图像的采集和处理在现代多媒体技术中占有重要的地位。然而,由于采集图像的工具或手段的不同,使获得的图像无法完全体现客观世界的全部特征。因此,对图像进行预处理就显得非常重要。当今世界已是数字化信息的时代,信息在各种媒质中普遍以数字化方式存储,并且以数字化方式对信息进行存储和处理已成为信息处理的主要手段。图像采集和处理技术也开始向数字化方向转变。在高速、高分辨率、大容量图像的背景下,基于软件的传统处理方法已无法满足需求。现场可编程门阵列是当今运用极为广泛的可编程逻辑器件。采用基于FPGA的系统硬件设计方案,可以在充分发挥FPGA的现场可编程的优点的同时,利用其丰富的硬件逻辑资源,最终实现一个高性能的图像预处理系统。本课题所要实现的是一套基于FPGA的双目图像预处理系统。该系统为船舶与海洋平台间相对位置的实时测量,以及在船舶跟踪过程中实现对跟踪目标的识别及三维位置的计算提供了硬件平台。该系统的可靠性、通用性与便携性将使得该系统具有广泛的应用前景。本论文的主要工作如下：1.研究了图像预处理系统的相关理论知识。阐述了本系统中传感器初始化模块、数据采集模块、缓存模块、帧缓存控制模块、预处理模块和实时显示模块的工作原理和设计方法,并在Altera的DE2-115开发板上采用Verilog语言进行了实现,并对各模块进行了仿真测试。最后将各个模块连接实现了对OV9655图像传感器的初始化,以及图像的采集、缓存和实时显示功能。在实际测试中图像显示流畅、清晰；2.针对图像数据在传输过程中的错位问题设计了图像帧缓存控制模块,通过以帧为单位控制数据的读写过程的方法,解决了连续读写的过程中因读写速率不匹配造成的图像数据错位问题；3.阐述了基于Nios Ⅱ CPU核的SOPC系统硬件平台的构建过程,并对构建的平台进行了验证。设计了图像数据传输协议,为Nios Ⅱ和PC端的图像数据传输定义了标准的数据帧格式和步骤。该平台的搭建为实现Nios II CPU和PC端的TCP/IP通信提供了硬件平台,而图像数据传输协议的设计为后续的软件程序开发做了良好的准备工作；4.对Sobel边缘检测算法进行了研究。参考了传统Sobel算法实现方法,并结合FPGA的开发方法,给出了Sobel边缘检测算法的FPGA实现方案,经实验测试,检测效果良好。