在现代各种交通运输方式中,铁路运输承担了主要的交通运输任务。近年来,随着铁路运输的快速发展,列车高速、重载以及高密度的运行对铁路轨道的损耗日益加重。及时精确地掌握轨道当前的状态,保证铁路运输安全,是当前需要解决的主要问题之一。和铁路发达国家相比,我国铁路检测仍以传统的手工接触式检测为主。随着铁路运营里程、检测精度以及检测项目的增加,手工检测方式的缺点越来越明显。手工检测的自动化率低、工作强度较大、易受人为因素的影响,并且测量数据不便存储和分析,检测效率和检测精度都难以达到现代铁路对轨道检测的要求。因此,研究更先进的轨道检测技术和工具具有重要的现实意义。三维光学非接触式测量技术具有效率高、可自动化、精度高等特点,将其用于轨道检测是近年来的研究热点之一。本文基于结构光三维测量技术研究铁路轨道的检测。轨道三维点云是进行参数检测的数据基础,因此,本文重点研究了轨道点云数据的获取以及数据处理。首先,获取点云的速度和效果关系到整个检测过程的效率和精度,本文对蓝光扫描和白光扫描获取点云进行了对比研究,从理论上论证了蓝光扫描的优越性,并比较其在不同光照强度、被测物体不同表面状态以及显影剂的不同喷涂情况下的点云采集的效果。同时建立以点云平面精度、点云密度以及点云覆盖率为基础的点云质量评价体系,对蓝、白光扫描采集的60钢轨点云进行了定量分析和评价。然后,根据铁路钢轨的形貌特征,提出了利用密度聚类和主成分分析法(Principal Component Analysis,简称PCA)的快速点云初始配准方法,提高了点云配准的精度和效率。前者用于点云预处理,去除噪声点和离群点,后者用于配准矩阵计算。精确配准后,和标准模型点云对比,即可得到检测结果。最后,设计开发了结构光三维检测软件,用于检测钢轨的磨耗参数和断面轮廓。在理论分析和计算的基础上,先后在成都铁路局工务大修段和成雅高铁成蒲段进行了多次现场试验。试验结果表明,和传统测量工具相比,结构光三维检测系统的检测结果准确、直观、可靠,实现了非接触、数字化和智能化检测。