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针对土木工程领域结构三维变形全程非接触测量的需求,本文提出基于双坐标系的立体视觉三维位移测量方法和相机自由摆放时的三维位移测量方法,研究极线约束修正DIC匹配的同步子区搜索算法,编译立体视觉三维位移测量软件,并进行试验研究,以验证立体视觉方法的有效性及可靠性。本文的主要研究内容如下:(1)提出基于双坐标系的立体视觉三维位移测量方法。该方法要求两相机光心连线平行于被测物体表面,利用双目立体视觉三维坐标计算公式分别求得空间点在左相机坐标系和右相机坐标系中的三维坐标。然后,利用空间点和两相机光心之间的空间位置关系计算出空间点在世界坐标系中的三维坐标。(2)提出一种相机自由摆放时的三维位移测量方法。当相机处于任意摆放姿态对物体进行观测时,将世界坐标系建立在左相机光心处,借助于标定板获取左相机坐标系和世界坐标系之间的转换矩阵,然后利用双目立体视觉三维坐标计算公式求得空间点在左相机坐标系中的三维坐标,最后通过转换矩阵中的旋转矩阵来对计算得到的三维坐标进行角度转化,进而获得空间点在世界坐标系中的三维坐标。(3)提出极线约束修正DIC匹配的同步子区搜索算法。该方法对初始时刻左右图像上所有测点进行DIC匹配,确定所有测点在左右图像中的对应图像坐标。然后,应用极线约束对右图像上所有测点的DIC匹配结果进行修正,取位于右极线上距DIC匹配结果最近的点作为新的匹配点。最后,对后续左右图像序列上所有测点分别进行DIC时序匹配。时序匹配时,每张图片中的所有测点依次与下一张图片进行DIC匹配,匹配的范围为每个测点各自的搜索子区。在上述立体视觉测量算法及同步搜索算法基础上,编译立体视觉三维位移测量软件。(4)进行钢板剪力墙滞回性能试验,得到钢板剪力墙三维位移曲线,通过比较立体视觉方法位移测量结果和LVDT位移测量结果,验证基于双坐标系的立体视觉三维位移测量方法的有效性。进行汶川县映秀镇漩口中学综合教学楼模拟地震振动台试验,得到1000gal单向汶川主震动及双向汶川主震动(800gal和700gal)作用下的框架模型在三个方向上的位移时程曲线,试验结果表明相机自由摆放时的三维位移测量方法测得位移数据与位移传感器数据吻合较好,验证了相机自由摆放时的三维位移测量方法的有效性。