显微三维数字图像相关方法是在三维数字图像相关方法的基础上,结合显微立体视觉原理,实现对微小物体三维形貌、位移及应变的测量,具有非接触、高精度及全程测量等优点。针对体视显微镜视场和景深小,内部光路和组件复杂的情况,本研究从角点检测、显微立体视觉的标定、图像匹配等方面对显微三维数字图像相关方法进行研究。显微立体视觉标定过程中,显微成像产生的畸变和模糊会造成棋盘格标定板角点误检。针对此问题,本文提出一种基于旋转不变性的角点检测方法,研究了棋盘格角点间几何特性,对所有特征角点进行排序,通过实验建立数学模型,计算出筛选的特征角点的置信度,准确提取出棋盘格角点位置,并通过一系列实验对这种方法的准确度、噪点数量及精度进行检验。结果表明,基于旋转不变性的棋盘格角点检测方法,准确率达到91.2%,重投影误差的均方差约为0.1像素,具有较高的准确性和精度。针对体视显微镜景深小,光路复杂,宏观标定方法无法适用于显微标定的问题,为此,提出一种定点旋转的标定方法。通过实验获得体视显微镜放大倍数与景深的关系,计算出标定板与XY平面所成的最大角度,并用变倍法对主点坐标进行优化,得出使标定参数整体误差最小的最佳角度。标定实验表明,主点坐标误差在1.8像素内,z分量的相对平移向量最大偏差值不超过0.012mm,姿态数为10或10以上时标定结果趋于稳定。针对模板与有孔待测物孔洞边缘贴合度低的问题,提出采用三角形模板代替传统正方形模板的方法。通过三角形三点确定物体形变的未知量,加入邻域的点构成了一个正六边形,利用权重因子求解超定系统方程。进行带圆孔试件的拉伸试验,获得了圆孔周围实时应变,分别使用三角形模板和传统的正方形模板对孔洞边缘的检测进行比较,结果表明,三角形模板更加贴合孔洞边缘,对有孔洞待测物体的应变测量更精确。运用显微三维数字图像相关系统,测量了物体微小区域的三维形貌;对带有预制裂纹试件进行振动疲劳测试,测量裂纹周围微小区域的应变分布。