高帧频相机具有直观、实时,信息量大等特点,通过对图像进行分析能够获得试验对象的运动特征信息(如位置、速度、加速度和姿态信息等),为目标跟踪、实时监控以及后续的实验分析、系统改进等提供依据,因此得到了世界各国军方以及科研等领域研究人员的广泛关注与重视。但相比较于国外发达国家,国内基本上还处于方案探索阶段,因此开展高速视频采集系统的研究将具有重要的国防价值和科研意义。本文以某型战机舱内飞行仪表和舱外炮弹发射状态的视频图像记录为应用背景,研究了高帧频图像采集的关键技术,设计了一套基于CMOS图像传感器的高帧频图像采集处理系统。提出以FPGA芯片为核心处理器的图像采集系统,并采用模块化和一体化设计思想,将颜色插值、行缓冲、流水线、数据拼接,SDRAM分区存储等多项技术应用于设计过程中,有效提高了系统的采集和传输速率。硬件电路设计采用Altera公司CycloneⅣ系列FPGA(EP4CE115)作为核心控制器件,结合Cypress公司CMOS数字图像传感器LUPA300实现了图像的采集、缓存和显示。通过对系统功能进行分析,将整个系统分为CMOS成像模块、FPGA控制模块、图像缓存模块和VGA显示模块四个部分。软件设计采用Verilog语言在QuartusⅡ编译环境下综合实现,各模块均集成在FPGA内部,模块之间独立设计,并经Modelsim仿真验证通过顶层模块实现功能互连,主要包括：时序驱动模块、图像捕获模块、图像格式转换模块、SDRAM控制器模块和VGA时序控制模块。论文详细介绍了各功能模块的工作原理与实现方法。最后对系统进行了实验测试,结果表明相机在时钟50MHz,像位深度10位,最大分辨率640×480的情况下,拍摄速度可以达到每秒215帧,基本满足高帧频实时图像采集系统的需求,为进一步研制集采集、压缩、传输与显示一体化的高帧频图像采集系统奠定了基础。