经典地面光学测地技术，如等高仪、天顶筒等的测量结果不仅可解算地球自转参数(ERP)，还能解算天文学及地球科学交叉研究领域的重要物理量，即测点的铅垂线方向及其变化，并认为其是测量垂线变化的唯一直接手段。经典地面光学测地仪器因其ERP测量任务被VLBI等新型测距类技术仪器所代替而逐渐退役，但VLBI等的观测与铅垂线无关，使得开展铅垂线方向及其变化的研究面临缺少测量仪器的困难。近年来许多国家的研究机构相继开展了新型地面光学测地仪器的研制。在国内缺少此类仪器的情况下，为了满足该领域发展的需要，由山东科技大学出资，中国科学院国家天文台的技术人员于2011年成功研制出中国首台数字化天项望远镜样机(DZT-1)。DZT-1的成功为进行天文学及地球科学相关领域的研究提供了所需仪器的研制技术，对促进该领域相关研究的发展具有重要意义。除DZT本身的机械、光学及电控系统的合理设计与制造，研究这类新型仪器的图像及数据处理方法，各种误差的特征与修正方法，以及开发实用的数据处理软件，是仪器系统成功及实现其在相关研究中发挥重要作用的关键之一。　　DZT与经典地面光学测地仪器中的照相天顶筒(PZT)的观测原理基本相同，但由于DZT利用CCD相机取代照相底片作为成像终端，利用平面反射镜与高精度电子倾斜仪组合代替PZT的水银盘，并采用天文照相较差测量改变了PZT按照纲要观测的低效率观测方法，使得对仪器操作精度的要求和观测方法有很大区别，因此PZT的图像数据处理方法对DZT不再适用。对于DZT观测图像及数据处理方法，目前可参考的仅仅是国外学者在其论文中关于这方面知识的简要介绍。因此，需要在彻底了解DZT本体结构及观测方法的基础上深入分析，研究适于DZT观测及满足不同应用需要的数据处理方法，各种误差的特征与修正方法，并开发相应的应用软件。本论文主要围绕DZT图像数据处理及有关的研究工作展开。　　首先叙述了经典地面光学测地仪器的发展及特点，总结了当今国际上已有的新型地面光学测地仪器的相关参数与性能。　　然后介绍了DZT-1的仪器结构、观测原理以及操作过程。通过与经典地面光学测地仪器比较，介绍了DZT-1所具有的体积小、重量轻、可流动观测、观测效率高等优点，以及其可广泛用于地面自主快速天文定位、垂线偏差流动测量、地球自转参数(ERP)测量以及铅垂线变化与地震关系的研究。　　DZT以恒星为信标测量观测点铅垂线的方向，恒星的位置精度直接影响最后的测量结果。为此根据DZT的特点及精度要求，通过综合Tycho-2和UCAC2星表的优点建立了适于DZT观测数据处理的星表DCAT。介绍了恒星观测位置及其理想坐标的计算方法，给出了详细的计算过程与公式。　　图像处理是DZT测量的重要环节。本论文介绍了星像提取及星像位置测量的方法与过程，提出了一种基于四边形的星图识别方法，该方法具有较高的识别成功率、较快的识别速度，为实时数据处理创造了有利条件。　　在建立了参考星位置与图像中星像位置之间联系的基础上，参考国外学者的研究成果，通过深入研究提出了利用DZT观测图像及数据归算观测点天文经纬度的方法。　　同时独立开发了利用DZT观测图像及数据归算观测点天文经纬度的应用软件，介绍了该软件的特点及使用方法，并对其各模块的功能以及容错处理给出了详细说明。试观测数据处理结果表明该软件具有高精度快速自动处理的优点，是检验DZT性能及DZT得以实际应用不可或缺的工具。　　为实现DZT的世界时UT的测量功能，首次提出了利用DZT观测图像及数据归算世界时UT的数据处理方法。　　为进一步提高DZT的测量精度，通过理论分析与实验研究了DZT仪器本体、观测及数据处理过程中存在的误差，分析了误差的特点及其对测量结果的影响。在不同环境下对电子倾斜仪进行了测试，依数据分析了不同环境下倾斜仪的测量性能。通过实验测量和分析了DZT-1所用CCD相机的快门延时对测量结果的影响。利用对DZT-1的试观测数据的对比分析，研究了观测图像底片模型及大气折射对测量结果的影响。　　最后介绍了DZT-1的试观测，给出了前期观测过程中存在的问题，提供了问题的解决方案。利用开发的数据处理应用软件对DZT-1后期的试观测数据进行了处理，分析表明，DZT-1试观测的单次测量精度约为0.2″～0.3″，单组（15min测量）测量精度约为0.07″～0.08″，达到了国际先进水平，表明DZT-1的研制是成功的，同时也说明所采用的数据处理方法及开发的数据处理软件是正确的。