机械结构中常用的金属零部件主要失效形式为疲劳失效,金属材料服役过程中会因疲劳累积损伤,在毫无征兆的情形下突然断裂从而造成重大的事故。传统的疲劳检测方法不能实时无损的检测金属疲劳损伤状态。红外热像技术是目前解决此矛盾的有效途径,但红外热像技术获取的信息容易受到背景环境影响,且使用红外热像技术表征参量单一,因此在使用红外热像技术检测时特别容易出现误判等不足。近年来,偏振探测技术在军事伪装物探测、天文探测、大气探测等领域得到快速发展和广泛应用。偏振图像相较于传统光学图像更能凸显目标的边缘、纹理和细节,物理上讲,红外辐射也具有偏振特性,因此在红外热像技术中引入偏振探测技术形成红外偏振探测技术。红外偏振信息在传输过程中容易受到目标材质表面的理化特性、传输介质、波长等因素的影响,以往的方法难以对这些影响进行估计,因此需要基于红外辐射偏振组成成分来分析目标红外偏振特性主要的影响因素。疲劳过程中金属表面微细结构会发生改变,进而影响金属表面的红外偏振特性。基于此,本文主要开展了以下三个方面的工作:（1）研究金属疲劳损伤机理和偏振热像原理。金属表面由于侵入挤出效应不仅表面温度变化,表面的形貌也会随着疲劳周次也会不断的演化。在偏振光的基本概念与表示方法的基础上深入研究了红外偏振的成像原理和解析方法,并介绍本文所使用的三通道红外偏振特热像成像原理,以便为后续红外偏振模型建立奠定理论基础。（2）建立金属粗糙表面红外偏振特性模型。基于现有偏振模型的不足,本文考虑相邻微面元起伏高度不同引起的遮蔽阴影效应差异,利用柯西分布表征微面元倾角分布,借助微面元理论、基尔霍夫定律和能量守恒定律,构建了基于遮蔽函数优化的粗糙金属表面红外偏振模型,并获取金属不同发射角下红外偏振度数据验证模型的效果。结果表明,本文修正的模型相对于现有模型拟合效果更好,更适合表征粗糙金属表面的红外偏振特性。（3）结合红外偏振模型分析疲劳过程中金属表面的红外辐射偏振特性变化规律。以Q235和45钢为实验对象开展疲劳实验,通过红外偏振相机、热像仪和形貌仪采集不同疲劳周次下金属表面的偏振热像、红外热像和形貌图像,探究疲劳过程金属表面温度、形貌和红外偏振特性演化规律。结果表明,偏振强度和表面温度变化具有一致性,同时红外偏振度的变化反映了表面微观结构的演化,说明金属表面的红外偏振度与疲劳周次之间存在密切关系,其表面的红外偏振特性会随着疲劳周次的递增呈现一定的规律性变化。通过对金属疲劳损伤过程红外偏振特性变化的研究和分析,为后续利用红外偏振特征来预测金属的疲劳损伤状态奠定理论基础和技术支撑。图[32]表[1]参[84]