双金属复层板具有优良的综合性能, 广泛应用于航空、航天、汽车等领域。在制造过程中其成形性能发生了较大变化, 传统单一金属的研究方法大多不能适应新材料发展的需要, 严重阻碍了双金属复层材料产业化的进程。提出采用数字散斑相关方法应用于双金属复层材料结构及现场工程变形测量; 分析了国内外研究现状及存在的科学问题, 揭示了严格数字散斑相关方法理论应用在复层材料的应变光学检测和成形性能的机理和研究内容, 该方案预计获得的4个应变数值相互对比验证, 能互相提高应变精度达5%, 并达到再现材料应变历史及动态跟踪、提高全场应变精度检测、优化材料配置比例及完善成形性能的目的。

采用二元二次多项式曲面拟合方法进行精确亚像素定位,这种数字散斑相关方法具有计算简单、求解效率高等优点。然而传统方法通常选取整像素周围的9个像素点进行曲面拟合,为此提出了曲面拟合的改进方案,采用整像素周围最近的6个像素点和相关系数,直接求解二元二次多项式。采用计算机模拟产生散斑图样,分别模拟了刚体平移和单向拉伸实验。实验结果证明,改进方案具有计算效率高、计算误差小的优点。

提出了一种提取两幅条纹图像间离面变形相位的新方法。由数字散斑相关方法(DSCM)测得两帧连续图像间的运动场，根据光流基本等式，运用初始图像的条纹频率与该运动场计算全场变形相位分布。介绍了基于DSCM变形相位方法的原理，对周边固定、中心加载圆盘的变形相位测量进行了实验和计算机模拟，验证了该方法的有效性。模拟结果和实验结果表明，该算法能够将直观的面内运动场和离面变形相位的提取联系起来，能够解调出物体全场离面变形相位信息。该方法优点是操作过程简单方便，既不需要将条纹图像转换到频域，也不需要相位解包络运算，且在条纹越密集处提取的变形相位信息更准确。该方法为计算物体全场变形相位分布和动态测量物体形变提供了新的途径。

数字散斑相关方法有着测量环境简单、全场非接触等优点, 但算法效率一直是限制其发展的瓶颈之一。GPU有着天然的并行性, GPU高性能运算可以为计算机图形处理带来极大的效率提升。利用CUDA平台编程对传统的数字散斑逐点搜索算法、十字搜索算法及遗传算法进行GPU高性能并行处理, 并与传统方法比较分析。实验结果表明, 对于尺寸为150×150像素的散斑图像, 3种方法效率分别提升了20倍、8倍、31倍; 对于尺寸为500×500像素的散斑图像, 3种方法效率分别提升了183倍、33倍、44倍; 对于尺寸为1 000×1 000像素的散斑图像,3种方法效率分别提升了424倍、116倍、44倍。

数字散斑相关方法在亚像素测量过程中运算量大, 在对实时性要求较高的系统中该方法的应用受到了限制。提出了一种原理简单、搜索速度快、精度高的预测搜索算法, 介绍了预测搜索算法的原理, 并给出预测位移的公式。通过实验验证了对算法的精度、效率和鲁棒性, 说明对数字散斑相关方法进行优化后, 既不损失亚像素位移的计算精度又提高了图像处理的效率。

提出了一种新的基于图像灰度梯度迭代的数字散斑相关方法(DSCM，digital speckle correlation method)。通过使用DSCM测量碳纤维复合材料压力容器在水压下的局部区域的位移场和应变场，分析了复合材料压力容器的轴向和环向的变形特征，为碳纤维复合材料压力容器的优化设计提供了理论和实验依据。

利用显微数字散斑相关方法(DSCM)对新型高分子薄膜材料力学性能进行了研究。通过实时获取高精度的变形位移场,得到应变场与力学性能之间的关系,实现了新型高分子薄膜的力学性能分析。利用该方法对聚酰亚胺-二氧化硅合成薄膜进行面内位移测量,由薄膜的应力-应变曲线完成了薄膜材料的弹性模量测量；将离面位移的测量转化为面内位移的测量,对聚氨酯-钛酸钡复合高分子材料的电致伸缩应变进行了测量,从而获得电致伸缩系数,实现了材料的电致伸缩性能分析。采用亚像素搜索和曲面拟合相结合的方法进行数据处理,并对结果进行了分析。研究结果表明,数字散斑相关方法为研究新型薄膜材料动静态力学性能与物理性能提供了一种有效的、可行的方法。

在SHTB加载装置上利用数字化的高速摄影和采集系统,并结合数字散斑相关方法,发展了一种光学动态变形测试技术,在霍普金森(Hopkinson)加载装置上实现了具有较高精度和分辨率的位移和变形场的实时光学测量。实验中,利用Imacon-790高速摄影机以105 幅/s的速度分别拍摄了两组LY12试件的动态拉伸情况(一维平板拉伸试样和含对称缺口的拉伸试样),然后运用数字散斑相关方法对其不同时刻的图像进行分析和处理,可以得到试样在各个时间点的位移场。最后利用有限元数值模拟技术与实验结果进行了比较,验证了整个系统以及数字散斑相关方法用于高速动态测量中的可行性。