三维数字图像相关（Three dimensional digital image correlation,3D-DIC）方法是一种无损非接触的全场变形测量方法,被广泛应用于诸多测量领域。系统标定与图像匹配是影响测量精度的关键技术,关于标定与匹配的误差分析也日益完善成熟,但对于系统整体误差量化评估以及误差传递等问题,目前仍缺乏系统的研究。同时,随着电子、生物、材料等领域的快速发展,微尺度下的测量需求越来越大,当3D-DIC用于显微测量时,由于镜头光路复杂,测量误差往往大于普通3D-DIC系统。因此,对显微3D-DIC的测量误差进行分析,并提高测量精度从而实现在各种微尺度领域的应用拓展,仍是值得研究的课题。本文根据DIC测量原理,通过对三维系统测量误差的量化分析,提出了用于认知和提高体视显微测量精度的误差理论与标定方法。建立了3D-DIC系统三维重构误差理论模型,阐明了误差的传递及误差与各系统参数间的关系。基于三维重构方程中各参数的量级分析,所推导的误差理论模型揭示了三维重构误差与镜头焦距、像元尺寸、物距、立体角以及匹配误差之间的关系,对如何获得高精度的面内和离面测量结果提供了理论指导。实际实验证明,可以在无需标定的情况下用理论模型估计全场测量误差。给出了三维重构相对误差的理论表达式,揭示了三维重构相对误差与各系统参数间的关系及其与二维系统的区别。推导了显微误差理论模型,描述了显微系统的三维重构理论误差与各参数间的关系,解决了显微3D-DIC系统测量误差难以认知的难题。提出了一种在单应变换阶段实现畸变准确求解的显微标定方法,提高了显微测量的标定精度。基于显微镜头不同放大倍率下主点不变的假设,改进的单应变换模型不仅重投影误差较小,畸变曲面的拟合也更准确,极大地简化了标定流程。所提出显微标定方法与传统标定方法相比具有更高的标定精度,且解决了显微标定中由于约束较少所导致的参数异常问题。采用误差理论对微尺度位移测量中的误差进行了分析,实现了误差理论模型和显微标定方法在微尺度测量中的应用。实验结果表明,所提出的显微误差理论不仅可以用来预估系统的测量误差,还可以用来判断标定结果是否准确。采用所提出的高精度显微标定方法,实现了生物医学中复合材料骨支架试件的离面位移场与变形场精确测量,对骨支架受力性能与应变分布特点提供了实验认识,并对骨支架的结构设计与强度分布提供了指导。本文建立了3D-DIC系统三维重构误差与各系统参数间的理论模型,推进了3D-DIC中测量误差量化评估的研究;通过误差理论模型在显微3D-DIC中的推广,解决了目前显微3DDIC系统因光路复杂而难以进行误差估计的难题;所提出的改进单应变换模型简化了显微3DDIC标定中预先去畸变的繁琐过程,实现了高精度的显微标定,为显微3D-DIC在微尺度测量领域的应用拓展奠定了基础。