随着技术的不断更新,CMOS图像传感器在噪声消除、暗电流消减以及光敏性增强等方面都有了长足的进步,它代表了图像采集领域中最先进的成像技术,具有极其广泛的应用前景。实现CMOS图像传感器内核、控制系统和图像信号处理器的单片集成,以获得更小的芯片面积、更高的稳定性和更低的功耗,是CMOS图像传感器发展的一个重要方向。本论文以CMOS图像传感器为基础,主要对稳定、高效的控制系统和完善的图像信号处理功能进行研究、设计和验证,为进一步开展单片传感系统的研究提供了良好的基础。具体研究成果有:1.实现了专用化设计的I~2C总线和SDRAM控制器以及同步化设计的USB控制器,保证了系统的稳定运行并提供了高效的数据传输能力。2.对通用SRAM控制器的接口采用同步化设计并增加了可编程能力,降低了设计开发难度,缩短了系统开发周期。3.提出一种片上低功耗实时运动检测算法,通过图像的等间隔采样和两位比较,将运算量降低到了传统算法的2.5‰。同时,算法实现了检测位和阈值的自适应调节以及检测精度的可编程化。实验结果表明,该算法检测精度高,对光线适应能力强,并具有低功耗、抗噪声的特性。4.采用基于3×3邻域的拉普拉斯锐化滤波算法完成图像的边缘锐化。通过优化内部运算单元时序,使输出图像序列仅仅延迟一行的数据输入时间,提高了系统性能。实验结果表明,该算法能够实时处理并获得边缘清晰的视频图像。项目组采用HV7131GP CMOS图像传感器,以FPGA开发板为测试平台,对本文中设计的控制器以及图像信号处理算法进行了验证。测试结果表明,系统能够在低功耗模式下稳定、高效地显示视频图像,并具有初步的良好的图像处理效果。