当前,平流层飞艇因为其飞行高度、覆盖范围、留空时间等优势被广泛关注,众多学者和机构对其展开研究。为了把握飞艇的安全性、操作性和可靠性,对飞艇蒙皮的力学特性的研究非常必要。数学图像相关方法就是发展起来应用最为广泛的全场的、非接触的应变测量方法之一。本文结合飞艇工作环境,依据数字图像相关方法的理论和操作步骤,对低温下保护装置内有效使用该方法开展测量进行深入研究。首先,针对业内常用的经典数字图像相关方法无法自动化开展、不能有效测量旋转和大应变下变形参数的问题,本文提出了基于特征点初值估计的数字图像相关方法。数字图像相关方法的本质是由初值迭代寻找非线性相关函数最优解的过程,初值的选取对迭代收敛和运行时间很重要。具体地,本文结合稳定的、具有鲁棒性的特征点估计位移初值,进行了详细推导,选定一对完成特征匹配的特征点作为子区中心,选取子区约束下四对邻近特征点代表子区,经过仿射变换得到变形参数,该参数作为种子点进行后续的迭代获得更加精确的结果。随后用数值散斑模拟实验验证方法的可靠性,结果表明平移、旋转和应变情况下仿射变换和变形参数的关系符合理论推导,基于特征点匹配的初值稳定可靠,优化后的测量结果精度较高。此外,将该方法应用于飞艇蒙皮应变测量中,数据表明,该方法的初值估计结果可靠、精确。该方法不仅能有效处理平移、旋转、应变情况下的应变测量问题,而且具有自动化、速度快的测量特性。另外,针对低温下保温盒中有效使用数字图像相关方法进行了研究。保温盒由盒体和玻璃材质的光学窗口组成,相机透过该层玻璃进行摄影。本文给出了玻璃折射导致的位移误差的具体形式和校正方法。本文首先对玻璃折射光路进行了理论研究,理论推导表明保温盒光学窗口的玻璃折射导致的位移偏移不容忽略。其次,针对位移偏差进行研究,对其一阶误差和径向畸变误差进行分步研究,基于数字图像相关方法的形函数和相关函数提出校正方法。最后,使用标定板试验对保温盒玻璃的偏移误差进行误差分析和校正,结果验证了理论推导的正确性,校正后变形测量精度得到了较大的改善。同时,使用该方法对飞艇蒙皮应变测量进行研究,结果显示位移测量精度提高5%左右,位移测量方差改善60%左右,这会随着测量区域的扩大而进一步增加。这表明所提方法可以不仅可以有效改善保温盒对数字图像相关方法精度的影响,而且使位移测量更加稳定。综上,本文提出的基于特征点初值估计的数字图像相关方法校正模型能够实现自动化确定可靠稳定的初值,改善光学窗口对精度的影响,对最终实现飞艇工作状态下自动化的、稳定的、高精度的位移及应变的测量有重要的意义。