铁路安全一直受到国家和社会的高度关注。铁路车轮表面缺陷检测是铁路安全检测中的重要内容。采用快速、可靠的方法检测出磨耗、擦伤、裂缝等缺陷具有重要意义。目前用于检测车轮表面缺陷的方法包括人工检测法、光截图像法、磁粉探伤法以及超声检测法等。人工检测法费时费力,光截图像法难以快速得到整个圆周的缺陷信息,多用于检测整个踏面的磨耗而不适合检测局部缺陷,磁粉探伤法操作简单但耗时较长,超声检测法对于金属检测灵敏度较高,但需要依赖耦合剂,且检测程序复杂。为实现快速、可靠的车轮踏面缺陷检测,本文将S变换轮廓术引入车轮踏面缺陷检测中,该方法具有分辨率高、快速、无损等优势,仅需一幅图像便可恢复出拍摄区域的车轮表面缺陷三维信息。文章对S变换轮廓术的理论及其车轮表面缺陷检测技术进行了相关研究。本文对光栅投影三维测量技术的基本原理和实现过程进行了相关研究,重点研究了文中采用的光栅条纹解相方法,阐述了S变换的三个优点,研究了S变换与傅里叶变换及小波变换的关系,利用S变换与傅里叶变换之间的关系,可以先对图像进行傅里叶变换,经预处理降噪后再进行S变换分析,改善相位提取的效果。研究了S变换滤波解相原理,推导了S变换系数中脊线的表达式。分析了基于脊线展开的几种典型频域滤波解相方法,并得出滤波窗沿S变换脊线设置的二维滤波器模型,指出了滤波方案中存在的问题。通过仿真模拟了四种滤波器重建结果,分析了其重建误差,并得出平顶高斯窗的重建误差最小。通过调整仿真模型的高度变化,分析了四种滤波窗在不同高度变化率下的重建误差,并得出不同高度变化率下,平顶高斯窗的恢复误差最小,且高度变化率越大,重建误差越明显。针对滤波窗沿S变换脊线设置的二维滤波器中存在的问题进行了改进,在滤波之前对脊线进行多项式拟合,避免了滤波器不连续。并得出,脊线拟合后的平顶高斯窗的重建误差更小。通过引入二阶相位因子,提高解相精度。在高度变化率大的地方,引入二阶相位因子得到的重建面形更准确。通过仿真和实验验证了改进效果,并得出,改进后的恢复结果更加精确。对搭建的车轮踏面缺陷检测平台及其基本参数和设备选型进行了介绍,对缺陷检测流程进行分析。进行了车轮踏面缺陷检测实验,比较了条纹图像预处理前后的效果改进。分析了脊线拟合和引入二阶相位因子前后的缺陷恢复误差,结果表明,经过改进后的S变换轮廓术缺陷检测方法对车轮踏面局部缺陷具有较高的可靠性,对铁路车轮表面缺陷的实际检测应用具有指导性意义。