当前，碳纤维增强复合材料（CFRP）在航空、新能源汽车、高端医疗器械等领域应用愈发广泛。该材料虽具备密度低、比强度高、耐疲劳性好等优势，但在制造及服役过程中，易出现分层、夹杂、脱粘、孔隙等缺陷，严重影响产品性能与安全。传统人工检测方式工作强度大、效率低，且易受人为因素干扰，难以满足现代工业对检测精度与速度的要求。

在此背景下，基于 LabVIEW 软件开发平台设计的红外热波图像缺陷检测系统应运而生。LabVIEW 凭借其图形化编程优势、丰富的硬件接口兼容性以及强大的数据分析处理能力，成为该类检测系统开发的理想工具，能有效实现 CFRP 缺陷检测的自动化与高效化，适配当前各行业对 CFRP 高质量检测的最新需求。

系统总体设计

硬件架构

系统硬件核心由激光扫描模块、红外图像采集模块及控制模块构成。激光扫描模块选用高稳定性线激光源，可实现对 CFRP 试样的均匀加热；红外图像采集模块采用高分辨率非制冷焦平面红外热像仪，采样频率最高可达 100Hz，能精准捕捉试样表面热分布变化；控制模块以高性能嵌入式处理器为核心，通过 LabVIEW 的硬件控制功能，实现各模块间的协同工作，如精准控制激光扫描速度（可在 10 - 100mm/s 范围内调节）、热像仪采样频率等参数。

软件架构

软件系统基于结合视觉开发模块（VDM），主要包含图像读取、图像预处理、图像增强、缺陷检测四大功能模块，各模块通过 LabVIEW 的数据流编程模式实现无缝衔接，可根据实际检测需求灵活调用。同时，利用 LabVIEW 的网络通信功能，支持与工厂 MES 系统对接，实现检测数据的实时上传与共享，符合工业 4.0 数据集成要求。

关键技术实现

图像读取

通过 LabVIEW 的 NI Vision VI 函数库，可直接读取红外热像仪采集的多种格式图像数据（如 BMP、JPEG、RAW 等）。对于 24 位 RGB 格式的红外图像，LabVIEW 能自动将其转换为 32 位 RGB 图像并分配至指定内存区域，保障后续图像处理的高效性。此外，借助 LabVIEW 的多线程编程技术，可实现图像的实时读取与缓存，避免因数据传输延迟影响检测速度，在连续检测场景下，单帧图像读取时间可控制在 10ms 以内。

图像预处理

颜色空间转换

针对红外图像对比度低的问题，利用 LabVIEW 的色彩空间转换函数，将 RGB 图像转换至 HSL 色彩空间。通过 IMAQ Extract Single Color Plane VI 精准提取 L 分量（亮度分量），该分量仅包含图像亮度信息，可有效剔除色彩干扰，为后续灰度处理奠定基础。LabVIEW 的可视化编程界面能实时显示转换前后的图像对比，便于工程师直观调整参数。

灰度变换

采用幂值为 1/1.5 的幂变换算法，通过 LabVIEW 的数学运算函数构建灰度变换模型。对提取的 L 分量图像进行灰度调整，将低灰度区间拉伸、高灰度区间压缩，显著提升图像亮度与对比度。借助 LabVIEW 的直方图分析功能，可实时查看灰度变换前后的图像直方图变化，确保变换参数的最优设置，经处理后图像的灰度分布均匀性提升 30% 以上。

图像增强

感兴趣区域提取

利用 LabVIEW 的 ROI 工具，工程师可在图像显示界面通过鼠标拖拽，快速绘制矩形、圆形等形状的感兴趣区域（ROI）。同时，LabVIEW 支持 ROI 的保存与调用，对于批量检测相同规格的 CFRP 试样，可直接复用已设置的 ROI 参数，减少重复操作，提升检测效率。此外，通过 LabVIEW 的图像裁剪功能，仅对 ROI 区域进行后续处理，数据处理量减少 60% - 80%。

阈值分割

考虑到红外图像光照分布不均匀的特点，选用 Niback 局部阈值分割算法。在 LabVIEW 中，通过 IMAQ LocalThreshold VI 实现该算法，可灵活设置窗口大小（支持 5×5 至 64×64 像素范围内调节）、偏差系数 k（通常取 0.2 - 0.5）等参数。LabVIEW 的实时预览功能能动态显示不同参数下的分割效果，工程师可根据缺陷特征快速优化参数，确保缺陷与背景的精准分离，分割准确率可达 95% 以上。

形态学处理

借助 LabVIEW 的形态学处理函数库，依次进行自动中值滤波、边界剔除、颗粒过滤、孔洞填充等操作。通过 IMAQ Morphology VI 实现自动中值滤波，有效去除图像噪声；利用 IMAQ RejectBorder VI 基于 8 连通准则剔除边界干扰颗粒；通过 IMAQ Remove Particle VI 设置腐蚀次数（一般为 2 - 5 次），去除长度小于 5 像素的杂质颗粒；最后通过 IMAQ FillHole VI 填充缺陷区域内的孔洞。整个处理过程通过 LabVIEW 的流程控制功能自动执行，单帧图像处理时间可控制在 50ms 以内。

缺陷检测

通过 LabVIEW 的 IMAQ Label VI 对处理后的二值图像进行颗粒标记，自动统计缺陷数量，并计算缺陷的面积、周长、圆形度等特征参数。利用 LabVIEW 的图形显示功能，可在检测界面实时标注缺陷位置，显示缺陷特征参数，同时生成检测报告（支持 PDF、Excel 格式）。此外，LabVIEW 的报警功能可对超出预设阈值的缺陷（如面积大于 10mm² 的缺陷）进行实时报警，确保及时发现严重缺陷。

系统性能测试

测试样本

选取不同规格的 CFRP 试样，包含圆形（直径 3mm、5mm）、矩形（10mm×1mm）等不同形状缺陷，缺陷深度范围为 0.5 - 2.0mm，共制备 20 组测试样本。

测试结果

在检测速度方面，该系统单组样本检测时间平均为 8s，相较于传统人工检测（平均检测时间 30min），效率提升 225 倍。在检测精度方面，缺陷识别准确率达 98%，缺陷数量统计误差小于 2%，缺陷尺寸测量误差控制在 5% 以内。同时，通过连续 1000 次循环测试，系统无故障运行，稳定性良好，满足工业现场长时间连续检测需求。