一般中低端彩色相机是在其CCD或者CMOS图像传感器的表面覆上一层彩色滤波阵列再结合插值算法来获得彩色图像。这种采用彩色滤波阵列的方法使数码相机的成本和体积都降下来了，但同时也带了一个问题就是选择什么样的方法才能将丢失的颜色信息最大程度地找回来，使恢复出来的图像最能被人眼接受。用这种覆盖CFA的图像传感器拍摄出来的图像被称之为马赛克图像。将马赛克图像还原成全彩色图像的过程成为彩色复原或插值，或者是去马赛克。迄今为止，已经有很多成熟的插值算法被人们应用在各种需求中，如双线性算法、自适应插值算法等。这些算法中有的计算简单，易于硬件实现，但是插值效果却不尽人意；有的插值效果不错，却因为计算复杂而难于在硬件上实现。面对着高速的图像采集系统，人们一直在寻找一种既能用硬件实现效果又不错的方法。随着可编程逻辑器件的出现和发展，人们发现这类器件在图像处理方面有很大的优势而且可以进行硬件上的并行处理运算，于是采用FPGA来实现图像复原系统能实现处理速度和成像质量之间的平衡。本文首先回顾了部分典型的插值算法，通过比较分析和总结了各种方法的优势和不足，并针对实时处理的要求，以其中一种算法的思想为基础提出了一种改进的插值算法。该算法首先用基于梯度的算法恢复整幅图像中的绿色分量，然后通过判断像素点属于哪个方向上的颜色族来插值红色和绿色分量。该算法思路简单而且易于实现，适用于实时处理的高速数字相机系统。然后以实现该算法为目的设计了一个硬件系统。该硬件系统分为两部分，一部分是前端成像部分，用来实现马赛克图像采集；另一部分是图像处理部分，用来将马赛克图像复原成全彩色图像。在本文中详细讨论了芯片选型，电路设计以及设计过程中需要注意的事项，完成了整个电路板的制作。最后采用VHDL对该算法进行了仿真，并在FPGA中实现了该算法。