Имеется каретка, перемещаемая рукой по плоскости (в основном без отрыва от неё), надо определять положение каретки, в том числе и повороты вокруг своей оси на плоскости ( размер 2х0,7 м), 100 раз в секунду, точность позиционирования 1 мм, скорость передвижения от 0 до 2 м/с., более подробно при переписке

Не слишком ли большая "плоскость" для обычной человеческой руки ? И 2 м/с - не слишком ли быстро ? Странная задача какая-то ...

Проще засунуть в каретку акселерометры и снимать показания по радиоканалу.

А какая необходимость применять для этой цели компьютерное зрение? Компьютерное зрение применяется в том случае когда ее нельзя решить другими способами. То что Вы описали уже давно решено например в старых матричных принтерах и механических мышках. Эти старые подходы будут работать значительно более надежнее, чем компьютерное зрение и дешевле. Но я могу решить данную проблему и с помощью компьютерного зрения, если есть лишних несколько килобаксов