针对传统位姿测量的不足，提出了一种基于三维数字图像相关（3D-DIC）法的空间刚体位姿估计方法，该方法利用双目相机拍摄待测物运动前后的图像序列，通过3D-DIC方法进行匹配计算，获得待测物运动前后的全场坐标信息，选择计算点坐标后对其进行奇异值分解，求得位姿参数。针对3D-DIC在测量大旋转时误差较大的情况，提出了一种增加中间图像的匹配计算方法。通过平移自由度和旋转自由度的实验验证，本文方法可实现空间刚体多个位姿参数的测量，三个平移自由度的测量误差均小于0.07 mm，测量角度小于10°时，偏航角和滚转角的测量误差均小于0.2°。

在对图像位移进行测量时，不同亚像素位移迭代算法的性能不同，将反向组合对角近似算法和反向组合Dog-Leg算法用于数字图像相关法并进行位移测量，同时对反向组合Levenberg-Marquardt算法的参数更新策略进行简化，以反向组合高斯牛顿（IC-GN）法作为对比，通过模拟散斑图像和真实散斑图像的压缩变形实验，对3种算法的性能进行对比，并进行相应的评估。实验结果表明：在模拟散斑实验中，各个算法在收敛速度、收敛频率和计算速度上各有不同；在真实实验下，小变形实验得到与IC-GN法相似的精度，大变形实验得到的收敛半径更大。

提出一种利用深度学习提取散斑变形图像位移场的算法。对比几种主流光流网络模型在散斑图像上的计算精度，将全局运动聚合（GMA）光流网络引入数字图像相关法，使用光流网络模型预测的位移场作为亚像素迭代算法的初值，最后结合逆合成高斯-牛顿法计算散斑图像的亚像素位移场。结果表明，与几种主流的数字图像相关算法相比，GMA光流网络初值的计算精度和计算效率更高，适用于大变形测量，是一种兼顾计算速度和精度的变形测量算法。对木块材料进行压缩实验，结果充分显示了所提方法在散斑变形测量中的有效性。

为了解决常规数字图像相关法应用于高温工况下热应变测量时, 人工制作的散斑受高热载荷冲击容易出现变色、熔化、脱落的问题, 采用激光散斑作为数字图像相关法特征纹理的方法, 计算温度变化前后散斑图像相关性来测量金属热应变, 进行了非真空环境下加热试件的实验, 以及在管式加热炉中分别对铝试件和钨试件进行人工散斑和激光散斑的真空加热实验对比, 取得了相应的散斑图像, 并计算出平均应变曲线数据。结果表明, 在非真空环境下, 由于热流扰动导致激光散斑图像抖动较大, 测量出的热应变曲线存在较大的干扰噪声; 铝从室温升至450 ℃和钨从室温升至800 ℃的热应变与人工散斑结果相对一致; 激光散斑数字图像相关法在类似聚变堆偏滤器高真空、高热流条件下, 可以有效地测出金属壁面的动态热应变。该研究为聚变堆偏滤器第一壁材料的损伤诊断提供了新思路。

钢渣侵蚀是耐火材料在服役过程中的主要损毁形式之一, 实际侵蚀过程难以直接观察。传统上采用蚀后分析方法来评价耐火材料的抗侵蚀能力和了解侵蚀机理, 但易缺少过程信息, 导致结果存在偏差。因此, 本文在高温可视化系统基础上, 结合数字图像相关法, 选取三种典型钢渣, 开展铝镁质耐火材料的渣蚀行为研究, 并探讨了不同钢渣及热处理温度对材料抗侵蚀能力的影响。结果表明: 碱度越低的熔渣对铝镁质耐火材料的侵蚀越严重; 对铝镁质耐火材料进行1 000 ℃以上的热处理, 可有效提高材料的抗侵蚀能力; 通过数字图像相关法可以获得随时间变化的平均应变曲线和侵蚀应变云图, 其中平均应变曲线可以对比铝镁质耐火材料对不同钢渣的抗侵蚀能力, 侵蚀应变云图可以反映侵蚀的演变过程, 两者为耐火材料渣蚀过程的表征提供了量化指标。

针对多线结构光测量中测量效率与测量精度相矛盾的问题，提出了一种融合区域数字图像相关匹配的快速三维测量方法。采用双边滤波和大津阈值法对图像进行预处理，利用重心法提取初始条纹中心点。用双三次插值法提升初始点的局部邻域分辨率，在局部邻域内再次利用灰度重心法提高中心点的提取精度。以左图像提取的中心线为基准，利用数字图像相关法在右图像中心线附近搜索基准对应的立体匹配点，大大缩小了数字图像相关法的搜索范围，提高了测量效率和立体匹配精度。对标准块规的测量实验结果表明，该方法的中心线提取速度为Steger法的3.29倍，均方根误差相比传统极线约束立体匹配法减小了68.57%。

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。

针对传统立体视觉位姿测量方法中必须事先确定计算点的数量和位置的局限性,提出了一种基于三维数字图像相关法(3D-DIC)的空间目标位姿测量方法。该方法通过3D-DIC获得被测物不同时刻的全场坐标信息,根据提取的相应计算点坐标,结合空间向量求解空间目标的位姿参数。该方法可灵活选取计算点的数量和位置,并相应提出了计算点数量最优比条件。通过位移旋转台和六自由度平台分别对复杂形貌特征的面具试样进行了多位姿参数测量的实验验证。实验结果表明,计算点数量满足最优比条件时位姿测量精度最高,计算点的位置对测量结果影响较小,六自由度平台的测量误差在允许范围之内。所提出的3D-DIC位姿测量方法可在较小的误差范围内实现对空间目标多个位姿参数的测量。

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。