三坐标测量机是对工件轮廓、形位尺寸等进行测量的主要通用仪器。由于其结构复杂、系统庞大、价格昂贵使得应用受限。因此开发了一种基于虚拟坐标测量的新型三坐标测量机。虚拟坐标测量是建立在数字图像处理技术上，突破了传统的测量方法，对传统测量机的主体进行简化，实现三维空间的位移尺寸测量。坐标测量机的实质就是取得测头或工件的位移信息，因此位移测量是它的关键技术。本论文拟解决的主要问题是如何应用数字图像处理技术进行一维、二维绝对位移的测量。 针对前人研究中像素累计误差无法控制的问题，提出一种基于数字图像的绝对位移测量方法，采用模板匹配进行位移测量。对于模板匹配一般用于追踪定位，很少用于位移测量。本论文中，作者首次将模板匹配技术用于位移测量。 文中作者首先对前人研究成果进行了概述，分析比较了前人研究成果，针对目前存在的问题，提出了新的测量方法。基于花岗岩表面的灰度图像，采用灰度模板作为图像处理过程中的自然标志进行绝对位移测量的测量方法。通过对该方法的具体描述，分析了该测量方法的两个过程。一是模板标定，采集被测表面图像（花岗岩图像），应用光栅尺确定自然标志的绝对坐标。二是测量过程。采集被测表面图像，以模板作为识别标志，采用模板匹配的方法实现该测量过程。应用一定的相似性判据建立相关判别函数，搜索出最佳匹配模板，结合绝对位移测量公式完成测量。 然后，在提出具体理论的基础上，通过详细的实验验证在该论文中提出的新的测量方法的可行性。在实验过程中，首先对基于灰度值的模板匹配进行了可行性验证试验，然后进行了运动仿真，最后通过大位移及微位移测量的具体实验，实验数据及其结果进行可行性说明。实验结果表明该测量方法具有可行性，而且该方法很可靠。 最后，在一维测量实现的基础上，将该理论推广应用于二维位移测量。在论文中也进行了理论分析，及实验验证。 由此得到，在本论文中提出的基于模板匹配的绝对位移测量方法具有可行性、通用性和现实意义。该测量理论和方法的提出丰富了数字图像领域测量的理论与方法，为后续研究提供了借鉴作用。