散射介质成像是生物医学成像领域的一个重要研究方向，对生物医学临床的诊断有着重大的意义。结合散斑相关法和压缩感知技术，提出了一种散射介质成像方法。该方法与传统散射介质成像方法相比，将减少图像采集、图像重建所记录的数据量，提高图像处理的效率，并且降低了系统的搭建成本。试验结果表明，结合TVAL3信号重构算法和双谱分析法的散射图像重建算法，随着采样率的增大，峰值信噪比平稳上升，为散射介质成像方法在生物医学成像领域的运用提供了一种有效方案。

将传统散斑相关法应用于结构试件变形测量中存在一定的角位移范围限制,针对这一问题,提出了一种采用对数极坐标变换的散斑相关角位移测量法。首先,该方法采用对数极坐标变换,将结构试件散斑图像在直角坐标系下的角位移转换为对数极坐标下的平移;然后,利用散斑相关法结合九点二次曲面拟合法实现散斑图像的角位移测量;最后,通过模拟实验与实物实验验证了方法的有效性。实验结果表明,在[0°,90°]的角位移变化范围内,本方法角位移测量的均值误差控制在0.06°内,标准差控制在0.02°内,有效提高了现有散斑相关法的角位移测量范围与测量精度。

针对传统频域数字散斑相关法在测量物体面内位移测量精度较低的问题, 提出一种基于分形插值的频域数字散斑相关法。该方法在频域数字散斑相关法的基础上, 引入Hanning窗函数对图像进行滤波处理, 克服了图像边缘效应对最终位移值的影响; 同时利用散斑图像的子区域与整幅图像在结构形态和灰度特征的自相似性, 采用分形插值的方法进行亚像素插值, 进而能精确定位相关点, 得到更精确的亚像素位移值。实验结果表明: 该方法保持了频域散斑相关法的测量速度, 且将测量的绝对误差降低在0.01~0.03 pixel以内, 并进一步通过刚体平移实验测试了算法的可靠性。

随着航空航天技术的发展, 材料高温条件下力学特性的研究也越发的重要。研究采用非接触数字散斑相关技术来测量材料高温条件下的弹性模量。研究中首次利用光纤激光器在试件表面刻蚀出大小均匀, 对比度高的高温散斑; 运用计算机辅助散斑干涉技术(CASI)对试件拉伸过程中的散斑图像进行计算分析, 得到全场位移和应变变化, 继而得到试样拉伸过程中的应力-应变曲线。为了验证结果的准确性, 在常温下与引伸计的结果进行了对比, 并运用该方法对高温条件下纯钛的力学特性进行了研究。

针对采用传统频域数字散斑相关法测量面内微位移受到噪声的影响严重、测量精度低等问题，提出了一种新的频域数字高阶涡旋散斑相关法。首先，通过高阶涡旋散斑图生成实验，发现了高阶涡旋散斑图具有抗噪声干扰能力强、在相关器输出面上能得到面积小且亮度高的相关点，于是将待测物体的高阶涡旋散斑图作为测量对象；然后通过理论计算推导，应用减运算合成位移前后的高阶涡旋图，可以在相关器输出面上同时显示位移前后的两个相关点，突破了传统方法只能显示位移后一个相关点的现状，并且有效抵消了背景噪声；最后设计了一种新型的滤波器对合成图进行匹配滤波，可以生成峰值锐利的相关光斑图。实验结果验证了，该方法使得测量精度和抗噪声干扰能力得到极大提高，在不同噪声干扰下相对误差仍能保持小于2%。

研究了光照条件对数字散斑相关技术(DSCM)测量精度的影响，获得了数字散斑相关计算最优的取值参数及光照条件。通过分析DSCM 测量理论模型，获得误差与空间频率和平均灰度梯度的关系式，通过计算机模拟数字散斑图像，确定了最优散斑尺寸、最佳拟合窗口和计算窗口。实物实验中引入GSI 编码技术，精确地标定了刚体位移，并对不同光照条件下的DSCM 测量结果进行了误差分析，结果表明散斑图像的空间频率和平均灰度梯度与光照条件成规律性变化，并与理论分析结果一致。研究结果表明，DSCM 测量的最优光照强度为8000 lx，此时图像平均灰度梯度高，DSCM 测量精度高。

提出了一种基于数字散斑相关法和双目立体视觉技术的全场三维变形测量方法,实现了对爆炸焊接制备的铜/铝复层材料的变形测量。研究了该方法所涉及的数字散斑相关算法、三维坐标、位移和应变计算等关键技术,借助于VC++6.0开发环境, 研制并开发了用于铜/铝复层板全场变形测量的试验系统及其软件。为了验证本文所述测量方法的可行性, 进行了精度验证实验和铜/铝复层板单向拉伸试验, 且对复层板拉伸试验结果与有限元软件Abaqus数值模拟结果进行了对比分析。结果表明：本文方法的应变测量精度优于0.5%, 与引伸计测得的结果基本相当; 测得的应变极值分布与有限元模拟结果很吻合; 在板料发生颈缩前, 塑性应力-应变模拟曲线与试验结果很吻合; 整个变形过程中位移-载荷模拟曲线的变化趋势与试验结果一致, 模拟得到的极限载荷的相对误差为0.06%~2.25%。实验结果说明, 数字散斑方法是一种精确获得复层板料全场应变的有效手段。

采用对离面位移敏感的单束激光照明散斑干涉光路，将数字散斑相关法和电子散斑干涉术结合起来测量物体的三维变形。在无参考光时采集一幅物体变形前的散斑图，加入参考光并实现散斑干涉，结合相移技术测量物体离面位移。去掉参考光再采集一幅物体变形后的散斑图。对物体变形前后的散斑图进行散斑相关运算，得到二维面内位移分量，实现三维变形测量。对三点弯曲梁进行了实验，结果表明，该方法可以测量变形场的三个位移分量，具有光路简单、易操作的优点。

基于蚁群优化方法提出新的数字图像散斑相关算法。该方法模仿了真实蚂蚁从其巢到食物找到最短路径的方式,通过对蚁群优化方法改进，减少迭代次数并改善解的质量。将新的数字图像散斑相关算法应用到计算机模拟的散斑图像和实验获得的散斑图像中，并与广泛使用的Newton-Raphson算法进行了比较。实验结果展示了新算法的精度、可行性和有效性。当 数量级为0.01像素，误差离散均方根小于0.002像素。

针对基于数字散斑相关法(DSCM)的残余应力测量系统，分析了影响系统精度的主要误差因素，并根据各个误差因素的形成原理，提出了减少或去除误差的方法。通过实验数据的对比，验证了误差因素对测量系统的影响，同时验证了所给出的减少误差的方法的可行性，为基于数字散斑相关法的测量系统的误差分析提供了有益的参考。