人们对建筑等工程结构的质量和使用功能提出了越来越多的新要求，与之有关的研究需求非常迫切。传统研究手段，如位移计、百分表和应变片等，常受测点数、空间、量程与试件表面相互干扰、电磁干扰和安装条件等制约，测量结果多为单点、单方向的近似相对变形量，在反映试样变形方面存在先天不足。现代光学测试技术非常有利于全场位移测试，但工程实验测试具有试件尺度较大、试件定位和施载大小控制困难等特点，在实际测量中尚需要根据这些特点有针对性地进行研究，以充分发挥光学测试技术的优点和促进工程实验研究。本文针对以上若干关键问题展开了研究，并提出了相应的解决方法。全文的主要创新和研究工作如下：　　(1)针对测量噪声导致的应变分析困难，提出了基于S-R分解和最小二乘拟合的应变分析方法。根据刚体转动与变形在S-R分解定理中的对应关系，提出了满足应变协调的待拟合项设置方法；通过实验对拟合多项式中的一次项、理论解项和其他项对求解结果的影响进行了研究，再结合分块拟合的应变梯度方向在交界处的差异可以判断多项式设置是否合理。研究发现，理论解并不是对位移场的最佳逼近，而且当真实应变较小时高阶非理论解拟合项可能导致严重的错误。　　(2)针对刚体旋转的影响，研究了含刚体位移的应变公式，可以消除刚体旋转引起的虚假应变。通过分析测量坐标系与试件位移坐标系的关系，建立了刚体运动与应变的关系，并对刚体位移的识别、应变数值和应变标距的关系进行了深入研究。　　(3)针对数字图像相关法中NR迭代算法的不足，对该搜索算法进行了改进。提出了采用高阶位移模式的图像配准法提取NR算法的亚像素初值，可以避免迭代过程的不收敛情况；研究了基于平方标准化协方差相关函数的NR迭代运算公式，并就程序实现进行了改进，可以进一步提高相关收敛速度和测量精度。　　(4)针对成像畸变，提出了基于共线点的图像畸变校正方法。由于畸变参数随成像系统参数的改变而改变，采用基于共线点的图像畸变校正方法可以利用测量对象自身的特征点，能更好地适应工程现场调试，文中着重对畸变参数识别和校正实现展开了研究。　　(5)针对激光干涉测量中相移技术难以用于动态测量，提出了通过在变形前采集若干帧相移图像，并将它们与任一帧变形后的图像进行组合运算来分析相位的方法，从而实现了动态测量。另外，该法基于等步长相移算法，可以避免复杂的相移标定过程。