为了实现对复杂卫星结构多关键区域形变的灵活高精度测量，提出了一种基于多相机三维数字图像相关（3D-DIC）的微小形变整体测量方法。建立双目3D-DIC子系统以获得各关键区域的高精度形变场。结合光束平差优化和同名点3D重构方法完成对子系统的位姿外部标定。根据标定参数拼接子系统测量数据，得到全局形变场。在实验室条件下用卫星蜂窝结构的热形变实验测量得到多安装面的整体形变场和测量误差，结果表明，本方法对系统的整体位移测量误差为0.96 μm±0.45 μm/m，满足高精度、测量范围灵活可变的测量需求，且对重叠视场和离散视场均具有良好的适用性，为空间环境下卫星结构的稳定监测提供了可靠的测量方法。

数字图像相关(DIC)法是一种非接触式的全场变形测量方法。三维DIC系统突破二维DIC系统对试验件表面为平面的要求,通过双目或多目相机系统获得试验件表面的三维位移场数据。通过建立局部子区拟合最小二乘平面,将三维空间曲面上的离散点投影到二维平面内,再利用Savitzky-Golay滤波器拟合求解局部应变张量。利用三维DIC法,实现了自由曲面试验件应变场的表征。重点研究了小平面投影算法的误差,结果表明,投影过程导致的应变场计算误差远小于位移场误差的传递量;当应变子区半径M=5时,应变场误差约为30 με;当M=10时,应变场误差约为10 με。

针对数字图像相关(DIC)实验中, 普通喷漆散斑无法满足超高温环境需求, 研究了数字散斑场(DSPs)的制作和转移方法。数字散斑场的设计通过矩阵转换确定每个散斑点的圆心坐标, 然后给每个圆心坐标施加一个随机度, 并由MATLAB软件编程实现。用激光打标技术将其转移到试件表面, 通过圆度和面积比分析了散斑的精度, 并通过平均灰度梯度法将喷漆散斑和数字散斑场进行对比分析。研究结果表明, 运用激光打标技术转移的数字散斑场精度高于普通喷漆散斑且质量稳定。将数字散斑场运用于拉伸和高温焊接实验, 实验中散斑随着试件一起变形, 没有出现脱落及遇高温融化等现象。

对颈动脉的脉搏波进行测量, 是对心脑血管疾病进行科学预防和保健的基础。基于改进的水转印数字散斑场, 给出了三维数字图像相关测量系统对人体颈动脉的测量方法。根据人体皮肤颜色的特殊性, 采取适用于人体不同肤色的水转印数字散斑场的散斑制作方法, 并与人体表面自然散斑场进行了对比, 证明了水转印数字散斑场更加稳定、准确和高效。通过实验给出了人体颈动脉的波形、频率等基本信息, 并对颈动脉的全表面脉搏波时域和空域变形信息进行分析, 验证了该方法的有效性。研究工作可为心脑血管疾病的防治提供一定的参考。

基于三维数字图像相关（3D-DIC）方法，采用拼接技术对口腔印模的三维形貌进行了测量。针对具有复杂表面形貌的口腔印模，采用由四个水平布置的相机组成的两个3D-DIC 测量子系统，对每个子系统测量得到的局部形貌进行拼接，进而得到口腔印模的整体形貌。与传统的双相机3D-DIC 测量方法测量结果进行了比较。实验结果表明，采用本文方法能够较好地重构出复杂的口腔印模的三维形貌，为口腔印模的三维重建提供了一种新的途径，同时也为复杂表面物体的三维形貌测量提供了参考。

实验研究了CW激光辐照铝合金薄板的热力响应过程，利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)结合红外测温系统对整个过程的变形场和温度场实现了全场实时测量。分析了入射激光功率对变形场和温度场的影响，发现变形和温度均随入射激光功率线性增长。建立了三维有限元模型对实验过程进行模拟，模拟结果与实验结果吻合较好，验证了有限元模型的可靠性。3D-DIC结合红外测温系统可以很好地对激光破坏试验中的靶体变形场和温度场进行实时测量，是一种很有效的实验测量手段。