图像处理技术目前在很多领域得到了广泛应用,鉴于软件处理系统在速度和实时性上的不足,用硬件来实现图像处理算法正逐渐成为研究热点。可编程逻辑门阵列(FPGA)是当今运用极其广泛的可编程逻辑器件,将FPGA技术与图像处理技术相结合,可以充分发挥FPGA硬件设计、并行处理以及多级流水线设计的优势,提高图像处理系统的数据处理能力和处理速度。FPGA为图像处理在算法以及系统结构上带来了新的方法和思路。本文设计的基于FPGA的图像采集与处理系统,是一个具有图像采集、图像处理、图像存储和图像显示功能的系统。本系统以Xilinx公司的Spartan-6 FPGA为核心器件,通过CMOS图像传感器、DDR2 SDRAM存储器和视频编码芯片构建了系统的硬件平台。并通过逻辑功能设计,采用乒乓操作方式,实现图像数据的高速采集、存储与显示功能。在系统硬件架构的基础上,本文重点研究了图像处理算法在FPGA上的硬件实现。根据FPGA的硬件结构特点,使用Verilog HDL硬件描述语言以及模块化的设计思想,实现了中值滤波、高斯滤波、Sobel边缘检测、OTSU图像二值化以及光斑检测等基本图像处理算法。本文通过改进算法和优化结构,在合理地利用硬件资源的条件下,有效地挖掘出算法内在的并行性,采用多级流水线方式优化算法,充分发挥了FPGA并行处理数据的优势,提高了图像算法模块的处理速度。本文还采用Matlab和Modelsim软件对硬件实现的图像算法进行时序仿真验证,通过性能比较分析,基于FPGA实现的图像处理能够获得很好的效果,处理速度远高于基于软件的处理速度,完全能够达到图像处理实时性的要求。最后,在FPGA上构建一个SOPC嵌入式系统,对系统各功能模块进行整合,构成一个完整的图像采集与处理系统。