数字图像相关（digital image correlation，DIC）方法是一种物体变形的非接触式测量方法，包括局部DIC方法和全局DIC方法。局部DIC方法未考虑变形协调导致局部化变形测量结果存在一定的误差，而全局DIC方法充分考虑了变形协调，但测量效率不高。为此，对于测量局部化出现后的变形，提出了一种全局与局部匹配相结合的局部化变形测量DIC方法。首先，利用局部DIC方法测量物体表面的变形并确定全局DIC方法的计算区域；然后，利用全局DIC方法测量该区域的变形，并以该测量结果更新局部DIC方法的测量结果。通过虚拟剪切带形成的数值实验和土样的双轴压缩实验，对比了局部DIC方法、亚像素初值的九节点全局DIC方法和提出方法的测量结果。研究发现，当尺寸合适时，提出方法在增加少量测量耗时的情况下可保证局部化变形测量精度，测得的剪切带内最大剪切应变的最大值比局部DIC方法的更大。相较于局部DIC方法，提出方法和亚像素初值的九节点全局DIC方法更适于测量局部化出现后的变形，且提出方法在测量效率方面更具优势。

不同的构建取向对熔融沉积成型的标准试样的力学性能有着显著影响。本文采用聚乳酸线材，使用熔融沉积式3D打印方法制备站立式、侧立式、平躺式3种不同方向打印成型的试样，采用数字图像相关方法实时分析并记录试样拉伸与弯曲变形过程。使用该测量系统能够有效获取试样的真实变形与应变，结合试验机数据给出更为精确的应力-应变曲线，通过对应变云图中线状区域的观察能够准确地预测断裂发生的时间与位置，比较不同构建取向成型的工艺对打印制品的力学性能的影响。试验结果表明：站立式打印的试件在拉伸试验和3点弯曲试验中没有明显颈缩现象，其变形、伸长率以及强度也是最低的，呈现出脆性材料所具有的特性。侧立式具有很好的抗拉性能，其颈缩现象出现后发生很小的变形就会断裂，所能承受的力呈现直线下降的趋势，直至断裂。平躺式的强度相近于侧立式，其发生颈缩现象直至断裂变形量相对侧立式要大，且应力随着变形的增大表现出较为平缓减小的特征，强度、延展性等呈现出最佳的机械性能。

数字图像相关方法(DIC)是一种非接触式全场光学测量方法,在许多领域已被用于物体表面位移和应变的测量。传统的DIC全场应变测量通常使用高精度逐点局部位移场最小二乘法,但该方法对于旋转物体的应变测量仍存在显著误差。为此,在传统DIC应变计算方法的基础上,引入变形前后的旋转矩阵,提出一种考虑旋转的局部位移场最小二乘应变计算方法。该方法能够补偿由旋转引起的应变误差,从而实现任意旋转角度下应变的高精度测量。在模拟实验中,分别对多种旋转角度下的同一应变以及同一旋转角度下的不同应变进行测量,由两种实验应变测量获得的均方根误差(RMSE)平均值相对传统DIC方法分别为由0.00498降低到0.00011以及由0.00703降低到0.00027,两种实验结果均证明所提方法能较大程度地提高旋转条件下的应变测量精度。

数字图像相关 (DIC) 方法是一种重要的位移和应变非接触式测量方法。为了对物体的非均匀应变进行准确测量,在DIC方法中引入位移最小一乘拟合,鉴于最小一乘拟合解析方法求解困难,采用基于模拟退火的混合粒子群算法进行求解。开展了虚拟剪切带形成的数值实验和相似材料断层滑移实验,并对非均匀变形条件下最小一乘拟合和最小二乘拟合的应变测量结果进行对比。研究发现:对于非均匀应变测量,最小一乘拟合的结果要优于最小二乘拟合;而对于均匀应变测量,两种方法具有相同的精度。

为了利用数字图像相关(DIC)方法对剪切带的位移和应变进行测量, 提出了一种修正的子区分割法。根据子区中心点的坐标和剪切带的倾角确定分割线, 对分割后的两个子区分别进行搜索, 并根据相关性较好的子区确定测点的位移。利用提出方法和传统DIC方法分别计算了源图片产生裂纹情形及变形产生剪切带情形下测点的位移和应变。结果表明, 在裂纹及剪切带附近, 修正的子区分割法的位移误差限分别为0.2像素及0.25像素, 传统DIC方法的位移误差限分别高达3像素及0.6像素; 在剪切带内, 修正的子区分割法的剪应变误差限小于或等于传统方法的; 修正的子区分割法具有较好的计算剪切带的位移和应变的能力。

散斑图质量对数字图像相关(DIC)方法的测量精度具有重要的影响。以平均灰度梯度这一传统的散斑图质量评价参数作为基础, 提出了一种新的评价参数--平均一阶及二阶灰度梯度商, 该参数同时考虑了一阶和二阶灰度梯度。从整体上来说, 一阶灰度梯度的曲面比较光滑, 而一阶及二阶灰度梯度商的曲面比较粗糙。采用Zhou等人提出的方法制作了80张模拟散斑图, 对这些模拟散斑图的传统参数和提出参数进行了计算。结果表明: 当散斑半径相同时, 随着散斑数量的增加, 两种参数均先增加, 后减小；当散斑数量一定时, 二者均有一个峰值;散斑半径越大, 提出参数的峰值越大, 而传统参数的峰值越小。对提出参数的峰值所对应的4张散斑图进行了多次连续平动, 并使用DIC方法测量了测点的水平位移。结果表明, 在提出参数越大的散斑图上测点的水平位移误差越小, 在一定程度上验证了提出参数的正确性。

鉴于Newton-Raphson (N-R)迭代法的数字图像相关方法(DIC)对初值敏感等问题，提出了一种使用SURF(speeded up robust features）特征匹配的数字图像相关方法。SURF算法能匹配出变形前后图像的特征点对，并获得点对的坐标值，使用与匹配点对所在的子区相对应的仿射变换来初始估计子区的变形参数，获得兴趣点的估计值。根据估算的初值进行迭代优化，得到使归一化最小平方距离相关函数(ZNSSD)最小化的兴趣点位移值。实验中，分别用该法及传统的基于尺度不变特征变换(SIFT)的初值估计方法对鲤鱼鳞片拉伸变形图样进行处理，结果表明所提的初值估计方法更加精确有效，并能够使后续的N-R迭代优化快速收敛。

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。

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。

针对板载芯片封装结构中由于各层材料热膨胀系数的差异引起的热失配现象，利用数字图像相关方法对板载芯片封装结构在热载荷下的表面热变形分布进行实验测量，并比较了不同封装配置对结构热变形的影响.建立了适于求解结构表面热变形分布的理论模型，利用实验结果和有限元模拟验证了理论模型.同时表明了实验方法的有效性和可行性，为微机电系统器件设计提供了有益的参考.