高性能低成本的图像采集和处理系统在自动测量、设备检测、安全监控等工业测控领域需求巨大。相比于CMOS图像传感器,CCD图像传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制以及技术成熟度等方面具有明显优势。发达国家对于基于CCD图像传感器的高性能图像采集和处理系统的开发已经具有了一定的经验和成功先例,而在我国,相关的技术开发还比较薄弱。因此,通过对基于CCD图像传感器的高性能图像采集和处理系统进行研究和开发,迅速掌握核心技术,积累必要的技术储备和经验,对满足我国在相关领域的需求有着重要意义。本文研究了CCD图像传感器的发展历程、结构及工作原理、性能特点,并与CMOS图像传感器进行了比较。详细分析了SONY公司的大面阵CCD图像传感器,并以此器件为核心完成了图像采集和处理系统的设计。选用CYPRESS公司的LC4256V型CPLD(Complex Programmable Logic Device)芯片和TI公司的MSP430F149型MCU(Micro Controller Unit)芯片共同构成系统的核心处理平台。以CPLD为设计载体,使用Verilog硬件描述语言实现了驱动时序设计,完成了对CCD图像传感器的控制。对CYPRESS公司的CY7C68013型USB器件进行了固件程序、驱动程序和应用程序开发,实现了高速数据传输。硬件上采用了模块化设计,并充分考虑了抗干扰措施。实际测试表明,上述系统工作稳定,具有良好的灵活性和可扩展性。