近年来,外科手术逐渐向微创化方向发展,电子医用内窥镜已经成为微创手术不可缺少的医疗器械。由于内窥镜对图像分辨率的需求不断增加,分辨率需要从1920*1080提升到3840*2160。在视频采集、传输以及实时处理等方面,由于视频数据量成倍增加,传统内窥镜设计方案难以满足超高清内窥镜的需求。针对上述问题,本文采用并行架构的FPGA作为主处理器,设计了一套超高清内窥镜的视频采集、传输与图像增强处理系统。系统分成摄像头手柄和图像处理主机两大部分,摄像头手柄实现超高清视频采集与远距离实时传输功能,图像处理主机实现超高清视频的实时图像增强处理及显示功能。在视频采集方面,由于超高清分辨率图像传感器输出MIPI CSI-2协议数据,本文利用FPGA逻辑编程的优势,实现MIPI CSI-2协议的物理层D-PHY和协议层CSI-2,完成图像数据的解码工作。在视频远距离传输方面,摄像头手柄需要将采集到的视频数据无压缩实时传输到5m之外的图像处理主机上。本文选择基于8B/10B的Aurora协议对原始图像数据进行编码,借助Xilinx的Ser Des实现串行数据的收发。串行数据带宽为3.125Gbps,经光模块将电信号转成光信号,传输给图像处理主机。在视频实时处理及显示方面,本论文借助FPGA并行处理的优势,实现图像预处理及图像增强算法的逻辑映射。图像预处理包括:坏点去除、Bayer插值和白平衡处理。为保证处理过程颜色不发生变化,本文将色彩空间从RGB转到HSI,从对比度、饱和度和锐度三个方面对图像进行增强。为使图像不出现断帧现象,本文设计基于DDR3读写仲裁控制模块,选用两片DDR3作为外部存储器,系统带宽为25.6 Gbps。在视频显示方面,本文选用4K HDMI编码芯片Sil9136-3,视频最终在4K显示器上显示。通过对系统进行性能指标测试,本文设计的视频采集、传输与图像增强处理系统满足超高清内窥镜的需求。系统延时为110 ms,图像分辨率为3840*2160,视频帧率为30 fps。本文的设计为超高清内窥镜场景提供了一套解决方案。