为在微米级尺度量化表述离面位移激励值-聚焦面内微视觉运动追踪精度劣化值的映射特性，使用光学显微镜、工业相机和空间纳米定位平台进行实验研究。首先，分析离面位移的形成机理，使用方差函数评价图像清晰度，搜索最佳对焦平面并设定为聚焦平面，作为计算离面位移的基准。其次，设计空间多自由度纳米台，将其末端执行器作为微视觉追踪目标，生成聚焦平面内的运动轨迹，同时同步生成可控可测的离面位移。然后，选取灰度值模板匹配法与感兴趣区域划分法作为当前微视觉运动追踪算法，测量聚焦面内的运动轨迹。最后，加工纳米台样机，搭建微视觉运动追踪系统，使用电容传感器作为评价手段，计算不同离面位移引起的微视觉运动追踪精度劣化数值。实验结果表明，微视觉运动追踪精度随着离面位移的增大而不断劣化，具有显著且可量化的相关性。针对给定的76.1 μm×63.7 μm视场、15 Hz采样率与灰度值模板匹配法，（7.7±2.5） μm或更大的离面位移导致微视觉测量系统完全失效。

为实现工业生产中光纤传像材料的微纳米尺度形变的检测，建立了图像楔面化模型，提出了一种基于光流的离面位移测量技术。实验装置由一部带有工业相机的光学显微镜和一个放置倒像器的支架构成，通过支架的倾斜可对光纤传像材料加载形变。首先，在显微镜下用工业相机采集变形前后的两幅二维图像。接着，用Brox光流算法得到两幅图像之间的光流运动场。最后，根据图像楔面化模型，由两幅图像之间的光流场得到两幅图像之间的离面位移场并分析了实验结果。实验结果表明，在光学放大50倍的显微镜下多次测量结果的绝对误差均小于0.1 μm，相对误差均小于2%。该方法只需要一部工业相机拍摄显微镜下两幅图像即可完成测量，提取离面位移时无需转换到频域和相位解包操作，适合动态原位测量。该方法测量误差较小，目前已被应用于光纤传像材料的微纳米尺度形变与均匀度工业监测。