本文为了解决微小型无人飞行器的姿态信息提取问题，考虑到常用的导航方式如惯性导航的误差漂移以及GPS导航的应用领域受限等问题，应用于微小型无人飞行器上有一定局限性，采用视觉导航作为辅助导航，在其他导航方式失灵的情况下，辅助进行飞行器姿态信息的提取。首先，本文研究了提取机载摄像机采集的图像中特征直线地平线的方法。对图像进行暗原色去雾过程中得到的副产物暗原色图像进行边缘检测，然后结合Hough直线检测、最小二乘法、旋转法等获得地平线直线方程；基于地平线直线方程，利用线性摄像机的成像投影关系，推导出在图像坐标系中地平线直线方程与微小型无人飞行器姿态角之间的关联关系，进而利用得到的地平线参数计算姿态角：滚转角和俯仰角，并通过实验验证了算法的正确性。其次，在Matlab环境下对算法进行仿真验证后，将算法移植到DM642中进行硬件的实时实现。根据视觉处理系统的要求，对基于DM642的视觉处理系统进行了硬件搭建；并且在此基础上，对视觉处理系统的软件进行了设计。程序运行结果显示，算法的可行性、实时性良好。然后，设计了微小型无人飞行器视觉导航半实物仿真系统，用于在实验室环境下对微小型无人飞行器的空中飞行动态场景进行模拟，以便对视觉处理系统以及姿态信息提取算法的性能进行实验验证。最后，在实验室环境下进行了视觉导航半实物仿真实验，模拟飞行器的飞行轨迹以及姿态角的变化，然后利用姿态信息提取算法进行姿态角的提取。实验结果表明，利用该视觉导航半实物仿真系统以及姿态信息提取算法能够准确获得地平线的直线参数，进而得到精确度较高的姿态角等信息，并且具有较好的实时性。