随着科学技术的进步,人们对各种结构的质量要求越来越高,由此也促进了应用于各种不同结构测量的技术的发展。对于常见的木材和机械结构,传统的测量方法有如位移计、应变仪、百分表等仪器测量,但是这些测量方法存在一定的局限性,其测量结果多为单点、单方向的近似变形,无法有效体现变形结构的全场变化。数字图像相关方法是一种新兴的光学测量技术,可实现非接触测量和结构的高精度全场测量。但在实际工程应用中,数字图像相关技术存在一定的局限性,传统三维数字图像相关设备拍摄视场小且设备复杂,相机标定过程复杂,实际应用受限较大。因此,本文研究了单相机三维数字图像相关测量系统以及相机标定方法,并对实验结果进行对比分析,能较好实现实验的测量要求。本文主要以实际的工程应用为研究目的,论文研究的内容和成果包括了以下几个部分:(1)研究了单相机双目测量的实现方式,对四平面镜辅助系统的结构参数以及虚拟相机布置方式进行了分析。(2)研究了相机成像方面的理论知识和相机标定的基本原理以及相机成像模型,提出了一种结合了数字散斑方法和张正友标定原理的相机标定方法并进行了实验验证。(3)通过数字图像相关匹配和双目视觉三维重建原理,根据三维坐标求解算法利用Matlab软件编写了三维重建程序,进行了球体表面三维重建实验。(4)搭建了单相机三维数字图像相关测量系统,并用该系统进行了圆柱体的刚体平移以及离面位移实验,通过对计算结果的分析,验证了本系统的可行性与有效性。