钢轨磨耗因长期轮轨接触而产生，它不仅严重影响列车行车舒适性，更对行车过程造成了安全隐患。目前，非接触式无损检测是钢轨磨耗检测的主要手段。本文基于线结构光技术与平台，开展了钢轨磨耗视觉检测方法研究。着重于钢轨断面磨耗和钢轨纵向波磨检测中的若干关键问题及其解决方法的理论与实验研究。全文的主要研究内容、结论与创新性如下：
　　(1)介绍了线结构光视觉检测技术与平台应用于钢轨磨耗检测的基本原理，指出钢轨廓形光条像素坐标、相机内部参数和线结构光平面参数是重建三维断面廓形和分析计算钢轨磨耗的基础。描述了本文所涉及的线结构光视觉检测系统实验平台与室内室外测试环境。分析了钢轨磨耗视觉检测过程中所面临的难点，并给出了解决方案；
　　(2)针对钢轨廓形光条图像质量较差且光条宽度不一的问题，提出了基于变宽高斯模板的钢轨光条中线提取方法。其包括纹理抑制与迭代刺激等图像预处理、以及廓形光条宽度估计与变宽模板中线提取等主要步骤。现场实验验证了方法的有效性与必要性。实验结果表明，高亮纹理和光条断离均会影响廓形中线提取准确性，且对于宽度不同的廓形光条，要达到最佳中线提取效果需采用不同尺寸的高斯模板。其次，该方法能够有效抑制因高亮区域造成的非廓形纹理，对轨头区域的断离光条也具备良好的聚集作用，表现出了优异的廓形光条图像预处理效果。此外，针对不同宽度的廓形光条，该方法均能提取到精确光条中心线；
　　(3)针对线结构光检测技术在钢轨磨耗视觉检测应用中的廓形畸变问题，分别提出了基于局部仿射不变特征描述与匹配的钢轨廓形失真校正方法，以及基于坐标集投影偏差的钢轨廓形畸变识别与校正方法。两种方法分别从仿射畸变参数求解和畸变廓形投影两个不同角度来实现校正目的。实验结果表明局部仿射不变特征描述子在不同曲线分辨率和不同噪声等级下均具备优异的描述性和鲁棒性，前者廓形校正方法较其他已有方法的精度和效率更高；而后者在不同的环境光强下均有较强的鲁棒性，且能够适用于多种不同类型的钢轨线路；
　　(4)针对动态视觉检测作业中车体振动和装配误差等因素造成相机和光源投射器之间相对姿态发生变化，从而导致基于标准标定模板的线结构光标定方法不能直接应用于检测作业的问题，分别提出了基于钢轨自身几何特征约束的多线结构光局部自标定和多线结构光全局自标定方法，并分析了自标定方法在钢轨磨耗动态视觉检测中的应用效果。多线结构光局部自标定方法基于钢轨本身的几何平行性约束和共线性约束，它以一张三光条或三光条以上的检测场景图像和其中一个光平面参数为前提，对其他光平面参数进行在线自标定。全局自标定方法仅需利用钢轨本身的平行性几何约束，能够实现所有光平面的全盲自标定。实验结果表明，局部自标定和全局自标定方法均能达到传统模板标定方法的标定效果，且具备更优的灵活性和普适性；
　　(5)针对线结构光视觉检测技术用于钢轨磨耗检测时所面临的断面径向磨耗测点和纵向波磨测点定位问题，分别提出了基于变号法则的钢轨断面径向磨耗测点定位方法和基于多点轨距位移的钢轨纵向波磨测点定位方法。两种定位方法优点在于所定位到的测点并不是测量廓形上的原始廓形点，而是通过类似于插值的方式得到的最佳目标，能有效解决多个原始廓形数据点分布和数量不一致的问题。此外，两种方法同时适用于线结构光视觉检测平台，有利于钢轨横纵磨耗一体化测量技术的研究与发展。