三维数字图像相关是实验力学领域一种重要的测量方法。该方法因其使用方便、非接触式、全场测量等优势成为了近些年来的研究热门。现如今,航空航天、精密加工、高端制造业等应用领域均对高精度、高适应性的测量手段提出了更高的需求,若想进一步发挥数字图像相关方法在生产建设中的作用,就必须结合相机三维重构的知识,在提高测量精度的同时增强其在不同场景下的适用性。本人博士期间前期主要致力于研究相机标定适用性和精度问题,后期集中研究了两个重要场景中数字图像相关与相机标定技术的结合与应用。本文基于机器视觉相关理论,以工程应用为目的,从两方面研究了相机标定技术:1.提出了一种在极端光线且标定板占视场较小情况下的标记点检测方法。指出了图像全局和局部二值化方法在复杂环境中失效的问题,并针对该问题提出了一种自适应的二值化方法,提高了标定板识别率。2.提出了一种固定尺度的相机标定方法。分析了相机标定时非线性优化存在的尺度信息丧失问题,指出该问题对测量结果的影响,并针对该问题提出了一种固定尺度的迭代优化算法,在保留尺度信息的同时提高了标定精度。本文研究了两种重要应用场景的测量难点,提出了合理的解决方法,并且实验验证了方法的可行性:1.提出了一种基于坐标变换理论和二维数字图像相关的高精度光学引伸计。分析了加载中离面运动对二维数字图像相关的影响,提出了一种基于坐标变换的补偿方法,可以实现单相机高精度的引伸计测量。通过模拟和实验对比了现有方法和所提方法,结果表明所提方法可以有效提高测量精度,达到了预期效果。2.提出了一种结合激光测距和数字图像相关的大型空间可展开天线三维测量方法。分析了大型空间可展开天线的测量需求以及技术难度,根据其大尺度、大景深、测量环境复杂的特点,提出了一种结合激光测距和数字图像相关的三维测量方法,并且实验验证了该方法的可行性。