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数字图像相关方法是起源于20世纪80年代的一种基于数字图像处理和数值分析的光学测量方法。与干涉光测方法相比,该方法具有实验设备和试样准备简单、环境适应性好、测量分辨率和测量范围可以方便的调整等优势,因而该方法适合于工程现场测量。经过20多年的发展和改进,数字图像相关方法已经受到了广泛重视和应用。但是在实际应用中由于噪声的影响,算法本身的局限性使得数字图像相关方法在位移、应变测量精度以及计算速度上还存在一些不足。因此,本文对数字图像相关方法中的亚像素位移测量方法和应变计算方法两个关键问题作了研究,用软件实现了基于数字图像相关方法的高精度变形测量。论文进行了数字图像相关的理论研究,主要成果包括:(1)提出了亚像素位移测量的基于最小二乘原理的线性灰度变化模式梯度法,算法的实现过程中将线性灰度变化模式中的尺度参数与偏移参数通过最优算法表示成灰度的形式,再由最小二乘法求解亚像素位移。该方法通过引入线性灰度变化模式较好地处理了测量过程中的光源波动以及相机的增益与偏移引起的物体表面的线性灰度变化,并且最小二乘的计算方式使得该方法计算简单、快速,因而适用于实际测量。(2)对于数字图像相关方法中的应变场测量这一问题,提出了基于二维二次多项式的逐点局部最小二乘算法。用模拟的均匀变形图片、模拟的非均匀变形图片和实际试验得到的图片分别验证了该方法的可靠性。论文将数字图像相关应用于工程材料的实际测量中,主要工作包括:(1)用数字图像相关法测量了不同工程材料的基本力学参数,包括弹性模量和泊松比的测量。(2)将数字图像相关应用于应力强度因子(SIF)的测量。通过紧凑拉伸实验和有限板宽实验测量了张开型应力强度因子,通过紧凑拉剪实验测量了复合型应力强度因子。在用紧凑拉伸试验测试SIF的过程中讨论了位移场的选择和位移函数展开项项数的影响;在用有限板宽实验测试SIF的过程中讨论了裂纹尖端的确定对SIF测量的影响;在紧凑拉剪实验测试SIF的过程中进一步讨论了裂纹尖端位置的确定,提出了一种粗细搜索算法确定裂纹尖端的位置。