实时图像处理技术在社会生活中的各个方面有着广泛的应用,然而当前实时图像处理面临的重要问题是处理速度不足。现场可编程门阵列(FPGA)等一些可编程逻辑器件的并行结构特点为高速图像处理提供了新的思路,基于可编程片上系统的SOPC(System on Programmable Chip,可编程片上系统)技术是FPGA中的关键技术,它能将并行计算和并行结构集于一身,能够大大加快处理速度,实时的完成图像处理任务。本文在分析各种图像处理系统平台的基础上,提出了一种FPGA内嵌NiosⅡ软核处理器的实时图像处理系统设计方案,系统具有设计灵活、结构简单,可编程性好的特点。利用QuartusⅡ软件设计整个系统的电路。详细的讨论了图像采集处理系统硬件电路的设计方法,通过Veilog HDL硬件编程实现了对图像传感器,图像存储器的控制,把固有的组件和自定义组件组合起来形成SOPC系统,完成基于FPGA的实时图像处理系统。针对系统的实时处理任务,在图像处理模块中设计了各种滤波算法,分析了图像处理的特点及其基本处理方法,通过改进算法和优化结构,在合理利用硬件资源的条件下,有效地挖掘出算法内在的并行性,采用模块化设计思想,提高了图像处理模块的处理速度,初步研究了基于FPGA的图像低层次硬件化处理方法的实现。对数字图像滤波方法进行了对比分析和优化,在FPGA中由Verilog HDL编程结合QuartusⅡ软件提供的各种宏功能模块实现了灰度增强算法、改进中值滤波算法、基于Sobel算子的边缘检测算法、基于拉普拉斯算子的锐化处理等几种滤波算法。尽可能少的使用了乘法运算使电路设计结构简单,节省系统资源。由于滤波算法采用的都是基本算术逻辑运算,完全能够保证处理的实时性。通过对采集到的同一幅图像分别在FPGA硬件与软件上做处理,对结果分析表明了使用FPGA进行图像处理不仅能达到很好的滤波效果,而且其处理速度远远高于使用软件方法进行处理,可以很好的满足实时处理要求,最后对系统资源消耗作了简要分析,表明所设计的系统在满足性能需求时,资源消耗比较少。