在民用基础设施的检测中,视觉测量作为无损检测方法之一,相较于传统的接触式测量方法具有很多优点,但发展较为成熟的视觉方法大多需要依靠人造靶标,仍然具有局限性。提取结构表面信息,并依靠这些信息进行视觉测量是一种更具实用性的思路。为解决布置人造靶标在实际应用存在不便的问题,本文提出了基于结构表面特征的视觉测量方法。针对特征提取,图像匹配及三维重建算法等进行研究,主要研究内容包括以下三个部分:(1)提出基于结构表面点特征的立体视觉三维变形测量方法,将尺度不变特征变换算法应用到视觉测量中。对图像序列进行预处理,提取结构表面特征点,去除干扰点,建立参考特征点库和匹配特征点集,匹配各特征点,获得结构表面三维位移场;匹配特征点集的形心点,获得结构表面三维点位移;结合有限元理论,将提取到的特征点划分为三角网、根据几何关系得到结构表面二维变形信息,提出二维位移场测量方法、二维应变场测量方法。完成仿真刚体平移试验、板材拉伸变形对比试验和三维移动平台测量试验,结果表明提出方法具有稳定性。(2)提出基于结构表面灰度特征的立体视觉测量方法,包括基于结构表面强对比度和弱对比度特征方法。在结构表面无明显特征点时,依靠结构表面的对比度信息进行变形分析。结构表面对比度强则可以提取出方向信息,将方向码算法应用到视觉测量中,建立方向码直方图和方向码图并匹配,提出基于强对比度的测量方法;结构表面对比度弱时,则需要对原始图像进行对比度增强处理,建立代表值直方图和二进制图并匹配,由此提出基于弱对比度的测量方法。完成仿真刚体平移测量试验和三维移动平台测量试验,结果表明提出方法达到亚像素的测量精度。(3)结合本文方法,开发了结构三维变形测量软件。为验证本文方法在工程实际中更具实用性,设计并完成了三层框架模型振动台试验,采用基于表面点特征和对比度的方法进行测量,试验结果表明,提出方法在时域和频域都有杰出的表现,与传统方法的测量结果吻合较好;完成了T型墙结构地震台测量试验,使用基于弱对比度的方法对结构进行测量,与传统方法进行结果对比,可以给出多个测点的位移变形信息,并得到结构动力参数。