对变形场进行全面的测量,是研究材料和结构力学性能的基础。随着人们对测量精度、速度和环境等方面不断提出新的要求,越来越多的实验测量手段被应用于变形场的测量。而深入研究并发展一种更为有效而且通用性好的实验测量手段便显得十分必要。本文基于这一出发点,对目前广泛研究和应用的材料和结构应变的测量方法进行了比较和研究,重点介绍了应变片电测法和各种干涉光测法的工作原理以及优势和不足。并对比发现了数字图像相关法在实验力学领域已经展现出的巨大优势。因此本文将选择数字图像相关系统的工作原理、系统设计和实验应用作为工作方向。在确定这一研究方向后,本文首先详细阐述了数字图像相关系统的三维成像模型。三维成像模型作为计算机视觉的基础具有十分重要的研究意义。本文所采用的是线性成像模型。基于线性成像模型,本文介绍了目前普遍被采用的双目三维重建原理,以及各种对照相机进行标定的技术方法。在此,本文特意介绍了一种简化的双目三维重建方法,以此作为下一章介绍单目平移三维数字图像相关系统原理的铺垫。然后本文介绍了所采用的单目平移图像相关法的原理。在这一部分中涉及如何求解超定方程组的内容。对此本文采用了奇异值分解系数矩阵的方法。另外本文还详细介绍了实验过程中所涉及的特征检测和图像特征匹配技术。讨论了两种算法的工作原理和使用方法。在这一部分中,由于得到的大量实验数据中存在误差,需要筛选数据,所以本文还应用到聚类分析技术。最后,本文基于以上的原理和相关技术,设计并制造了一种新型的单目平移数字图像相关系统。在本文的第四章中详细地阐述了设计过程中的设备仪器的选择原因,以及对力学加载平台、相机控制平台和计算机三维重建程序设计的一些考虑。在本文的第五章中,利用本文所设计的新型单目平移三维数字图像相关系统对橡胶的拉伸实验进行了变形场的测量。利用所得到的图像结果进行后处理和分析,验证了系统的合理性与实用性。