微结构演化及其对材料宏微观力学性的影响是当前材料与力学科学热点研究问题之一。在研究中实时的实验观测方法是比较困难的事情。本文结合数字散斑相关方法和图像分析处理技术试图发展能够实时测量微结构演化的实验方法,并将此方法应用于金属材料的单轴拉伸试验,得到了一些有价值的结果。基于数字散斑相关和图像处理技术,本文的实验方法可以得到微观全场应变。通过铜板试样的单轴拉伸试验,与传统电阻应变片测量值相比较验证了该方法的可靠性。并对数字散斑相关方法实验误差进行了理论分析,提出了改进方法。其次,基于MATLAB平台上,编制了复杂晶界分割提取的图像分析程序,该程序能够克服晶粒内部灰度分布不均、边界模糊或存在划痕等缺陷。在此基础上对目标晶粒的形状进行拟合,可以得到外加载荷与晶粒形状参数演化之间的关系。针对铝板材料,实验测量了晶粒内部全场应变,分析了晶粒内微观应变的变化,给出了外加载荷、晶粒内平均应变、晶粒形状演化之间的相互关系。结果显示材料晶粒内部平均应变随载荷的变化形式与宏观应力-应变曲线大致吻合,而晶粒的形状参数与内部平均应变大致保持线性变化关系。