数字图像相关方法由激光散斑术发展而来，是一种基于数字摄影技术与数字图像处理技术的非接触式光学测量方法，现已发展应用于多个领域。在土木工程测量中，以其非接触、高精度、全场测量等优点，很好的弥补了传统变形测量方法的不足，成为了一种令人瞩目的测量方法。本文以国内外在这一领域已有的研究成果为基础，围绕亚像素搜索精度与数字图像相关方法在土木工程测量中的应用而展开了研究。分析了常用亚像素搜索方法搜索精度的影响因素，提出相关最优区间；对二元三次曲面拟合法进行了改进，提高了亚像素搜索精度；并将数字图像相关方法应用于离面位移测量和悬臂钢梁振动模态测试研究中，取得了较好的测量效果。总结了三种常用的亚像素搜索方法：曲面拟合法、梯度法、Newton-Raphon（N-R）法。利用计算机模拟散斑图，分析了图像质量、位移模式、计算方法选取对三种亚像素搜索方法搜索精度的影响，得到了模拟散斑图的最佳散斑颗粒尺寸、密度、最佳灰度值分布，最大应变与转角适用范围，以及三种亚像素搜索方法在不同噪音、位移、应变、旋转条件下的搜索精度。总结了曲面拟合法研究成果，对高斯曲面拟合、二元二次曲面拟合、二元二次多项式曲面拟合、二元三次曲面拟合等进行了搜索精度对比研究，并对其中计算精度最优的二元三次曲面拟合法进行了改进。在相关系数计算时引入距离加权系数，并将相关系数矩阵取对数后进行曲面拟合，得到了能与梯度法和N-R方法搜索精度相媲美的改进的曲面拟合方法。基于单目CCD的测量多用于平面内测量，而本文以针孔成像原理为基础，将数字图像相关方法应用于结构离面位移测量中。改进了基于单目CCD离面位移测量技术，并对噪音影响下离面位移测量精度进行了分析。塑料橡胶板变形实测结果表明，应用本文改进的方法可以得到较好测量效果。以数字图像相关方法动位移测量技术为基础，结合经典模态参数识别理论ITD法，对悬臂梁自然振动模态进行了测试。测得悬臂梁上各点位移时程数据，识别出模态参数，拟合出模态振型，得到了与理论值符合较好的一、二阶频率和一阶振型。为数字图像相关方法在土木工程测量中的进一步应用,作出了初步尝试。