针对原有大型激光装置在双光学目标条件下无法实现光路对接准直的缺点，本文提出了一种基于双目标识别和准直数学模型改进的光路自动准直方法，主要从双目标识别算法实现和多光路、双目标准直数字模型的构建两个方面进行优化。首先，提出基于圆拟合的双光学目标识别图像处理算法，实现了双光学目标的识别，为光路对接准直的成功提供保障；其次，构建新的多光路、双目标自动准直数学模型，为光路准直中各个准直参数的标定和计算提供指导；最后，优化准直流程的调度，对多个光路进行并行准直，提高光路对接准直流程的效率。实验结果表明：本文提出的基于圆拟合的双光学目标识别算法实现了光路对接准直流程中的模拟光目标和主激光目标的识别，识别误差精度小于3个像素，处理时间小于1 s，满足了大型激光装置光路对接准直过程对于精度和效率的要求。本文构建的基于多光路、双目标自动准直数学模型对于光路对接准直流程的成功具有指导意义。