数字图像处理被广泛应用于生物医学、材料、遥感、通信、交通管理、军事侦察、文档处理和工业自动化等众多领域。数字图像预处理是数字图像处理得一部分,它在整个图像处理领域发挥着重要的作用。其中,图像的增强,包括图像的平滑和锐化,是最常用的预处理方法。由于数字图像本身的特性,图像处理技术有着计算量大,计算复杂等特点。单用软件实现,不能够满足一些实时性要求较高的应用,所以研究一种合理的数字图像预处理算法并加以硬件实现是十分有意义的。本文介绍了图像处理的发展以及应用情况,详尽的介绍一些有关数字图像处理基础知识,以及System C语言和系统级设计方法和流程。并且,在本文中,根据现有的数字图像预处理的原理,提出了一种改进的基于HSI色彩空间的彩色图像预处理方法,并使用系统级的设计方法加以硬件实现。这种新的算法在能够得到较好的处理效果和不增大芯片面积的前提下,大大的减少数字图像模板操作的运算次数,提高了彩色图像平滑和锐化操作的速度。另外,本文还提出了一种针对于数字图像处理的FIFO设计,和图像模板操作的硬件流水设计,进一步的提高了系统处理的速度。在本文的最后,我们详尽的分析了算法的优缺点和系统设计中出现的问题,并对算法设计和系统实现提出了改进的方向。