针对土木工程结构大变形全过程非接触测量的需求,本文提出基于图像相关的结构变形全过程测量方法。本文将张正友标定方法引入传统DIC方法,介绍了应用单目相机测量结构变形的方法。针对桥梁挠度长期监测的需求,本文提出基于CCD的桥梁挠度测量方法。针对已有的双目立体视觉测量方法,本文对提高其计算精度的方法进行了研究。在以上研究的基础上进行了试验研究。本文的主要内容包括:(1)提出基于张正友标定的DIC方法。传统DIC方法中未考虑镜头畸变,影响计算精度;同时,该方法为了将像素单位转换为实际长度单位毫米,需要在被测试件表面粘贴长度已知的标尺,操作不便。本文将张正友标定方法引入传统DIC方法,形成基于张正友标定的DIC方法,不仅可以提高计算精度,还可以避免粘贴标尺,简化试验操作。本文通过平动台水平平移位移测量试验对该方法进行验证。(2)针对桥梁挠度长期监测的需求,本文提出基于CCD的桥梁挠度测量方法。在桥梁跨中安装用于跟踪的特制靶标,用CCD记录包含有靶标的图像,应用DIC方法跟踪靶标在视场中位置的变化从而计算出桥梁的挠度。针对宋家庄公铁立交桥挠度监测的具体要求,本文集成宋家庄公铁立交桥挠度测量系统。现场返回的数据表明,该系统工作状态良好,本文方法可以满足桥梁挠度长期监测的需求。(3)提高双目立体视觉测量精度的改进研究。在初始时刻立体匹配和时序匹配的过程中,本文提出根据极线约束修正匹配结果——用满足极线约束的距离原匹配结果最近的点代替原匹配结果。提出应用SUSAN滤波方法处理采集得到的数据图像。比较亚像素定位中的二次曲面拟合方法和三次曲面拟合方法。提出将计算得到的位移场投影到初始时刻拟合到的平面上的两个正交向量上。比较应变计算中的局部最小二乘多项式拟合方法和有限单元法。(4)完成系统零漂试验、CFRP混凝土界面黏结滑移测量试验和大跨越输电导线模型风洞试验。静置被测试件,应用本文方法测量测点零漂值,得出在95%概率统计下,本文系统及方法的计算精度约为0.006mm。应用本文方法计算CFRP混凝土界面黏结滑移试验中的整体位移,并与位移计数据进行对比,结果表明本文方法测得的位移曲线与位移计曲线吻合较好,验证本文方法的可靠性与实用性;应用本文方法计算得到CFRP混凝土界面破坏时的滑移量。应用本文方法计算大跨越输电导线模型在不同风速下的面外位移。