近年来大尺寸高性能复合材料凭借优秀的性能在航空航天领域的使用比例大幅度提升,因此针对大尺寸航天复合材料缺陷的非接触无损检测技术研发具有重大意义。本文结合大尺寸复合材料原位、外场、整体缺陷的检测需求,运用红外热波成像技术对复合材料在热激励下温度场变化信息进行采集,得到红外图像序列,根据红外图像序列中的温度的变化特性与检测需求,最终实现了对大尺寸复合材料完整检测结果的呈现并实现缺陷的定量检测。在此基础上,本文的主要研究内容如下:首先,针对红外图像序列中的缺陷识别,本论文提出了一种基于红外热波技术的大尺寸复合材料缺陷特征重构算法,应用了自动分割方法实现了红外图像序列分块和变区间搜索得到对应的瞬态热响应曲线（Transient thermal response TTR）数据集,并设计KG-EM算法对TTR数据集进行特征分类,获得具有典型温度变化特征的瞬态热响曲线,并利用该曲线进行重构获得具有突出缺陷特征的红外重构图像。该方法可以提取红外图像序列的主要特征,同时利用主要特征进行重构获得红外重构图像。对复合材料表面缺陷和亚表面缺陷进行缺陷检测检出。然后,对于表征了复合材料表面和内部缺陷可视化成像结果的红外重构图像进行图像拼接。由于热像仪拍摄的图像仅覆盖很小的检测区域不能对大尺寸试样进行单次检测获得整体缺陷检测结果,利用拼接算法可以将单幅重构图像中不完整的缺陷区域利用拼接直接生成完整的缺陷成像。因此本论文设计了基于图像处理的大尺寸复合材料缺陷重构图像拼接方法。用SURF-BRISK算法快速提取准确有效的红外重构图像特征点用于构建图像转换模型,实现大尺寸检测试件整体缺陷分布可视化成像。最后,设计大尺寸复合材料缺陷定量识别方法,该方法考虑了缺陷特征提取对象为整体缺陷分布可视化成像,并利用图像来源红外图像序列帮助获得缺陷定量信息。先对红外重构拼接图像中的缺陷使用缺陷特征提取算法。利用拼接图像的配准关系获得缺陷特征对应的图像序列中的瞬态热响应曲线。设计瞬态热响应曲线相似性度量方法对红外重构拼接图像缺陷热扩散区域进行相应判别;最终得到特征缺陷实际区域像素个数实现大尺寸复合材料的缺陷检测定量工作。