数字图像相关 (DIC, Digital Image Correlation) 测量方法可用于测量物体表面位移，因其设备简单，非接触测量，使用环境要求低等优势，已经成为光测力学学术界和工业界最为活跃的测量方法。然而，算法与计算参数的选取等诸多因素影响着数字图像相关方法的亚像素位移测量精度，且当前亚像素位移测量精度相对较低，无法满足目前工程上对精度的需求，因此，本文主要围绕如何提高数字散斑相关方法的亚像素位移测量精度展开研究。
　　本论文研究了数字散斑相关测量方法的基本理论，分析了散斑变形前后的坐标关系，介绍多种子区匹配的相关系数准则，建立了亚像素位移测量的数学模型，主要有灰度插值法和曲面拟合法，并总结了多种常见插值算法。传统灰度插值法中采用更高阶插值算法并不能使得亚像素位移测量精度更进一步提高，为此，本文将研究基于升采样的数字图像相关测量方法。
　　本文提出一种升采样与B样条插值相结合的插值方法。首先，分析数字信号处理领域中的升采样的基本原理，并分别从时域和频域的角度详细推导在数字域中增加信号采样率的实现流程，接着给出抗镜像内插数字滤波器的窗设计法。其次，基于升采样处理只能对数据序列点倍数插值的结果上，再进行B样条插值以达到对数据序列任意点插值的目的。最后，为了验证所提出插值方法的有效性，针对计算机模拟的一维测试序列进行插值仿真实验，结果表明升采样与 B 样条插值相结合的插值方法比只使用 B 样条插值的方法具有更高的插值精度。
　　本文提出将升采样与 B 样条插值结合的插值方法应用于数字散斑位移测量的方法当中。首先，针对插值模块，给出二维升采样处理的实现步骤，分析数字散斑图像的频谱，固定抗镜像内插数字滤波器的相关参数。其次，针对位移定位算法模块，分析并推导 DIC 中两种主流的非线性迭代算法：前向加性高斯牛顿 (FA-GN, Forward Additive Gauss-Newton)和反向组合高斯-牛顿法(IC-GN, Inverse Compositional Gauss-Newton)，确定采用这两种算法下的基于升采样处理的亚像素位移测量的整体流程。之后，采用上述一维测试序列进行仿真实验，结果表明升采样与B样条插值结合的插值方法比只使用B样条插值的方法具有更好的位移测量精度。最后，针对计算机模拟的和真实的二维数字散斑图像，采用零均值归一化最小平方的相关准则，从位移均值偏差、标准差和均方根误差的角度给出衡量位移测量精度的比较结果。仿真结果表明基于升采样的数字图像相关方法可以显著降低插值带来的误差，而且保证了标准差的稳定，提高了数字图像相关方法的位移测量精度，满足物体变形场位移测量的稳定性与高精度需求。