微位移测量是光学测量中的一个重要领域,传统的数字散斑相关法在该领域有重要的应用价值,但是随着技术的不断进步,测量方法也需要不断的改进。散斑相位涡旋是散斑中的一种常见现象,利用散斑中相位涡旋可以进行光学测量,于是本文提出了将散斑相位涡旋理论与数字散斑相关法测量原理相结合,对传统测量方法中存在的不足进行改进,具体的研究内容如下:首先,研究散斑的形成原理、尺寸和光照强度,分析散斑相位涡旋的定义和符号法则,介绍里斯变换和拉盖尔-高斯变换生产散斑相位涡旋的过程,研究相位涡旋的中心结构,分析两种数字散斑相关法的测量原理。其次,为了提高传统频域数学散斑相关法的抗噪声干扰能力和测量精度,提出了频域数字高阶涡旋散斑相关法。分析计算机全息法产生涡旋光束的原理,并通过搭建实验平台获取衍射区的涡旋散斑图。研究了高阶涡旋散斑图的性质,发现其具有抗噪声能力强、阶数越高相关强度面积越小的特性,于是将高阶涡旋散斑图引用到频域数字散斑相关法中,在相关器输出面上能得到斑点小而能量汇聚的相关亮点。将减运算应用到测量原理中,既可以消除图像的背景噪声,又可以得到位移前后的两个相关亮点,并将相关器进行改进设计,提高输出峰值的锐化程度。最后,在传统散斑相位涡旋法测量物体位移时,相位涡旋点会随着物体位移的变化,出现一部分相位涡旋点产生、另一部分相位涡旋点消失的现象,致使测量过程中出现错误的匹配。采用方向小波构造的散斑相位涡旋相关法,根据方向小波的极化分析能力,可以构建一种结构稳定的网状相位涡旋点图,并根据网状结构图提出了两步测量算法,初步测量是确定搜索的大概范围,精确测量是在搜索范围内匹配涡旋点对,根据有效匹配涡旋点对计算位移。该算法可以极大地提高相位涡旋的正确匹配率。设计MATLAB仿真程序并搭建实验平台,对理论和实验数据进行统计研究,证明了频域数字高阶涡旋散斑相关法抗噪声干扰能力强,方向小波构造的散斑相位涡旋相关法提高了相位涡旋的正确匹配率,两种方法都能提高测量的精度。