激光技术具有亮度高、方向性好等特点,被广泛应用于激光手术、激光加工、桥梁工程、激光制导等多个领域。快速、精确地检测定位激光光斑可用于改进光束质量,也可提高桥梁校直、激光制造、激光制导等技术的效率和精确度。典型的激光光斑检测系统由CCD相机、图像采集卡、计算机和显示器组成,主流CCD相机虽然灵敏度高、成像效果好,但帧率较低,采集过程中有时无法捕获完整的光斑图像,且图像处理基本在计算机内完成,存在体积大、成本高、实时性差等缺点,无法满足本文需求。随着微电子技术的不断发展,逐渐出现以嵌入式处理器为核心的光斑检测系统,该系统体积小、实时性高,然而单一核心的处理器在实现算法时存在一定的难度及局限性。针对上述缺点,本文采用高帧频CMOS相机为采集前端,FPGA和ARM为核心处理器,设计一套激光光斑实时检测系统。其中,高帧频CMOS相机可实现激光光斑的自动、完整捕获,FPGA+ARM共同实现光斑检测算法,可提高算法的运行速度。本系统有效降低了体积和成本,提高了检测算法的实时性。本文主要做了以下工作:（1）激光光斑检测算法设计。通过分析常用的激光光斑检测算法,本文对帧间差分法做出改进,从三个层面上提高算法的准确率:第一,对帧差后的二值图像进行分块处理和连通域融合,快速定位目标所在区域,降低算法的整体运算量,提高实时性;第二,设计一种累积帧差模板,通过将模板与帧差图像匹配来抑制场景的动态变化,降低误检率;第三,对光斑图像进行形态学处理,并采用边缘检测算子提取目标轮廓,减小噪声,平滑边缘,提高光斑检测算法的抗干扰能力。（2）激光光斑检测系统硬件设计。针对传统激光光斑检测系统的不足,兼顾硬件平台的安全性及可靠性原则,本文采用分离式系统架构。系统整体由四部分组成,分别为采集装置、主控板、底板和存储板。采集装置使用频率为320Hz的高帧频CMOS相机,可实现对激光光斑的自动、完整捕获,降低设计成本,提高系统集成度;主控板以FPGA+ARM为核心处理器,实现激光光斑检测和管理数据流功能;底板连接主控板和存储板,完成图像采集、视频输出、数据转接和外部通信功能;存储板实现图像数据存储功能。根据系统硬件架构,本文确定各个电路模块的器件型号、设计接口时序、设计电路原理图和电路板布局布线等,确保系统硬件电路稳定可靠。（3）激光光斑检测算法的逻辑设计。本文通过对检测算法的研究分析,结合核心处理器软硬件协同设计的特点,将算法分为两部分,一部分是高并行性、高带宽的数据处理工作,如建立模板、帧间差分等,由FPGA用硬件语言编码实现;另一部分是逻辑判断工作,如连通域融合、抑制动态背景等,由ARM处理完成。二者协同工作,提高了算法的实时性,实现了对激光光斑的快速、精确检测。同时,利用片内资源和外部存储芯片设计FPGA和ARM的通信机制,提高了算法的运行效率及稳定性。（4）激光光斑检测系统的算法测试。为分析评估本系统的目标检测性能,本文在复杂程度不同的背景下对激光光斑进行检测。测试结果表明,当激光光斑不小于9个像素点且与背景灰度差异大于8%时,系统即可实现有效检测;当光斑呈现不规则形状时,系统具备一定的抗干扰能力,可对其进行检测并准确计算出中心坐标及尺寸信息;当复杂场景内存在动态干扰时,系统可通过累积帧差模板将其抑制,降低误检率。本文自主设计的基于高帧频CMOS相机的激光光斑检测系统功能完备、体积小,能够自动捕获光斑并进行检测,算法实时性高、检测精度高,可抑制复杂背景的动态干扰,有望应用于工业、军事等多个领域,具有重要的工程实践意义。