随着计算机、传感器技术的迅速发展,视觉图像的分辨率越来越高,对图像处理系统集成化、可靠性要求越来越高。由于图像处理对数据处理速度、实时性的要求越来越高,对图像处理系统的体积、价格、可移植性要求越来越严格,传统使用DSP和ASIC已不能满足需求,图像处理的前期工作数据量大、传输速度高、处理速度要求高,FPGA的硬件并行处理结构非常适合这种运算。论文针对红外图像预处理的算法特点及实现要求,综合考虑FPGA逻辑资源、计算资源,以及开发工具支持,选择了结合上位计算机、USB2.0控制器及FPGA架构的硬件系统作为本次研究的实验研究平台,以FPGA为核心设计实现图像预处理模块的研究方案。论文首先对红外图像预处理的基本算法——图像边缘检测算法进行了学习和研究,进行了常用边缘检测算法的效果比较,选择了对噪声不敏感的Sobel边缘检测算法作为本文进行FPGA实现的内容；其次,结合FPGA的特点,对基于Verilog-HDL语言FPGA数字系统的设计和实现方法进行了深入研究,掌握了通过高级硬件描述语言进行专用数字图像处理电路设计的基本技巧,采用Verilog-HDL语言,在FPGA上编程实现了Sobel边缘检测的数字电路处理模块,获得了良好的处理效果；针对USB控制器的结构与功能特点,对FPGA与USB控制器通信方法,USB控制器固件编程、上位机数据通信驱动方法进行了深入研究,并编写出了USB控制器的固件程序和上位机的相关驱动及应用程序。论文实验结果表明,采用FPGA设计实现的Sobel边缘检测算法及图像预处理系统,在有效提高图像处理的速度的同时,仍可以平滑噪声并提供准确的边缘信息。