数字图像相关方法是从上个世纪八十年代初发展起来的一种现代光测力学方法。它具有非接触、全场测量、对测试环境要求低、光路简单、测量视场可调、自动化程度高等优点，并可结合显微镜实现材料多尺度力学行为测试。可以说，数字图像相关方法是当前最活跃、最具有广阔应用前景的光测技术之一。本文将进一步研究数字图像相关方法改进和应用拓展。本文提出的基于有限元位移模式的数字图像相关方法即子区位移模式选择有限元理论中的连续单元和不连续单元的位移模式。对于连续子区，详细研究了子区位移模式取4、8、9、12、16节点单元时，数字图像相关方法的测试精度；针对均匀拉伸变形场和裂纹尖端附近变形场测试，提出了子区位移模式的最优选择方案：均匀拉伸变形场测试应采用4节点单元位移模式，裂尖附近变形场测试应采用9节点单元位移模式。对于不连续子区，提出了子区迭代区域的选择方案，有效避免了因裂纹附近亚像素插值错误导致迭代不收敛现象。详细研究了基于有限元位移模式的数字图像相关方法测试航空复合材料的弹性常数的可行性。依据ASTM标准提出了平均应变最优测试方法：基于引伸计原理的两点法，这使得其测试精度可达到50με，完全满足航空复合材料的测试要求。同时应用数字图像相关方法和电测法测试了三种不同航空复合材料的弹性常数，结果表明这两种方法测得的结果相对误差较小，应力-应变曲线基本重合，数字图像相关方法能很好的反应航空复合材料的应变响应，并能精确测试其弹性常数。最后本文应用基于有限元位移模式的数字图像相关方法测试了超硬航空铝合金复合型裂纹的应力强度因子。首先提出了利用裂尖单元的试相关计算来定位裂尖坐标。在基于位移场最小二乘拟合求解应力强度因子时，为了提高测试精度，提出了拟合数据点的环形区域选择方案。最后将测试值与数据手册中的结果进行比较，吻合度较高，说明了该方法测试混合型裂纹应力强度因子是可行性的。