目前,图像处理已应用与人们生活的各个方面,如医学、交通、航天、工业控制等。其重要性源于两个主要应用领域:改善图像的信息以便人们解释;为存储、传输和表示而对图像数据进行处理,以便于机器自动理解。图像增强一般是作用于图像的预处理阶段,它不考虑引起图像退化的原因,面向于特定用途,突出感兴趣的部分,抑制不关心的部分,对接收到的图像加以处理,以便于后期的理解和分析。在这一阶段一个显著的特点是算法本身比较简单,但数据量巨大。如何在有效的时间内处理完大量的数据成为一个棘手的问题,尤其是在诸如交通、军事、航天等对实时性要求较高的领域。FPGA作为一种可编程的硬件,为图像的实时处理提供了一种有效的解决方案,它兼具DSP的灵活性与专用集成电路的高速性。本文的主要工作就是研究如何在FPGA上实现高速的图像处理,论文的工作重点在于电路结构的设计而非算法本身的研究。本文首先介绍了FPGA的芯片结构,以及面向硬件的设计思维,这是实现高性能FPGA开发的关键所在。然后通过分析算法本身的特点,重点设计实现了中值滤波、直方图均衡化、二维快速傅立叶变换三个模块,并实现了图像在频域的实时处理,填补了这一领域的不足。特别的,关于中值滤波,本文充分利用硬件电路的二进制特性,设计了一种按位生成中值的电路结构,从根本上避免了比较运算,在节约资源消耗的同时提高了处理速度。在直方图均衡化电路中,采用外部存储器DDR3 SDRAM缓存图像,内部采用乒乓处理结构,实现了大尺寸、高帧频图像的实时处理。本文所设计的电路模块均给出了相应的资源消耗及可达到的处理速度,并在文中给出了图像处理的实际效果图。在设计电路结构时也充分考虑到了其实用性及可移植性,每个电路模块可方便的移植到其他系统中,且在调用时可通过修改接口参数使其满足不同大小及像素位宽的图像的处理要求,具有一定的灵活性与工程实用性。