在精密测量方面,微视觉系统具有高精度、非接触和多应用领域等优点。随着计算机视觉技术的进步,使用微视觉系统实现精密测量的应用场合增加。然而,微视觉系统的精密测量需要在较严格的环境下进行,原因是显微镜景深小,需避免普遍存在的微位移劣化成像精度。因此,分析微视觉系统在不同离面位移作用下的成像精度变化规律,可得到离面位移的影响特性。本文以离面特性为目标,研究在离面位移作用下微视觉系统运动追踪的精度变化,主要研究内容如下:（1）设计并搭建了一套微视觉系统。依据追踪对象的运动特性,购置微视觉系统的设备,以显微镜的安装精度和稳定性为基础设计并搭建微视觉系统,同时考虑设备安装便利性和降低加工成本等因素。根据装配存在的问题,分析未来优化设计的内容。（2）研究了微视觉系统的对焦性能和成像投影特性。首先,编程实现对工业相机和升降滑台的通信,以方差函数为基础设计自动对焦算法。使用激光干涉仪优化对焦算法的性能,使准焦位置与清晰度最值位置的差距小于30 nm。然后,考虑设备的物理间隙,分析了系统获取准焦位置的重复率。最后,根据成像投影原理,利用格栅图案实现工业相机标定。计算显微镜的实际倍率为111.1054,像素当量为0.0311μm/pixel。（3）开发微视觉运动追踪算法。首先,自定义图像实现二自由度运动追踪仿真,设计了一种相对与绝对坐标换算的方法。然后,从图像数据格式和感兴趣区域（ROI）两方面提高算法的效率,适配计算机和相机以实现在线追踪,算法运行频率大于74 Hz。最后,从设计需求和功能实现出发编写程序界面,实现算法和设备的集成控制。（4）研究了面内和离面特性作用下的追踪精度。首先,利用算法追踪保持相对静止的末端执行器,得到实时误差最大值为1.414 pixel,累计误差最大值为4 pixel。然后,微视觉系统追踪末端执行器的线段轨迹,并使用电容传感器评价追踪结果,证实了微视觉系统标定的像素当量比真实值大0.6%以上。最后,分别进行了升降滑台和末端执行器生成离面位移的圆轨迹追踪实验。归一化的数据表明追踪轨迹增量与离面位移的变化趋势几乎一致,两者的关系可近似表示为5.49 pixel/μm。