CCD图像传感器因其动态范围宽、光电灵敏度好、信噪比高、电荷转移效率高等优势,在光电成像领域占据了重要地位；同时,基于面阵CCD的视频采集系统也获得了蓬勃的发展,迅速从模拟发展到数字,从标清走向高清,在信息化时代中有着巨大的发展潜力和市场空间。然而,其相关核心技术长期以来一直受到国外厂商的严格保密,因此对高清CCD视频采集系统,特别是对前端视频采集模块和预处理算法的自主研究有着重要的意义。本文以Bayer型面阵CCD为研究对象,首先介绍了CCD图像传感器和视频采集技术的现状及发展趋势,分析了CCD成像技术理论和Bayer型颜色滤波阵列原理。其次,结合课题需求,确定了Bayer型面阵CCD前端视频采集模块的设计目标,提出了完整的设计办案,主要包括基于FPGA的驱动、配置控制设计和基于硬件电路的驱动电路、A/D电路、电源电路设计。在此基础上,结合其芯片结构,对驱动过程和转移时序进行深入探究及分析,提出了包含驱动时序改进和PCB优化的采集模块优化方案,并进行了验证。最后,针对Bayer型图像和多通道输出图像的特点,提出了相应的预处理算法：颜色插值算法和非均匀性校正算法,以实现图像的彩色重建和均匀显示。由此完成了Bayer型CCD前端视频采集模块的设计、优化及预处理算法的研究。调试结果表明,本文所设计并优化的Bayer型CCD前端视频采集模块及预处理算法具有输出噪声低、分辨率高、性能稳定等特点,成功实现了25fps、1080p视频图像输出的设计目标,完全可以满足市场需求。