随着电子与微纳技术的快速发展,微机电系统得到了越来越广泛的应用。微机电系统中一项重要任务是对微构件的微操作与微装配,其核心技术是微夹持机构的设计与控制。在微装配或微操作环境下,微夹持构件以及被操作对象因为微小脆弱而极易被损坏,需要在微夹持器进行微操作时准确的定位和精确的夹持力控制,所以微夹持器应用研究的核心是微夹持器件受力与变形的测量。在微纳尺度下,为了监测微构件夹持的操作过程以及获取进行微操作闭环控制所需要反馈信息,显微视觉成像系统是必不可少的工具。显微视觉成像系统与微夹持、操作执行机构以及微力微变形精密测量系统的高效集成是微机械系统成功应用的关键。与快速发展的微纳制造与智能控制技术相比,对微夹持器与执行器技术的研究发展相对缓慢。微悬臂梁是一种典型的微夹持与操作构件,本文以简化的微悬臂梁作为研究对象,利用显微视觉系统对基于悬臂梁结构的微夹持构件进行受力与应变测量技术研究。首先根据微纳光刻掩膜电铸工艺制作了微悬臂梁夹持构件,并针对微悬臂梁的形状特点设计了专门的夹持与弯曲变形机构。微悬臂梁的弯曲变形过程在光学显微镜下观测,变形过程图像通过CCD传感器和图像采集卡传输到计算机。对变形前后的微悬臂梁图像进行预处理操作以得到悬臂梁表面清晰的灰度纹理图像,为基于图像灰度纹理信息的悬臂梁的受力与应变计算做准备。利用图像中的灰度纹理信息,在变形前后的悬臂梁图像中进行LOG特征点自动识别并为特征点构造局部封闭特征区域。根据局部封闭特征区域的质心信息重新定位特征点,并为每个特征点构造仿射不变的特征描述矢量。根据特征点的特征描述矢量对变形前后图像中的特征点进行匹配,通过匹配信息以及特征点的质心信息得到特征点的位移信息。根据微悬臂梁构件的尺寸结构特点,应用平面应力状态下悬臂梁结构的弯曲受力变形计算模型,基于特征点位移误差函数法对悬臂梁的弯曲受力进行拟合计算,得出悬臂梁受力大小以及受力位置等信息。对三种全场位移测量的基本方法:基于B样条的图像配准法、光流法、数字图像相关法的原理进行介绍,并分别推导了三种方法的应变场计算公式,通过实际应变场计算对比说明了基于数字相关法进行应变测量的优越性。分析了在不同的特征点处进行相关系数计算的结果,发现LOG特征点的灰度分布有利于基于迭代方法的数字相关法的计算收敛。讨论了影响数字相关法计算的关键因素,通过仿真弯曲实验分析了变形函数阶次,计算窗口大小以及根据特征点处的变形信息进行迭代初始值优化对数字相关法计算误差的影响。提出了两种加权平均的应变场计算方法,通过与有限元FEM仿真结果比较,验证了权值平均应变方法的有效性。分析了利用序列图像信息进行微悬臂梁构件受力与应变测量的计算模型。说明了随机噪声对微悬臂梁受力与应变测量的影响,提出基于序列图像的卡尔曼滤波方法对悬臂梁弯曲序列图像中的特征点质心位置进行滤波降噪,根据降噪后的质心位置计算的悬臂梁受力计算误差明显减小。根据悬臂梁弯曲变形的特点,提出了一种新的基于序列图像的数字相关法计算模型,利用序列图像之间变形参数之间的比例约束关系来提高数字相关法计算变形参数的抗噪性。