图像匹配是数字图像处理研究中的热门领域,随着计算机硬件的发展,图像匹配应用到许多领域中,如物体识别、环境监测、三维建模、图像拼接、机器人定位与导航等。SIFT匹配算法是目前匹配算法中最有效的方法之一,可以保证图像的旋转不变性,缩放不变性,亮度不变性。但图像数据量太大,使用软件进行SIFT匹配难以满足实时性的要求。因此软硬件结合,利用FPGA的并行处理能力缩短计算时间,利用软件对系统灵活控制,构建图像匹配系统的SOPC设计,是目前解决图像匹配系统实时性问题的重要研究方向。针对图像匹配实时性与灵活性,本文重点研究了图像匹配系统的SOPC设计。针对图像匹配实时处理的需求,在算法改进方面,结合小波变换和聚类分析方法对匹配系统进行算法改进。针对图像不同大小,匹配系统需要灵活处理,结合软硬件协同设计技术,设计基于SIFT的图像匹配系统的软硬件框架,最后使用ZC702评估板搭建图像匹配系统。在算法改进部分,先利用小波变换提取原始图像的低频分量,进行粗匹配。然后利用聚类分析方法对匹配位置进行粗略估计,分别截取两张匹配图像聚类中心附近的图像进行细匹配,得到最终的图像匹配关系。粗匹配和细匹配两次匹配代替直接匹配方法,在保证匹配算法准确性的前提下,大大减少了匹配时间,提高了图像匹配系统的效率。在软硬件协同设计方面,针对SIFT图像匹配系统的SOPC设计,一方面使用FPGA实现SIFT生成描述子的计算和特征点描述子之间的匹配,将复杂的图像处理计算利用硬件加速实现。另一方面结合软件设计,对系统中需要灵活处理的算法进行软件设计,软硬件结合,发挥硬件和软件各自的优势,使得匹配系统整体性能更好,处理图像更加灵活。本文设计的图像匹配系统将硬件系统与软件系统相结合,使用Xilinx的ZC702评估板,通过以太网与上位机通信,搭建图像匹配系统的SOPC设计。测试结果表明,图像匹配系统具备一定的实时性,一定的旋转不变性和光照不变性,并且对噪声也具有一定的抗性。