在工业制造技术不断发展的形势下,三维测量技术这个新名词逐渐进入到人们的视野中,它在产品设计、质量合格率检测、机器视觉、生物医学等广大领域均有广泛的需求。最近的几年,小波变换被逐步应用到三维测量技术中,促进了光学测量技术的发展。本文针对小波变换轮廓术的基本理论和实际应用进行了如下研究：首先,通过分析传统傅立叶变换的基本原理和固有缺陷,以及后续的改进措施,体现出小波变换在处理非平稳信号上的优势,对小波变换基本理论进行了研究,并通过计算机对小波变换轮廓术算法中母小波的选择、母小波关键参数设定,脊的提取等关键技术进行了仿真实验。采用改进小波脊提取算法,在保证脊提取准确度的同时,缩短了提取时间,从而提高测量效率。其次,无论通过时域相位调制,还是空域相位调制,到最后都是通过反正切函数得到相位差,就必须从包裹相位中计算求得实际相位分布。本文对常用的三种相位解包方法：枝切法、质量图法以及最小二乘法进行了仿真对比试验；在传统枝切法上引用了改进算法,有效地缩短了枝切长度,抑制了拉线现象；在可靠度引导相位展开算法基础上,加入区域划分,进行区域设置后进行独立解相,很好地抑制了噪声的扩散,相位展开的效果明显得到提高。最后,设计并搭建了火车轮对踏面的三维外形恢复与缺陷检测实验平台,将小波变换应用到车轮踏面外形的三维恢复和缺陷检测,并进行了精度以及误差分析,实验结果表明,基于该系统,车轮踏面的缺陷形貌信息被呈现出来,实现了大尺度外形下的小尺度缺陷测量,为保障铁路车轮运行安全提供检测技术参考。