近年来,航空航天等领域的发展,材料构件的服役环境越来越苛刻、复杂。例如:飞行器的热防护材料需要耐受1800℃以上的高温环境,特种橡胶材料在高载荷冲击振动环境下会发生200%以上的非线性超弹性大变形。特殊复杂的服役环境,对材料构件的变形检测技术提出了新的挑战。以应变片为代表的常规接触式应变测量方法,无法耐受1200℃以上的高温环境,而高温引伸杆等接触式测量方法,对高温夹具的要求高,且无法获得全场变形。因此,发展非接触式变形测量方法是必由之路。以数字图像相关方法和结构光方法等为代表的非接触变形检测方法,虽已有很多成功应用,但在复杂服役环境中应对大变形、曲面曝光不均、高温、气流扰动、远距离测量等影响因素时,现有方法因在匹配特征设计、搜索函数优化、高温环境清晰成像、标定方法优化等环节存在局限性,而无法满足工程应用需求。本论文重点围绕大变形拉伸试验、高温力学性能试验、高温燃气热变形试验、等离体子风洞烧蚀试验等复杂应用场景下,对材料构件的非接触变形检测技术开展深入研究,主要完成的研究工作包括:1)针对材料大变形的检测,提出了一种基于随机散点拓扑匹配数字图像相关的大变形非接触测量方法。通过设计随机分布、尺寸固定的随机散点图案,用随机散点拓扑结构的相似性计算替代了传统方法中子区图像灰度值矩阵相关性计算,解决了大变形传统随机散斑退化和匹配函数退相关问题。特种橡胶260%大变形单轴拉伸实验的结果表明,本文方法可以有效消除传统方法中更换参考帧存在的累积误差问题。2)针对因曲面导致成像曝光不均的高温材料变形检测,提出了基于多参数曝光图像融合的激光散斑数字图像相关非接触变形测量方法。通过建模分析曝光参数和被测物变形参数运动模型,建立最优曝光帧等距包裹曝光参数优选准则,避免成像运动模糊问题,解决了因成像曝光不均导致部分区域测试失效的问题。对高温合金棒材在750℃高温环境的拉伸实验结果表明,本文方法可以有效获得具有高动态范围的材料变形图像序列,其图像散斑质量相比传统方法有5倍的提升,实现了材料全场变形云图的有效测量。3)针对存在气流扰动高温材料非接触变形检测,提出了基于位移场噪声小波平滑数字图像相关非接触变形测量方法。通过对气流扰动位移场利用小波方法进行时频分析,抑制气流扰动高频噪声的同时保留了材料变形的低频位移信号。设计搭建了同轴照明光学非接触变形测试实验系统,在高温燃气加热环境中开展了对温度达1100℃的喷管喉衬内孔端面变形测量实验,证明了本文方法相比气刀等现有方法具有更好的气流扰动位移场噪声平滑效果,位移测量精度可达微米级。4)针对风洞烧蚀试验中对超高温构件三维形貌原位测量和观测的需求,提出了基于大功率激光结构光和自适应散斑降噪的高温构件三维形貌原位测量方法。通过改进空间光调制器引入大功率激光结构光,配合多步窄带滤波偏振镜组,提升了结构光设备出光功率,有效抑制了高温背景辐射,从而解决了现有测量设备不适用于风洞烧蚀超高温构件测试应用的问题;通过自适应棋盘格降噪方法,解决了大功率激光光源对投影棋盘格带来的噪声导致测量系统标定失败的问题。在某空气动力学研究基地1MW等离子风洞环境下的实验结果表明,本测试方法和系统可有效测得1950℃石墨基复合材料钝头圆柱构件的三维外形。考虑材料的低热膨胀变形,本文方法所测得的直径对比非原位测量结果的偏差在0.85%（0.17/20.03mm）以内。本论文研究的特征图像匹配方法、降噪和成像质量提升算法,在高温锻造等先进制造的应用场景中也具有广阔的应用前景。