近年来，计算机视觉技术在各行各业受到广泛关注，如：航天工程、机械测量、汽车车牌识别、医疗科学上的三维重建等等。针对土木工程领域结构三维变形监测的需求，对双目立体视觉技术相关匹配和搜索算法进行选择和改进，编程实现对结构表面任意一小区域的位移和应变的测量。本文选择了精度较高的三步标定算法进行标定，使用特征匹配和数字图像相关方法（DIC）分别进行立体匹配和时序匹配，达到了较好的效果。时序匹配时，搜索策略进行了改进，提出基于ROI的搜索办法，减小搜索区域，使累积计算量减少上百倍。本文研究内容如下：第一，分析了双目立体视觉的有关原理，研究了模型的求解方法；对图像进行了极线校正；使用直方图规定化增强图像、使用二次维纳滤波和均值滤波去噪；本文采用开运算进行光照均衡化处理，试图解决光照不均导致匹配不准的问题；选择了特征引导的贝叶斯估计算法作为立体匹配的方法，能快速的生成致密的视差图；时序匹配使用基于ROI的搜索策略对DIC方法进行改进；分析了三种像素插值方法，并采用了双线性插值算法对像素插值；提出了匹配模板根据实际区域特征可调的方法，因此能够手动选取兴趣点周围的最合理（特征明显、计算量小）子区；使用Newton-Raphson方法以上文的整像素搜索结果为迭代初值进行位移和应变的精确求解。第二，讨论了各种标定算法，着重分析了经典的张正友方法和最近提出的三步法，并比较了两者的重投影误差和重建已知长度的误差，选用了三步法；按照本文方法使用MATLAB编写程序，集成变形测量系统；并使用平动台试验验证这套系统的位移测量精度和可行性。使用经散斑处理的钢板拉伸试验验证应变的测量精度，最后对土木工程中三层框架模型的位移进行了测量，验证了方法的可用性。