随着Bayer格式颜色滤波阵列（CFA）在数码相机中越来越广泛的应用，Bayer格式图像的彩色还原算法研究及算法的硬件实现就成了数码相机的关键技术。与此同时，系统的小型化、高速化、智能化需求为数码相机的发展带来了新的挑战，FPGA的快速发展又为应对这一系列挑战带来了新的思路。因此，本论文主要针对颜色插值算法在图像质量、处理速度及资源消耗上的改进以及改进算法的FPGA实现展开工作，工作内容如下：回顾了经典的Demosaicing算法，并从算法恢复后的图像质量、算法的FPGA实现角度对经典算法进行了分析，为设计新算法提供了指导依据。结合双线性插值算法的平滑滤波特性及基于梯度的插值算法的边缘敏感特性提出了一种满足数码相机较高处理实时性、较低资源消耗及较高彩色还原质量要求的图像插值新算法；为发挥两算法各自的优点，算法设计中将通过阈值有针对性地进行插值方法的选择，并将基于梯度的插值机制应用于红色及蓝色分量的恢复，保证全通道分量得到同样的处理效果。完成算法设计后，从算法的FPGA实现角度对新算法进行了评估，并通过MATLAB仿真工具以一些典型图片对经典的及新设计的插值算法进行了仿真测试。测试对比结果表明：全通道梯度阈定插值算法恢复后的图像质量有所改善。设计了新算法的FPGA实现及验证方案，并从节省资源角度提出了数据缓存的实现方案，从提高处理实时性角度提出了插值计算的实现方案。以VHDL语言为硬件描述语言，采用Altera公司Cyclone器件系列的FPGA芯片EP1C3T1007，完成了新算法的高实时性处理及低资源消耗实现。在提高处理实时性过程中，采用了并行处理及流水线处理设计思想。完成了系统硬件实现的方案设计及其中各模块的器件选型工作。分析了系统硬件电路的设计关键，为系统硬件平台的搭建提供了指导依据。