高速数字相机能够将高速流逝过程放慢到人眼可以分辨的程度,是研究瞬态现象的一种强有力工具,在工业、科研和军事领域都有着十分广泛的应用。传统高速相机一般采用CCD传感器作为感光器件,由于受器件内部结构的制约,此类相机无法在速度方面获得更大的提升。而CMOS图像传感器在集成度和读出速度方面有着更为突出的优势,随着制造工艺的飞速发展,其画质方面的不足也得以弥补,为高速相机的发展注入了新的活力。近年来世界各国在高速相机领域投入大量精力并取得了良好成效,积极开展高分辨率高速相机的自主研制对国内相关领域的发展具有重大意义。本设计正是基于CMOS传感器对高分辨率高速相机做的一个研究和尝试,为后期其它相关研究提供一定的基础。本文的主要工作有:1、高分辨率高速CMOS相机系统的方案制定,通过对采集、控制、存储和传输等相机关键技术的分析以及具体器件类型的对比,确定了CMOS+FPGA+DDR2 SDRAM+Camera Link的系统设计方案;2、相机系统硬件平台的搭建,详细描述了系统各模块的电路设计,包括高速CMOS图像采集模块设计、FPGA控制模块设计、DDR2帧缓存模块设计和Camera Link接口模块设计,并在分析高速制版要求的基础上完成了相机系统的PCB设计与调试;3、相机系统的逻辑设计和验证,在FPGA内部对图像数据的采集与缓存、SPI接口的工作参数配置、DDR2存储芯片的读写等模块进行了设计和仿真,验证了整体方案的可行性。本文将LUPA 1300-2 CMOS传感器应用于高分辨率高速相机中,满足了分辨率和速度两方面的需求,其可编程开窗特性有效提高了相机系统的灵活性;通过引入DDR2做帧缓存减小了接口带宽对前端高速采集的限制,使高帧频拍摄成为可能,据我们所知目前国内未见相关报道。实验结果表明,本文所设计的高分辨高速CMOS相机硬件平台工作稳定,为后期进一步研究打下了良好的基础。