数字图像相关（Digital image correlation,DIC）方法是一种重要的非接触式变形测量方法,具有操作简单、测量精度高以及全场变形测量的特点。DIC方法的高精度变形测量需要满足图像常灰度变化（变化量为常量）和变形连续性两个基本条件。然而,在相似模拟实验过程中,模型表面有时不可避免地会出现颗粒脱落、无效区域和裂纹,这使得DIC方法的高精度变形测量受到了挑战。为此,需要发展一种能同时处理非稳定散斑场和非连续变形的DIC方法。针对传统DIC方法在相似材料模型变形测量中存在的几个问题进行了研究,包括应变测量、变形初值估计、散斑场破坏和非连续变形等问题,基于图像特征匹配提出了可靠子区DIC方法。为了在非均匀变形时和位移场存在奇异值时获得可靠的应变,在位移场拟合时采用了最小一乘拟合方法。鉴于最小一乘拟合方法解析求解困难,采用基于模拟退火的粒子群算法进行求解。通过虚拟剪切带形成的数值实验和采动诱发断层滑移实验,验证了采用最小一乘拟合方法获取应变的有效性。基于SIFT特征匹配的变形初值估计方法是一种高效的方法。然而,SIFT特征匹配中出现的一些误匹配点会干扰获取初值的精度和有效性。将最小一乘拟合方法和SIFT特征匹配相结合,以解决特征点匹配中误匹配点难以完全消除导致的变形初值估计误差较大的问题。通过模拟散斑图平移实验和剪切带形成的数值实验验证了该初值方法的精度,并通过采动诱发断层滑移相似模拟实验探讨了该初值方法的局限性。将SIFT特征匹配、DIC方法以及最小一乘拟合方法相结合,提出了可靠子区DIC方法。在该方法中,首先,通过特征匹配选择可靠子区并获得可靠子区的位移初值;然后对可靠子区进行相关运算,获取可靠子区的变形参数;最后,通过对测点周围一定区域内可靠子区中心点的位移进行最小一乘拟合获取测点的变形参数。通过采动诱发断层滑移相似模拟实验验证了该方法的有效性。为了使可靠子区DIC方法适于裂纹位移场测量,采用拟合区域内可靠子区中心点分类和相关系数加权两种措施,对可靠子区DIC方法进行了改进。通过水平和倾斜I型裂纹形成的数值模实验和相似材料试件单轴压缩实验,验证了改进可靠子区DIC方法的有效性。最后,通过相似材料配比实验,进一步检验了改进可靠子区DIC方法对于非稳定散斑场和非连续变形同时出现时的有效性。该论文有图95个,表10个,参考文献172篇。