数字图像相关方法作为传统光学测量技术与现代数字图像处理技术相结合的一种测量方式,常用于位移或应变检测中,其非接触性测量理念对于生活与工程中的各方面应用都有较为广泛的影响。当前亚像素数字图像相关方法的研究趋势主要集中在计算效率和计算精度上,如何在保证位移/应变测量精度的基础上提高计算效率显得尤为重要。因此本文的主要研究内容为如何进一步提高计算精度以及减少数字图像亚像素程序算法的搜索时间,并对常用位移/应变检测方法的优缺点进行探讨,以更好地满足实际工程检测的要求。研究了一种几何重心法的亚像素提取算法,针对常用亚像素算法的计算时间较长,抗干扰能力较弱等方面进行了改进,旨在探索一种算法内容较为简便并且计算精度较高的在线测量技术手段。本文主要研究内容如下:首先阐述了数字图像相关方法基本理论,总结现有的工程测量方式的局限性,讨论目前数字图像相关方法的便捷性和研究现状,基于几种常用的亚像素位移算法理论及检测方式提出了位移测量中存在的问题。对常用的曲面拟合算法和梯度算法等亚像素测量算法进行比较。对现有的二元一次曲面拟合、二元二次曲面拟合和高斯曲面拟合公式,以及梯度法中常用的梯度算子进行介绍。在此基础上,提出了一种改进型的亚像素搜索算法几何重心法,并详细描述了该方法的基本原理和程序步骤,通过简便的加减算法对现有的亚像素相关系数拟合公式进行了简化,并在程序中添加适用于不同散斑表面测量的指数值,同时利用缩小搜索矩阵的方式减少位移测量误差,提高计算效率。然后,介绍了光栅基准测量系统,进行微位移计算和散斑图片抓取等实验装置的搭建以及计算结果的系统标定。讨论以上几种算法在不同背景光、不同指数值以及不同材质等方面的测量结果,并通过算法指数值的优化,提高了亚像素测量的线性度。同时通过算法计算时间的长短,将几何重心法亚像素提取算法与常用的数字图像亚像素位移算法进行了全面对比,并介绍了位移实验中可能存在的误差类型以及减小误差的方式。同时进行亚像素标定实验,验证几何重心法在标准图像位移中的测量精度。最后,综合实验验证了几何重心法在计算精度、计算效率以及抗干扰性等方面的优势,该算法能够满足一定精度要求的微位移在线测量,在实际工程检测中具有较高的实用性。