位移响应是桥梁结构性能评估和健康状况评价的一项重要指标,直接反映了结构整体刚度,是桥梁结构健康监测的重要参数。传统的桥梁位移测量方法可分为接触式和非接触式。接触式位移测量方法需要将有线或无线的传感器连接在被测结构或构件上,需要固定的参考点、成本高、测点单一。非接触式测量方法,如全站仪、激光测振仪、全球定位系统（GPS）等,存在测量设备昂贵、测量精度低以及难以实现高频连续自动测量等缺点,不适用于桥梁微小动位移测量。本文提出了一种基于图像匹配技术的桥梁位移无标记测量方法,构建包含软硬件的位移测量系统,无需在桥梁上人工安装特殊标记,能够实现多点同步、快速、高精度的桥梁结构位移测量。通过室内试验和实桥应用验证了位移测量系统的可靠性和准确性。本文主要内容与结论有以下几个方面:（1）研究基于图像匹配技术的桥梁特征提取、描述与匹配算法。分析现有图像匹配技术在特征检测、描述与匹配等方面的优缺点,根据桥梁位移无标记测量的实际需求,将SURF算法和FREAK算法结合,提出一种快速、稳定、准确的桥梁图像特征检测与匹配方法;利用PROSAC算法对得到的匹配点对进行优化提纯,剔除错误匹配;针对采集的图像含有较多无用信息的问题,提出网格式感兴趣区域（ROI）的自动提取方法,减少人为操作,提高测量效率。（2）研究基于图像匹配技术的桥梁位移转换方法。研究相机标定基本原理,采用张正友棋盘格标定法标定相机内参及畸变参数;建立像素坐标与物理坐标之间的关系,对于实际应用,一维测量采用比例因子法简化物理位移提取流程。（3）构建基于图像特征匹配技术的桥梁位移无标记测量系统。位移测量系统的准确性取决于多个参数,提出了一种基于静止结构位移测量误差分布来评估位移测量系统准确性的方法:将相机放置在不同距离测量静止结构的位移,则所测得的非零位移必然是误差;利用SPSS软件验证了误差分布为均值为0的正态分布,定义±2倍的误差分布标准差的区间（95%置信度）为系统精度,并拟合出位移测量系统精度与距离的关系。（4）探讨构建的位移测量系统在不同照明强度、相机振动情况下的鲁棒性。在2.5lux至1000lux范围内设置不同照明强度,测量敲击激励下的框架顶层位移。结果表明,当照明强度<30lux时,位移测量精度下降。通过同时测量相机视野中静止参考点位移,验证了通过减去静止参考点位移消去相机振动影响的有效性。此外,考虑到实际测量时相机视野范围内没有合适静止参考点的情况,提出使用两个安装于同一三脚架的相机分别测量静止参考点和结构位移以消去相机振动的方法。（5）验证位移测量系统进行多点位移同步测量以及模态识别的可行性。在敲击框架顶层的水平激励下,使用位移测量系统同时测量每层的位移。基于位移数据利用随机子空间法识别了四层钢框架的模态特性,包括固有频率和振型。结果表明,基于位移测量系统测量的位移数据识别出的前3阶固有频率和振型与使用激光位移计、加速度计测量数据识别的一致。（6）通过室内试验和实桥应用验证了基于图像特征匹配技术构建的位移测量系统的有效性和可行性。室内振动台试验、四层框架振动试验以及高速公路桥梁、地铁高架桥梁和人行天桥等实桥测量的结果表明,构建的位移测量系统能够实现桥梁位移的快速、准确测量。