形变测试是土木工程的重要课题之一，是研究各类土木工程结构与材料的主要途径。传统形变测试方法普遍存在现场操作困难、多点测试不便、需人造靶标、测试成本高或测试效率低下等问题。目前，基于各类人造靶标的计算机视觉位移测试方法已经得到了一定的应用，然而，这类传统计算机视觉位移测试技术存在应用场景受限、测试结果单一、精度良莠不齐等问题。
　　针对上述难题，本文基于土木工程形变测试特点，运用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术与视频运动放大(Video Motion Magnification, VMM)技术，构建一个系统的计算机视觉形变测试体系，编制一套完备的土木工程计算机视觉形变测试系统，旨在满足大部分土木工程形变测试需求(e.g.位移、应变、位移场、应变场等)。主要研究内容如下：
　　(1)本文以DIC为技术主体，引入基于傅里叶变换的互相关(Fourier Transform-based Cross Correlation, FTCC)算法，作为DIC整像素初值搜索算法，结合反向组合高斯牛顿(Inverse Compositional Gauss-Newton, IC-GN)亚像素匹配算法，以实现土木工程形变测试中刚体大位移情形下的亚像素级位移测试。基于计算机模拟试验验证了FTCC算法在DIC测试情景下的可行性，基于多个土木工程试验证明了FTCC结合IC-GN算法的DIC技术可以实现高精度的土木工程位移测试，且具备较高的鲁棒性。
　　(2)针对土木工程刚体非连续位移情形下的应变测试，提出基于正则化平滑的有限单元(Regularization-aided Finite Element Strain Calculation Method, RFE)应变算法，以适应刚体位移场内的非连续区域，弥补传统DIC应变算法面对非连续位移场的缺点。基于计算机模拟试验证明了RFE应变算法与传统逐点最小二乘(Pointwise LeastSquare,PLS)应变算法具备相当的应变测试精度。基于多个土木工程应变场测试试验验证了RFE应变算法在土木工程刚体非连续位移情形下的可行性。
　　(3)针对土木工程微小形变情形，本文基于VMM技术，提出DIC-VMM联合测试架构，运用DIC与VMM技术实现了土木工程结构微小形变测试。基于拉索振动以及实桥涡振实验验证了该联合测试架构的可行性。
　　(4)基于DIC与VMM技术，提出较为系统的土木工程计算机视觉形变测试体系，并且按照该形变测试体系，基于C++计算机编程语言，开发了一套完备且实用的土木工程计算机视觉形变测试系统。
　　(5)基于该形变测试体系与对应的计算机视觉形变测试系统，本文共计进行了13类实验室与实地土木工程形变测试实验，涵盖位移、应变、位移场、应变场等各类土木工程形变测试场景，以验证该测试体系以及测试系统在土木工程形变测试领域的可行性。实验结果表明，该形变测试系统可以实现高效、便捷、低成本、非接触、免靶标、高精度的土木工程结构形变测试。