随着计算机技术的飞速发展，实时图像处理系统现在朝着高速、高清晰度、高集成化、高可靠性方向改进。鉴于软件处理系统在实时性和速度上的不足，用硬件来实现图像处理算法正逐渐成为研究热点。可编程逻辑门阵列(FPGA)是当今运用较为广泛的可编程逻辑器件，具有速度快、可移植性强的特点，非常适合算法简单而数据量大的图像前期预处理。本文提出了一种实时图像处理系统结构，包括四个处理模块：自动曝光控制模块，颜色插值模块，自动饱和度调整模块，色度空间转换模块。该系统可实时处理CMOS传感器输出的Bayer格式图像，对图像的亮度和饱和度进行调整以获得较好的图像，最后按照YCbCr格式输出图像。本文采用FPGA平台实现，对原始的图像处理算法进行分析改进，考虑硬件资源的合理利用，采用模块化设计思想和流水线技术，从而提高实时图像处理系统的处理速度。本系统先通过PC端Modelsim软件进行功能仿真，仿真正确后在硬件平台上验证，证明本文提出的系统具有较好的性能和处理速度。