Subsurface Defect Detection in Carbon Fiber-Reinforced Plastics Using Infrared Polarization Imaging

材料科学 红外线的 极化(电化学) 光纤 光电子学 光学 遥感 复合材料 地质学 物理 物理化学 化学
作者
Naifu Yao,Yang Guo,Yongqiang Zhao,Seong G. Kong
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:74: 1-16
标识
DOI:10.1109/tim.2025.3551920
摘要

Carbon fiber-reinforced plastics (CFRP) are widely used in various industries due to their high strength and lightweight. However, subsurface detects can significantly reduce the material’s lifespan and compromise safety. Many existing nondestructive testing methods often struggle with challenges such as poor detection of various defects, susceptibility to noise, and surface interference. This article presents a robust technique for subsurface defect detection in CFRP, combining a future frame prediction network with infrared polarization imaging that captures both thermal and polarization data. The future frame prediction network is designed to extract physically meaningful spatiotemporal features of detects based on thermal diffusion, while polarization data serve as auxiliary information to reduce surface interference. The proposed method is validated on a newly collected CFRP polarization defect dataset. Experiment results demonstrate that the proposed approach outperforms existing thermography-based techniques, particularly in complex conditions involving uneven heating and diverse surface interferences. Experiment results demonstrate that under nonuniform heating and surface interference conditions, the future frame prediction-based defect detection method achieves a 3.24% improvement over existing thermography-based approaches. Incorporating polarization information further enhances performance by 5.18%, while maintaining a lightweight architecture with only 2.19M parameters and a relatively fast inference speed.
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