残余灰度场是变形前后数字体图像中对应体素点的灰度之差。在基于有限单元的全局数字体图像相关（DVC）方法中，残余灰度场作为计算区域各体素点匹配质量的目标函数，可直接计算获得，并可用于材料内部损伤演化或裂纹扩展的精细表征。然而，当前广泛使用的基于图像子体块的局部DVC只能获得计算区域内各离散计算点的位移、应变和相关系数信息，无法直接计算区域内各体素点的残余灰度。相较于相关系数和变形信息，残余灰度场可实现逐体素的匹配质量评价，在内部损伤或裂纹扩展的可视化观测和准确定位方面具有显著优势。为能在局部DVC中获得残余灰度场信息，提出一种简单有效的残余灰度场计算方法。该方法基于三维Delaunay四面体剖分算法，并利用有限元框架对局部DVC离散计算结果进行稠密插值，以获取逐体素连续位移场，并将其用于变形体图像校正。模拟和真实实验结果表明，基于局部DVC测量结果后处理计算获得的残余灰度场不仅可以实现精准的损伤定位，还能观测到裂纹形貌以及界面脱黏行为。所提方法弥补了当前局部DVC在精细化匹配质量评价方面的不足，有望拓展该方法在材料和结构内部损伤观测和定位中的应用。

图像噪声会严重影响数字体图像相关(DVC)方法的测量精度,因此,通过数值模拟平移实验、真实重扫描实验和压缩实验研究了图像噪声及高斯预滤波对DVC位移测量结果的影响。实验结果表明,高斯预滤波能显著降低图像的噪声水平,从而减小由噪声引起的系统误差,但对插值误差的影响较小,原因是高斯预滤波会降低图像的灰度梯度。因此,高斯预滤波可以显著提高经典前向累加牛顿-拉弗森算法的精度,但对反向组合高斯-牛顿算法的精度影响不大。此外,高斯预滤波处理可提升2种算法中各计算点的相关系数,得到匹配度更高的子体块。

传统的卷积神经网络通常采用单一的网络结构进行特征提取, 但是单一网络结构提取的特征不够充分, 导致图片分类的精度不高。针对这个问题提出了采用两种网络同时进行特征提取, 再将两种网络级联在一起, 得到两种网络的融合特征, 使提取的特征更具有辨别性。双网络级联是采用两条支路进行特征提取, 一条支路为传统的CNN, 另一条支路为在传统的CNN基础上加上残差操作, 在下一次特征图降维前通过级联操作将两条不同的网络支路结合在一起。本网络实验采用101_food和caltech256数据集进行测试, 将级联后的网络和两条支路网络进行对比, 实验最后表现出较好的结果。

通过比较变形前后同一平面物体表面的两幅数字图像，二维数字图像相关方法可获得亚像素精度的像面位移（以像素为单位）和应变。但在实际测量中，变形物体表面的离面位移、相机传感器平面位置的微小改变以及镜头的成像畸变，都会使原先假设的物、像面位移间的线性对应关系不再严格成立，在某些情况下会引起不能忽略的测量误差。详细分析了被测物体的离面位移、相机自热和镜头畸变对二维数字图像相关方法位移和应变测量结果的影响。通过实验研究了3种典型的成像镜头（标准成像镜头、物方远心成像镜头和双远心成像镜头）对以上不利因素的抗干扰能力。实验显示高质量的双远心镜头不仅对被测物体表面的离面位移和相机自热不敏感，并且镜头畸变也小到可以忽略不计的程度，因此该镜头是高精度二维数字图像相关测量中的关键光学元件。

数字体图像相关方法通过分析两幅以体素为单位的三维体图像获得物体内部的三维变形信息。在利用数字体图像相关方法测量物体内部变形的过程中，整体素的位移场可以通过简单的空域搜索获得，因此如何计算亚体素位移是提高该方法位移测量精度的关键。介绍了一种基于空间灰度梯度的亚体素位移测量算法，并用计算机模拟生成的可精确控制位移的三维散斑体图像和真实的激光扫描共焦显微镜三维体图像测试了该算法的计算精度和计算效率。结果表明，基于梯度的亚体素位移测量算法原理简单，计算效率高，可用于实际物体内部变形的高精度测量。

提出一种用于高温物体表面全场变形测量的高温数字图像相关方法。该方法采用带通光学滤波成像技术以有效减小高温物体表面热辐射对相机采集图像亮度增强的影响，在物体表面温度高达1000 ℃时仍可获得可被数字图像相关方法直接分析处理的高质量数字图像。用该方法测量了铬镍奥氏体不锈钢在1000 ℃高温时的全场热变形以及从室温到1000 ℃温度范围内的热膨胀系数，结果显示提出的高温数字图像相关方法测量原理简单，抗干扰能力强，测量精度高，具有重要的工程应用前景。

为使数字图像相关方法适用于大变形测量,提出一种变形初值估计方法。通过在变形前图像中第一个计算点附近选择三个或更多特征点并在变形后图像中选择其对应点,利用坐标对应关系获得该点可靠的变形估计值作为Newton-Rapshon方法的迭代初值。该方法可对被测物体存在任意刚体转动或大变形情况下的表面变形进行准确测量,克服了通常的基于整像素位移相关搜索再进行亚像素位移测量的数字图像相关方法在被测物面存在稍大转角或大变形情况下即不能使用的缺点。对存在相对刚体转动图像的位移场和聚丙烯泡沫塑料压缩实验的大变形进行了测量,结果充分显示本文方法的有效性。

为了从含噪声的位移场中计算得到可靠的应变场,提出一种基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法。介绍了数字图像相关方法的原理,阐述了基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法,并讨论了计算区域边界、孔洞及裂纹附近区域等情况下的应变计算。对均匀变形和中心带圆孔的薄铝板拉伸实验的计算结果表明,该方法能有效地从原始位移场数据中提取全场应变信息。在均匀变形情况下应选择大的应变计算窗口,计算结果更逼近真值;在非均匀变形情况下,如果位移场中包含较强的噪声,则应选择较大的应变计算窗口,而位移场精度很高时可选择更小的应变计算窗口。

将激光扫描共聚焦显微镜与实验力学中的云纹法相结合,提出了激光扫描共聚焦显微镜云纹法并对其进行了实验研究.实验中以激光扫描共聚焦显微镜的扫描线作为虚拟参考栅,以1 200 lines/mm的全息光栅作为试件栅,这两组栅线相干涉形成云纹条纹.对激光扫描共聚焦显微镜中云纹的形成原理和出现条件进行了讨论,对实验结果与理论分析进行了比较.结果表明,激光扫描共聚焦显微镜云纹法是真实可行的.由于该方法无需干涉系统且对测量环境无特殊要求,因此有望在待测物体表面微米量级变形观察和测量上得到应用.