图像信息具有直观形象、处理精度高等特点,其应用越来越广泛。与此同时,人们对于图像采集的质量和效率也有着更高的要求,这就需要图像采集处理系统解决一些现实存在的问题以满足这些需求。如今的图像采集逐渐向着高分辨率、高帧率发展,由此带来了图像数据传输效率和稳定性的问题,且随着图像处理复杂度的日益提升,图像处理在实时性方面也有所欠缺。本研究主要就是针对这两方面进行的。高分辨率、高帧率意味着需要高带宽。为了获取高速的传输速率,本研究选择的是基于USB3.0与FPGA的硬件架构。通过对数据传输方案进行深入分析,选择合适的数据传输类型和传输接口,实现USB3.0数据吞吐量的最大化,以提升数据传输的效率;利用帧校验的方式实现图像数据的帧同步,使得系统具备容错校正机制,并通过添加数据缓存模块以避免数据丢失,从而提升数据传输的稳定性。而在处理实时性方面,利用FPGA器件并行处理的特点,在图像采集的过程中添加图像预处理功能,此处主要讨论了图像卷积运算和统计排序运算的FPGA实现,并给出Sobel算子和中值滤波这两个相关的运用实例,说明硬件加速的实现,这可在实际的图像应用中,减轻后端图像软件处理的压力,从而减少图像处理的总时间。通过上述的方案,实验结果表明,该系统可稳定地进行2592×1944@14fps的图像采集,具备图像帧自动纠错功能,数据传输带宽可达320 MB/s,图像预处理功能工作正常。