利用红外热像仪测温需先设定被测表面的法向发射率，该发射率通常为定值。而当热像仪处于被测点的天顶角大于 50.的位置范围时，由于被测点定向发射率的变化，必造成这些点的测温误差。对于非平表面，这样的点大量存在。因此，必须对其测温结果进行修正。本文针对使用单目红外热像仪测量非平表面温度时由于各点定向发射率的变化引起的测量误差进行研究，并依据物体表面定量发射率的变化规律，给出了测量点的温度修正系数。同时，通过点云三维建模，利用热像仪的几何成像原理推导出红外热像图与实际被测表面中点与点的对应关系，给出了通过红外热像仪测量非平表面的温度分布的误差修正方法。实验证明了该方法的有效性。

基于表面测温的多区域交界面形状的识别研究是红外无损检测技术从定性到定量发展的理论基础。针对多区域交界面形状的常用识别算法受测量误差和测点数目影响相对较大或算法构造相对困难的问题，在改进的一维修正算法和分散模糊推理算法的基础上，提出识别多区域交界面形状的一维加权法，并对两种材料的管壁交界面形状的识别问题进行了研究。讨论了管壁交界面形状初始假设、检测表面测量误差以及测点数目等因素对一维加权法识别结果的影响。数值算例证明了一维加权法的有效性和高效性。

管道内部流量及温度的测量在工业生产和工程应用中具有重要作用。采用高温管道一维稳态导热模型探讨了管道外壁面温度随流体流量及温度的变化规律。基于管道外壁面温度,采用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt,L-M)算法对管道内流体流量及温度单参数识别进行了研究,并分析了外壁面上的测温点个数对识别结果的影响。结果表明,流体流量或温度与测温点温度之间是一一对应的；流体流量越小,流体温度越高,则流体流量的识别精度越高；流体流量越大,流体温度越高,则流体温度的识别精度越高；无论存在测温误差与否,流体流量及温度的单参数识别结果均非常精确。

基于表面测温的管内流量及温度识别问题在红外无损检测领域还处于起步阶段, 是目前红外无损检测技术从定性向定量发展的关键理论基础。针对目前流量识别结果较温度识别结果差和基于最小二乘拟合的识别方法精度有限的问题, 使用Gnielinski关联式建立管道充分发展段的一维传热模型, 并采用Levenberg-Marquardt(L-M)算法根据表面检测温度进行管内流体流量及温度的识别。通过理论推导和具体算例得, 待识别参数的相对识别误差值与参数灵敏度最大值和参数真实值乘积的绝对值成反比关系, 含测温误差的温度分布与基于最小二乘拟合得到的温度分布之间的方差不等于测温误差标准偏差的平方与测温点个数的乘积, 同时提出了基于表面测温等方差拟合的管内流量及温度的识别方法。数值实验证明该方法在存在测温误差时仍可以精确识别出管内流量及温度。

为了促进热障涂层红外无损检测的定量检测研究，建立了轴对称圆柱坐标下的热障涂层脉冲相位检测模型，针对研究模型，采用有限体积法求解出脉冲热激励下的温度场，将温度进行FFT变化得到相位分布，分析了不同因素对检测表面相位差分布的影响。在此基础上，采用LM算法研究了轴对称圆柱坐标下对热障涂层厚度的大小和脱粘缺陷的位置进行定量化检测的方法，分析了不同因素对检测结果的影响。研究结果表明：当不存在测温误差时，不同的初始假设、采样窗口时间下都能得到很高的识别精度，其对定量识别的影响不大，当测温仅存在均匀误差时，涂层厚度和脱粘缺陷位置识别精度都很高，均匀误差对识别无影响，识别结果的精度会随测温随机误差的增大而降低，但在较大的随机误差下仍有较高的识别精度。

基于表面测温的缺陷或缺陷边界的定量识别算法是目前红外无损检测从定性向定量发展的关键理论基础。针对目前方法识别不规则缺陷边界精度相对较低的问题，通过关联ANSYS软件和MATLAB软件，利用有限元方法和共轭梯度法对二维管道内壁边界形状的稳态识别进行了研究。针对不同内壁边界形状以及试件形状的识别问题，系统地讨论了边界形状初始假设、检测表面温度测量误差及测温点数目、所识别边界的离散点数目以及试件的导热系数等一系列因素对识别结果的影响。数值实验证明了该方法的有效性及精确性。该方法可以在较短的计算时间内得到非常精确的稳态识别结果，大大提高了管道内壁边界形状识别的效率。

基于表面测温的内热源识别问题在红外无损检测、微生物发酵、弹药和食物存储等领域都有重要的应用。利用遗传算法对导热反问题中热源项的反演问题进行了识别研究,系统地分析了多种因素对热源参数识别结果的影响。通过具体算例的求解，证明了该方法可以很好地解决内部点热源参数识别的问题。同时识别多个点热源的强度和位置时，结果都比较准确；在测温信息减少到依靠一边测温时，仅有远处的点热源的位置识别结果出现偏差；在测温误差的标准差不超过1.0 ℃时，热源强度和位置的识别结果都是准确的。

试件或设备内部缺陷的定量识别已成为红外无损检测与传热反问题领域的一个重要研究方向。针对基于表面红外测温的试件内部多缺陷的识别问题，提出了基于参数转化思想和遗传算法的一种新的定量识别方法，初步研究显示了对试件内部多缺陷识别的良好的适用性。针对该方法，以二维试件内部多缺陷试件为例，从缺陷的位置、形状、数目、网格密度、测温误差等各个方面系统地分析该方法的性能。一系列数值试验验证了该方法的有效性，证明了在各种因素影响下该算法均具有非常优越的性能。

热激励方式的合理选择是保证主动缺陷检测以及定量识别效果的前提。建立了一个用于分析不同热激励方式下缺陷试件红外检测表面温度分布规律的二维导热模型。针对几种常见热激励方式, 通过改变加热面积、加热位置及热流密度来改变热激励的施加方式, 系统地分析了带有缺陷的试件在施加不同热激励时红外检测表面的温度分布规律, 发现在多个相邻边界面施加热激励时可获得较好的缺陷识别加热效果。

舰船热力管道的保温层受潮后会影响管道的保温效果，并会腐蚀管道。建立了保温层受潮模型，采用有限体积法计算了蒸汽管道保温层受潮后的温度场分布以及外表面的温度、传热损失随保温层受潮厚度变化的趋势。结果表明，选定保温材料后，当受潮厚度达到20 mm时温度就会超标。对于相同厚度的受潮区域，离外表面越近，外表面的温度就越高。结果揭示了做好保温层外表面防护的重要性，并为红外热成像诊断提供了依据。