数字图像处理一直是图像技术领域的研究热点,人们对图像处理的质量要求也越来越高。作为数字图像获取的源头,图像采集也是人们关注的焦点。在医疗、国防、交通监测等方面,作为图像采集设备的成像系统承担着重要的角色。随着科技的不断进步和半导体产业的逐渐兴起,人们对成像系统以及处理技术提出了更高的要求。传统的基于计算机串行结构的处理,已经不能满足人们对于实时性的要求。数字相机是目前成像设备之一,由于其生产成本以及人们对小型化的便携需求,大多数彩色数字相机所用传感器是覆盖颜色滤波阵列的CCD（Charge-coupled Device）或者CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）传感器,经过滤波阵列的图像每个像素处仅能获得一种颜色分量,需要后期进行彩色恢复处理,才可得到完整的彩色图像。从传感器获取到原始图像再经过处理得到全彩图像这个处理过程,就是去马赛克（demosaicking）过程。去马赛克算法的处理结果对彩色图像的好坏有着决定性的影响,也影响后续其他图像处理的环节。针对目前对于成像设备的小型化以及图像处理的实时性要求,本文主要做了以下工作。（1）本文设计了一套从图像采集到图像预处理和输出的小型化彩色成像硬件平台系统。其中,图像采集部分以索尼的IMX185传感器为核心设计了外围电路,图像算法处理部分以Xilinx的7系列FPGA（Field Programmable Gate Array）芯片为核心,设计了DDR3（Double Data Rate3）缓存、HDMI（High-Definition Multimedia Interface）输出等外围电路,并采用FFC（Flexible Flat Cable）连接器将两个部分进行连接,从而搭建一套从图像传感器输入到输出显示的完整硬件系统。（2）针对彩色成像过程这一问题,本文根据图像传感器的成像原理,对目前采用最广泛的Bayer格式图像传感器进行了去马赛克算法的研究。目前一些高阶的去马赛克算法由于其计算过程复杂以及计算量大等问题,难以满足嵌入式硬件实时性要求,不利于小型化应用。而现有针对于嵌入式硬件平台的去马赛克算法,依然停留在基于双线性插值算法的改进。本文在对几种去马赛克算法的充分仿真与研究下,对基于梯度插值算法进行改进,该方法对图像边缘进行了更细致的划分,加入倾斜45°方向的插值计算公式。其中,在对绿色分量采用5×5邻域范围内的梯度检测插值之后,对红色、蓝色分量不再采用简单的基于色差定律的颜色恢复,而是同样采用梯度检测结合色差定律进行恢复,并将三种分量的恢复放在同一流水线,减少图像输出的延迟。（3）对自设计图像采集系统拍摄的图像实施去马赛克算法仿真对比发现,图像有偏色现象。因此在色彩恢复的基础上,本文又设计实现了偏色校正算法进行进一步处理。本文采用了基于灰度世界算法,通过仿真对比,效果改善明显,然后将其进行硬件逻辑实现。（4）在自设计的完整图像采集处理系统上,对IMX185传感器进行驱动配置逻辑设计,对以FPGA为核心的图像处理部分进行分模块逻辑设计,将去马赛克算法以及偏色校正算法进行硬件逻辑实现,对处理后的图像进行显示及保存,并对实现的结果进行分析。经过实验测试与分析,本文设计的彩色图像采集及预处理系统具备实时性彩色图像显示和输出功能,且易便携、可适配不同分辨率,可以应用到安防监控等不同领域,具有较高的实用价值和参考意义。