拟脱粘缺陷,缺陷检测的径深比达到1.5,检测试件中的缺陷有效检测率达到90%,比同类方法在联动扫描激光热成像系统中表现更好,同时对模型近似过程中的噪声有一定抑制效果,满足对碳纤维复合材料基底涂层内部分层缺陷的快速有效检测的要求。最终了建立一套能够实现非接触、可视化、高分辨、大面积快速检测和深埋缺陷检测的碳纤维复合材料检测系统,可为碳纤维复合材料及涂层体系提供一种稳定可靠的检测手段。