随着制造业的快速发展，材料或结构件在各种载荷作用下的三维变形及形貌测量的研究在材料测试、质量控制、逆向工程等领域具有十分重要的意义。近年来，视觉测量方法由于其非接触性、速度快、集成性好及测量稳定等优点而日益受到人们的重视。数字散斑相关方法具有非接触、高精度等优点，已经被作为一种变形测量的有效手段应用于实验力学、各种工程方面及其他科研领域，因此本文将这种高效实用的测量方法应用于曲面变形的测量。针对曲面变形的测量问题，本文将数字散斑相关方法用于匹配图像对应点，并结合双目视觉测量系统，将该视觉方法用于薄板曲面的变形量的测量。本文对相关内容进行以下四个方面的研究：首先，以摄像机成像模型为基础，分析双目视觉测量系统的模型及其极几何关系，推导左右摄像机内部参数和结构位置参数的标定过程，并通过标定实验评价参数标定精度；其次，建立数字散斑相关方法的数学模型，分析几种常用的亚像素相关搜索方法的具体求解形式，以高斯函数作为光强分布函数生成计算机模拟散斑图像，比较各亚像素相关算法在模拟散斑图像发生平移时的计算精度；然后，考虑实际成像过程中环境因素引起的灰度值改变，提出基于非线性灰度改变模型的数字散斑相关方法，并运用计算机模拟散斑图像和实验中的实际散斑图像，对三种灰度模型的灰度变化敏感性、散斑匹配精度和效率进行比较。最后，进行实际薄板曲面变形测量实验，验证本文曲面变形测量方法的可行性和测量精度。本文的研究工作对实现曲面变形的非接触测量具有一定的实际意义。