本文设计和研究了一种基于FPGA的图像预处理系统,以满足工业自动化中日益强烈的实时性需求;同时系统增设的显示功能和对外接口,方便了实时监测和系统扩展。系统总体上由硬件设计、软件设计和基于FPGA的图像预处理算法组成。硬件设计方面,在以Cyclone II系列FPGA芯片EP2C20作为中央处理器的外围,配置了视频解码芯片、视频编码芯片、SRAM存储器和FIFO存储器,以实现图像数据的采集、显示、存储和向高级图像处理器件的传送。软件设计方面,依次实现图像的采集、显示和帧存控制,以构建与硬件芯片的接口,完成相应芯片功能;此外,专用的上电复位模块满足了不同芯片的上电复位要求,异步FIFO模块平衡了系统内外时钟,以形成同步电路系统。最后基于构建的系统平台,探讨了图像预处理算法中大量使用的模板卷积在FPGA中的实现问题,研究了流水线技术在其中的应用;将3×3窗口中值滤波算法进行修正,以提高图像细节保留程度;独立提出5×5窗口改进中值滤波算法,极大减少了数据运算量,提高了运行速度。以上算法均经仿真测试得到验证。系统实验和性能分析表明,本文的图像预处理系统实现了预定功能,满足了实时性要求,具有一定的应用价值。