数字图像相关（Digital Image Correlation, DIC）是一种基于图像分析的光测力学方法。DIC利用数字相机记录试件表面的散斑图像，然后对散斑图像进行相关分析获得试件表面的变形场。DIC方法以其对测试环境要求低、实施简单、测量范围易调节等优势而被广泛接受并应用。传统的DIC可等价为视频图像处理中的运动估计（MotionEstimation,ME）模型，其本质上完全是一个图像处理问题，没有附加任何力学约束。因此，在设法提高测量分辨率，或者发展一些能够有效测量复杂变形场的算法时，传统DIC会遇到一些无法克服的困难。论文首先深入分析了DIC与ME的共同点以及DIC相比于ME的特殊之处，对现有DIC模型进行了梳理，指出应该将变形在空间和时间上的连续性引入传统DIC模型中，发展更具有“力学特征”的DIC方法。论文从ME最一般的假设——“灰度不变假设”出发，引入固体变形的时间和空间连续性，发展了一种通用的DIC模型，并将其求解格式分为六大类，其中囊括了目前所有的DIC模型。本论文重点研究实用性较强的两类，即只考虑空间连续性和只考虑局部时间连续性的两类方法。针对考虑空间连续性的global-DIC，论文将高阶等参元——八节点等参元（Q8）位移模式引入mesh-DIC中，发展了Q8-DIC。数值实验和真实实验的结果表明Q8-DIC比Q4-DIC的精度更高，且能够测量二次曲线边界。此外，还发展了一种基于灰度残差比较的非均匀网格自动优化方法，使得Q8-DIC在处理既有高梯度变形区域又有低梯度变形区域的变形场时能够获得最优的结果。针对考虑时间连续性的time series DIC，论文在subset-DIC的基础上，发展了考虑区间时间连续性的短时间序列DIC（STS-DIC）方法，建立了问题模型，并推导了具体的求解形式。利用数值实验和真实实验对STS-DIC进行了验证，结果表明，考虑时间连续性可有效提高subset-DIC的测量分辨率和精度。论文将新发展的两类DIC求解方法应用于三个特殊力学问题，复杂边界测量、强非均匀变形测量以及小变形测量的研究。在复杂边界测量问题中，用Q8-DIC测量了含圆形孔洞及夹杂微极材料微元的转动，在此基础上对两种材料的尺度效应进行了探究。在强非均匀变形测量问题中，用非均匀网格Q8-DIC测量了PBXs材料单轴压缩过程中试件表面的变形场演化，发现该材料的损伤具有区域化特征，在此基础上建立了一种能够有效预测该材料压缩试件非线性力学行为的简单力学模型。在小变形测量问题中，通过简单的四点弯实验，基于STS-DIC成功获得了核石墨材料的拉/压模量以及受拉损伤规律。本文的研究在一定程度上提高了DIC处理特殊问题的能力，为扩展DIC的应用范围进行了探索。此外，本文强调并建立了DIC与力学变形连续性特征的联系，为发展更有效的DIC求解模型打下了基础。