随着工业自动化的不断发展，工业相机作为机器视觉系统的关键组成部分不断向高速和高分辨率发展，从而对传输速率提出了很高要求，同时为增加应用的灵活性，也希望工业相机能支持即插即用功能，为此设计一种高分辨率、高帧率的即插即用图像采集系统具有重要意义。本论文设计实现了基于UVC协议的USB3.0图像采集系统，整个系统包括：图像采集模块、电源管理模块、控制处理模块、存储模块、通信模块和上位机应用程序。在图像采集模块，根据设计的指标选择了APTINA公司的MT9P006数字图像传感器，该传感器的分辨率达500万像素且具有极高的性价比；在控制处理模块以Altera公司Cyclone Ⅲ系列的EP3C40F484芯片作为主控制芯片；为了满足高清图像的传输速度，在通信模块采用USB3.0的传输方式，选择CYPRESS半导体公司的CYUSB3014作为传输控制芯片。论文在系统的硬件平台搭建的基础上，针对图像采集应用，进行了CYUSB3014USB3.0传输控制芯片的固件开发。在固件中为保证数据的传输速度，构建两个DMA通道，采用乒乓的传输方式；为固件设计了传输状态机，状态机的作用是判断通用可编程接口（GPIF）信号，接收并存储FPGA发送的图像数据，完成两个DMA通道的转换，产生帧结束中断；同时在固件中构建了两个传输线程：UVC应用线程和控制状态线程，UVC应用线程用于传输视频流，控制状态线程用来处理上位机的各种请求命令。系统运行结果表明，本文所设计的基于UVC协议的USB3.0图像采集系统具有良好的使用性，即插即用，实现真正的免驱，采集的图像清晰、稳定，图像帧率为10fps，传输速度为768Mbps。