道路材料或桥梁变形测量均是结构健康监测(SHM)系统的一个重要模块,在实际工程中能够通过不同的方式来实现。通常来讲,测量方法可以分为两种类型:接触式技术和非接触式技术。在本研究中,考虑到非接触式光学传感方法的优点,分别开发了两种创新的二维和三维光学变形测量方法来测量沥青混合料和桥梁结构的静态/动态变形。这些方法利用强大的图像处理和分析算法来检测和跟踪相应目标,能以方便、经济和节省时间的方式实现计算沥青混合物和桥梁变形的目的。此方法的一般步骤包括:摄像机校准、图像数据采集、失真图像(2D或3D)校正、图像处理和分析以及结构变形计算等。本文提出了基于二维图像的运动校正方法,用来消除由于相机移动而产生的对桥梁实际变形测量的影响。该方法结合了图像运动校正算法和基于2D图像的变形测量技术,通过在图像内定义相应区域并使用迭代仿射运动估计器来估计图像运动参数,随后校正振动图像并最终计算实际变形。本课题在实验室和实际工程中做了若干次实验,用以验证本文所提出的方法的准确性和可靠性。首先,在两个沥青实验中通过测量沥青混合料的垂向和径向变形来验证二维和三维光学变形测量方法。然后通过沥青单轴压缩试验的结果验证了基于2D图像的运动校正方法。随后,在实验室中测试了作为板坯轨道一部分的混凝土梁,通过应用2D和3D光学变形测量方法来测量静态垂直变形,并将结果与通过MTS传感器获得的结果进行比较。此外,通过在实验室中进行动态变形测量的拱桥模型实验,比较了二维和三维光学变形测量方法的精度。然后,进行了实际桥梁试验,研究了桥梁静态变形测量的二维光学变形测量方法的可靠性。最后,在动态载荷条件下测试了另一座桥梁,以测量在相机移动情况下桥梁结构的真实变形。实验室和现场的所有实验结果均表明所提出的沥青混合料和桥梁变形测量方法具有可靠的准确性和有效性。基于所获得的实验结果,本文还研究和解决了其他问题,包括2D和3D光学变形测量方法的准确性和效率的比较,评估不同摄像机类型及其功能对测量结果的影响,提供减少变形测量程序的时间和成本的条件,以及检测和跟踪沥青或桥梁结构上任意数量目标的可能性。