論文研究了基于Bayer格式的CCD原始圖像的顏色插值算法，并將設計的改進算法應用到以FPGA為核心的圖像采集前端。出于對成本和體積的考慮，一般的數字圖像采集系統采用單片CCD或CMOS圖像傳感器，然后在感光表面覆蓋一層顏色濾波陣yiJ（CFA），經過CFA后每個像素點只能獲得物理三基色（紅、綠、藍）其中一種分量，形成馬賽克圖像。為了獲得全彩色圖像，就要利用周圍像素點的值近似地計算出被濾掉的顏色分量，稱這個過程為顏色插值。由于當前對圖像采集系統的實時性要求越來越高，業內已經開始廣泛采用FPGA來進行圖像處理，充分發揮硬件并行運算的速度優勢，以求在處理速度和成像質量兩方面均達到滿意的效果。主要的工作內容如下：

　　本文首先介紹了彩色濾波陣列、圖像色彩恢復和插值算法的概念，然后分析和研究了當下常用的顏色插值算法，如雙線性插值算法、加權系數法等等，指出了各個算法的特點和不足；接下來針對硬件系統并行運算的特性和實時性處理的要求，結合其中兩種算法的思路設計了適用于硬件的改進算法，該算法主要引入了方向標志位的概念以及平滑的邊界仲裁法則來檢測邊界，借鑒利用梯度的三角函數關系來判斷邊界方向，通過簡化且適用于硬件的方法計算加權系數，從而選擇合適的方向進行插值。

　　在介紹了FPGA用于圖像處理的優勢后，針對FPGA的特點采用模塊化結構設計，詳細闡述了本文算法的軟件實現過程及所使用到的關鍵技術；文章設計了一個以FPGA為核心的前端圖像采集平臺，并將改進插值算法應用到整個系統當中。詳細分析了采集前端的硬件需求，討論了核心芯片的選型和硬件平臺設計中的注意事項，完成了印制電路板的制作。

　　文章通過MATLAB仿真得到了量化的性能評估數據，并選取幾種算法在硬件平臺上運行，得到了實驗圖片。最后結合圖片的視覺效果和仿真數據對幾種不同算法的效果進行了評估和比較，證明改進的算法對圖像質量有所增強，取得了良好的效果。

　　圖像信息是人類獲取的最重要的信息之一，圖像的采集和處理在現代多媒體技術中占有重要的地位Ⅲ。在日常生活中，常用于數碼相機、可視電話、多媒體IP電話和電話會議等產品；在工業生產中，圖像采集可用于材料分析、鍋爐火焰監測等；在生物醫學領域，圖像采集可以用于B超、CT、病理分析等；在金融領域，圖像采集可以用于票證處理，柜員機自動檢測等；在航空航天領域，可以用于各種運動目標的自動制導、運動物體的經緯度測定以及夜間偵察等。

　　對任意一個圖像采集系統而言，周圍環境的圖像信息都是來自于圖像傳感器。圖像傳感器獲得的原始圖像信息的完整性和正確性，對于整個采集系統是相當重要的，直接決定了最終的成像效果。從原始圖像到最終形成的真彩色圖像的變換過程，稱為色彩恢復，又叫顏色插值。顏色差值在圖像壓縮、解碼和數字圖像采集系統彩色實時顯示方面有著非常重要的應用，在過去二十年中一直是研究熱點，同時也產生了大量有價值的插值算法。然而這些插值算法一直是歐美及日韓等發達國家數碼相機制造廠商的高附加值技術，在國內的研究相對較少。

　　本文討論的顏色插值算法已經提出了有一段時間了，其中的一些算法已經在DSP處理器中得到了實現。如今，追求高速度成為了圖像處理的一個重要發展趨勢。由于DSP處理器沒有擺脫傳統CPU的串行指令執行方式，其圖像處理的速度問題一直是一個很難突破的設計瓶頸。隨著大規模集成電路（ASIC）以及現場可編程門陣列（FPGA）技術的發展，它們在圖像領域的應用越來越廣泛。這就使圖像采集和處理設計朝著速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發展，也為圖像采集和處理系統的設計與實現提供了新的方法和思路旺1。目前，采用硬件來實現各種圖像處理算法，成為了最新的研究熱點。因此，充分利用硬件系統并行運算的速度優勢，積極開展基于FPGA的顏色插值算法研究，并將其應用到圖像采集系統當中，具有重要的理論和現實意義。