在地面目标测量中，为满足新时期更高的测量精度要求，需要自动化程度高、精度高、效率高的新型定向装置。天文定向是众多定向方式的一种，其具有精度高、安全可靠等优点。传统的天文定向装置使用经纬仪对星体照准测量，获取目标质心的水平、垂直度盘读数。该方法在操作过程中要求经纬仪的十字丝分别与星体边缘相切，实际操作中由于天体运动、边缘模糊、操作不熟练等因素，影响最终的定向精度。本文所设计定向装置采用基于图像处理定向的方法，操作简单，减少了人工干预，使用过程中只要保证太阳、月亮在摄像机视场范围内。CCD成像后，利用嵌入式图像处理模块即可精确提取星体质心坐标，进一步获得CCD摄像头视轴与星体质心的夹角，再根据测角模块得到视轴转动角，得到星体与目标的夹角，与星体方位角叠加后最终得到目标与真北的方位角。本文完成了基于图像天文定向装置的设计，该装置由视频图像处理模块、测角模块、定位模块、显示模块、扩展模块等部分组成。其中视频图像处理模块采用了基于DM6446双核芯片的设计，充分应用了TI公司的DAVINCI技术进行视频应用开发。本文提出了一种日月图像质心获取算法，该算法取得了良好的拟合效果，且具有一定适应性，在星体出现部分残缺或星体亮度较低、边界模糊等日月图像质量不佳情况下依然有效；本文完成了天文解算算法的编写，该算法能更简单、快速的解算日月的视位置。本文还完成了整个定向装置应用程序的编写，完成了测角模块与CCD摄像机水平联动机械结构的设计。最后使用定向装置进行了实际的测量试验，试验结果表明，本文提出的基于图像处理的天文定向方法能够达到较高的精度，简化了操作过程，实现了方向基准测定的自动化、快速化。在星体图像受到干扰时，仍然可以取得较好的精度。