钢轨作为铁路线路轮轨接触系统中至关重要的上部构件,对引导列车行驶和直接承受复杂车辆载荷有着重要作用,钢轨是否处于良好健康状态,将直接关系到铁路运输的畅通和行车安全。因此,及时检测出钢轨轨底裂纹,并对其进行定量测量,对于帮助铁路工务部门及时合理地修复损伤,延长钢轨使用寿命、降低伤损积累的程度和减少经济损失有着重要的意义。而基于压电式超声波的传统检测方法,存在检测时必须使用耦合剂、无法对裂纹缺陷进行定量测量的问题,且轨底裂纹仍是超声波检测法的检测盲区和检测精度不高的缺点。本文采用主动式红外热波无损检测技术对钢轨轨底裂纹进行检测与定量测量,对其红外热波检测实验、图像处理方法以及ANSYS有限元模拟仿真等进行了重点研究。论文的主要研究内容如下:首先,利用ANSYS软件建立钢轨轨底裂纹的三维有限元模型,采用加载热流密度的方式模拟仿真红外热波检测过程,依据模拟结果借助PSDT(Peak of Second-order Derivative Temperature-time,对数温度-对数时间二阶微分峰值)法完成轨底裂纹深度的定量测量;通过模拟处于不同尺寸条件下的裂纹伤损,定性分析了裂纹尺寸参量对红外热波检测过程的影响。接着,在分析了红外热波无损检测技术,包括红外辐射基本定律与理论,检测系统及其基本原理的理论基础上,搭建了钢轨轨底裂纹红外热波检测实验平台,利用热像仪采集含裂纹伤损的红外图像。然后,针对采集到的轨底裂纹红外图像存在对比度低、图像整体清晰度差和纹理细节模糊的特点,采用基于改进的多尺度高帽低帽变换算法对图像的对比度和模糊纹理细节信息做增强处理;利用改进的最大类间方差算法(Otsu法)对上述方法增强后的图像进行裂纹区域的分割;对分割得到的裂纹区域,通过阈值拓扑矩阵法提取其特征信息,并采用特定的缺陷参数计算方法,实现对裂纹损伤的深度及大小的定量测量。最后,通过模型实验和仿真模拟结果都验证了本文所提出伤损检测方法用于轨底裂纹伤损定量检测是可行有效的。