由于相机体积和成本的限制,相机生产厂家大多会选择单CMOS图像传感器类型结构,使得相机的最终成像是由红、绿、蓝三种颜色的像素块组成的Bayer图像。与商用相机相比,工业相机输出的是RAW格式的Bayer图像,没有进行任何处理,适合进行高质量的图像处理。为保证全色彩图像的输出,必须利用相应的插值算法在Bayer图像的基础上,为每个像素点补充其他两个的颜色分量,这个过程被称为去马赛克处理。由于工业相机可能会应用在较为特殊的场景(例如军事、航天等),就需要输出高帧频图像,进而对Bayer图像的色彩还原提出了实时性的要求。现有的算法主要可分为两类,分别是经典插值算法和高阶插值算法。经典插值算法的特点是简单、便捷,易于满足成像系统实时性的要求;高阶算法虽然色彩还原度更高,色彩信息更准确,但其计算过程往往加入了大量的乘法/卷积元算,导致其计算量过大,难以得到硬件实现。鉴于以上情况,本文提出了一种既能够准确还原图像色彩又能够尽量减少复杂度的去马赛克改进算法。通过对图像进行预处理,降低图像边缘区域的运算复杂度,再针对每个目标像素点5*5邻域范围内的水平、竖直方向梯度边缘值对边界方向进行仲裁,对色彩突变区域做精准的色彩还原,以实现全图像绿色分量的色彩还原,在此基础上利用已有点全部绿色分量,根据色差法实现红、蓝颜色分量的色彩还原。经系统仿真后发现,文本提出的算法具有良好的性能,在不增加过多运算量的同时,能够大大降低经典算法所带来的zipper效应、紫边现象等类型的色彩失真。为将改进后的算法系统中做到硬件实现,本文搭建了一套基于FPGA的图像处理系统。其中涉及到针对DDR3 SDRAM的多设备同时访问问题,这就需要利用FPGA对于DDR3 SDRAM进行仲裁,这种仲裁方式的使用能够保证多设备访问时对有序性与高效性,大大提升系统工作效率。最后,本设计是一个基于Virtex-6 FPGA集图像采集、处理及输出功能为一体的硬件系统。实现了将相机采集到的原始数据存储在SDRAM中,在FPGA中完成前文提出的Bayer图像色彩还原,进而根据后续传输的要求,可经Camera Link接口或DVI接口进行输出,实现了集CMOS相机图像采集、Bayer图像色彩还原及彩色图像输出于一体的硬件系统。本系统以Virtex-6 FPGA为硬件核心,设计了丰富的外部扩展接口,具有高可靠性、实时性强、易扩展等优点。