数字图像相关方法是一种新型非接触式全场光学测量技术,自上世纪八十年代初被提出至今,得到了迅速的发展。由于其具有光路简单、环境适应性好等其它传统光学测量方法不可比拟的优势,而且可直接与各种高空间分辨率的显微成像设备结合实现各种空间尺度下的变形测量,使其成为现代光测力学领域一种重要的测试方法,被应用于多个学科领域。经过近三十年的发展,数字图像相关方法就其本身已经非常成熟,但是在其他方面,例如：散斑图的评价与高质量散斑图的制备、应变的求解等方面还存在一些问题,本文就散斑图质量的评价以及将数字图像相关方法应用于具体问题中时所出现的问题进行了研究。首先,本文就数字图像相关方法的基本原理、基本问题进行了系统的总结,并且针对大变形问题中提高计算精度和计算效率关键问题的种子点方法、初值估计、初值传递、初值更新等问题进行了系统全面的分析研究。其次,由于数字图像相关方法的测量精度与散斑图的质量密切相关,而通过人工方法制备的散斑图灰度分布形式又千差万别。本文从插值误差、图像形态分析的角度分析指出了因散斑图质量造成数字图像相关方法测量精度不相同的原因,并提出了平均灰度二阶导数这一新的散斑图质量评价参数,并且利用相关实验验证了这一评价参数的有效性,指导本文应用研究中高质量散斑图的选取。再次,本文通过将平均灰度二阶导数与平均灰度梯度二者相结合对散斑图进行综合评价,分别制备并选取了质量相对较高的散斑图进行了如下应用研究：(1)利用数字图像相关方法对WC/Cu复合材料的宏观热变形进行了测量,得到了WC颗粒大小和含量对WC/Cu复合材料热膨胀系数的影响,指出颗粒含量相同时,WC/Cu复合材料线膨胀系数随颗粒的增大而增大,而且随温度的升高这种影响越加明显；(2)采用基于数字图像相关法的数字梯度敏感法对有机玻璃的断裂问题进行了实验研究,获取了裂纹尖端周围区域应力梯度场的分布,并通过计算得到了应力强度因子；(3)将数字图像相关方法与扫描电子显微镜相结合,对颗粒增强复合材料的微区变形场进行了测量,讨论了数字图像相关方法在细微观变形测量中试样表面微散斑的制备以及针对其在颗粒增强复合材料应用中相关计算参数的合适选择问题,并对颗粒增强复合材料的损伤特性进行了分析,指出增强体颗粒的分布形式对颗粒增强复合材料的损伤有较大影响。