位移和应变监测作为结构健康监测的重要内容，目前已发展出多种方法。但现有这些方法均存在很多不足。如：某些结构一些难以接近的位置，因无法放置传感器，而导致基于传感器的监测方法无法使用。基于有线传感器的方法存在有过多的信号传输线，基于无线传感器的方法虽未用传输线但数据信号易受环境干扰，往往测得的数据不完备且夹杂有明显噪声。此外，现有的基于数字图像处理技术的监测方法存在着主流标靶形式的截面方向性，结构二维位移、三维位移和应变监测多为分开研究，监测系统标定方法较繁琐等问题。因此，为解决上述的不足，本文运用数字图像处理技术和图像特征点提取方法，提出了基于圆形标靶数字图像和特征点的结构位移与应变监测方法。基于标靶数字图像的结构视觉平面内位移和应变监测方法，即结构二维位移和应变监测方法。该方法选用圆形和圆形质心分别作为标靶图案和标靶图像特征。通过数字图像预处理、数字图像二值化、数学形态学边缘检测、数字图像进一步去噪、边缘点精定位和最小二乘法对标靶图像进行处理，并提取图像特征。通过边长已知的方形图案来实现监测系统标定。通过提取的图像特征和标定出的系统分辨率，进行结构二维位移和应变监测。进行二维位移仿真和实测试验，应变仿真试验，验证了该方法的有效性。基于标靶数字图像的结构视觉平面外位移监测方法，即结构第三维位移监测方法。该方法选用标靶图像未经数学形态学运算的圆直径作为图像特征。选用多项式作为图像特征和监测距离间的拟合关系式形式。通过提取的圆直径和拟合的多项式对监测距离的改变量进行计算，以确定结构第三维位移。此外，研究了监测环境对该方法的影响，并得出实施该方法的前提条件。对实验室四层框架的第二层分别进行结构视觉平面内位移和视觉平面外位移监测。通过试验验证了本文提出方法在工程中的可行性，并对影响二维位移监测精度的相机监测距离、标志点大小和标志点个数等3个参数进行分析，对第三维位移监测过程中是否考虑系统误差进行讨论，给出了各参数在方法实际应用时的选择方法。