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钢轨作为铁路轨道的关键组成部分,直接承担着车辆与钢轨间的所有作用力,工作环境恶劣。钢轨轨头严重磨耗会影响轮轨接触状态,给车体造成周期性的冲击,对铁路设备和运输客货产生不利的影响。我国当前钢轨磨耗的检修测量仍以人工检测方法为主,检修工作效率较低、检测结果与状态诊断受维修人员主观因素影响较大,因此发展高效精确的轨头磨耗测量技术对维护道轨状态、保障运输生产安全具有重要意义。在国家自然科学基金项目“高速机车轮轨动力学计算机视觉实验研究”的支持下,本文以图像处理与线结构光测量技术为基础进行了钢轨轨头磨耗测量方法的研究,主要工作如下:首先,通过归纳总结当前国内外多种模态钢轨轨头磨耗测量方法的优点与不足,选择了基于线结构光的钢轨轨头磨耗测量基本方案,并根据测量钢轨轮廓的几何特点设计了钢轨轮廓配准特征点与磨耗计算特征点的计算方法。其次,根据钢轨轨头磨耗的测量需求完成了钢轨轮廓图像处理软硬件平台的选择与搭建,并基于张氏相机标定法设计了一种简单的线结构光测量系统标定方法,实现了钢轨轮廓结构光图像坐标与相机空间坐标的精确转换。然后,针对铁路应用中结构光光条图像易受环境干扰问题,提出了一种基于Lab空间的改进MSRCR图像增强算法。该算法可以显著改善低照度与雾霾环境下结构光条图像质量下降问题,使结构光条图像的颜色与细节均得到了增强,为后续的图像处理与钢轨轮廓重建打下基础。再次,根据图像处理技术对结构光图像光条区域进行分割、滤波与去噪处理,并采用改进的Hessian矩阵光条中心提取算法完成单像素钢轨轮廓曲线的提取,获得了良好的运算效率。最后,结合标定与测量结果完成了钢轨轮廓曲线重建、配准和磨耗评价,实现了钢轨轨头磨耗参数的测量。通过将本文方法测得的不同型号标准轨、磨耗轨数据与miniprof钢轨磨耗测量仪采集数据比较分析,验证了本文方法的稳定性、精确性,可以满足非接触钢轨轨头磨耗测量的应用要求。