随着低慢小航空器在航拍摄影、交通运输、军事侦察等领域得到广泛应用,处于非监管状态下的低慢小航空器威胁公共安全的事件也时有发生,因此,能够用于该目标的预警手段及设备得到了更大范围的关注与发展。在可见光成像领域,常用长焦成像系统拍摄远处目标,但传统的长焦成像系统由于受到制造以及成本所限,大多采用定焦模式,因此其成像视场比较受限,难以在大范围针对目标进行快速检测识别,从而达到理想的预警效果。针对以上问题,本文以FPGA为核心处理器设计了一套双焦段图像处理系统设计,该系统通过步进电机实现大小视场的快速切换,分别采用227mm与832mm两种焦段,其中大视场可用于较大范围的目标观察,小视场可用于获取目标细节信息获取。除此之外,本文还针对该双焦段镜头在实时成像及变焦过程中时存在的诸多成像问题设计了一条图像处理算法流水线,使得在改善系统成像质量的同时,又保证了系统的实时性。为此本文做了以下工作:（1）通过对国内外该系统的相关研究进行对比分析,找出这些系统设计架构的优缺点,确定了本文的系统设计方案。本文采用模块化的设计思想,将系统划分为图像采集模块、数据处理模块与镜头驱动模块,设计了各模块的实现方案,提高了系统的资源利用率,降低了系统的开发、维护与升级难度,并针对双焦段图像处理系统在成像时遇到的问题设计了一条图像处理算法流水线。（2）根据系统方案完成对图像采集模块与数据处理模块的原理图设计,完成了相应的器件选型、接口设计及PCB布局布线。针对系统镜头的大小视场切换、光阑与焦距调节,设计了ARM驱动板与步进电机相结合的镜头调节方案。完成系统三个模块的实物组装。（3）针对各模块功能需求,本文基于FPGA设计了一套完整的系统逻辑架构。架构中包含:图像采集、数据处理、数据输出以及指令交互等功能。图像采集功能完成了对CMOS传感器的参数配置与高速LVDS数据接收解串;数据处理功能完成了图像数据的DDR3缓存、算法处理;数据输出功能完成了HDMI输出以及光纤收发;指令交互功能完成了串口通信与上位机指令解析。（4）为了验证系统功能是否完备,本文还对系统的各主要功能进行了测试,测试的结果以波形图和图像显示的形式展现。同时针对测试过程中系统暴露出来的问题进行了分析,提出了系统下一步的改进方案。本文设计的双焦段图像处理系统结构简洁、功能完备、环境适应能力强。该类系统可应用于低慢小航空器预警、远距离监控等公共安防领域,有一定的工程实用价值和研究意义。