位移测量技术涉及现代科学的诸多领域。近年来，超精密制造加工的发展对位移测量的速度与精度提出了更高的要求。随着数字图像处理技术的进步，基于图像传感器的精密位移测量以其非接触、全场测量、高精度的特点而备受国内外学者关注。　　本文以直线位移测量为研究对象，研究了一种通过多个图像传感器的冗余检测信息求解直线位移的测量方法。在仿真中分析了传感器数目对测量精度的影响，分析了测量方法在噪声下的测量性能。研究了检测信号的滤波算法，并在实验中进行了验证。　　针对实际测量中，检测模型相对于理想模型发生畸变而导致模型辨识精度降低，从而使测量精度降低的问题，分析了光照与反射的不均匀、成像系统几何畸变、图像传感器光强-灰度值量化的非线性对图像灰度值的干扰，提出一种基于高阶多项式的模型参数校正方法，该方法通过重建叠加在理想模型上的畸变函数，以提高模型精度。实验结果显示，该方法明显地提高了模型精度与测量精度。　　针对传感器阵列在实际测量中各传感器响应不一致的问题，提出了一种基于二维多项式的校正方法，在校正前述三种畸变因素影响的同时，校正了各传感器的不一致性。实验结果证明了该方法的有效性，进一步提高了测量精度。　　实际测量过程中，由于安装因素，传感器阵列的采样方向不可能与运动方向完全平行，因此存在角度误差。各传感器间距不一致导致间距误差。针对以上问题，分析了它们对模型参数的影响，提出了一种傅里叶级数与高阶多项式结合的动态系数校正方法。实验结果表明，该方法可以较好地校正前述的多种模型畸变因素，模型精度进一步提高，在10.46mm的测量行程下，达到1.5μm的测量误差标准差。　　针对测量过程中各个传感器的检测信息对位移求解的作用不同，提出了一种多像素加权的方法，其中各像素独立估计位移，将各估计值加权组合得到最终的估计值。该方法通过测量过程中动态地求解各估计值的最优权重，从而能合理利用各像素的检测信息，在均方误差最小的准则下，满足各时刻位移估计值的最优性。实验结果表明，该方法在8.6mm测量行程下的测量误差标准差为1.5μm。