高清高速成像系统在航天遥感、地理测绘、工业检测等诸多领域都发挥着非常重要的作用。近年来,随着半导体集成工艺技术的不断进步,CMOS图像传感器逐渐取代CCD传感器在高清高速成像领域发挥着重要作用。目前,基于CMOS的高速成像技术被美、德、日等发达国家所垄断。我国也在该领域投入了大量精力进行研究,并取得了可喜的成绩,但仍与发达国家存在一定差距。因此开展以CMOS图像传感器为感光元件的高清高速成像系统研究,具有实用价值与研究意义。本文首先介绍了CMOS图像传感器成像的基本原理和技术特点,而后针对ALEXIMA公司的高性能CMOS传感器AM41V4设计了基于FPGA的嵌入式成像系统。详细介绍了AM41V4的性能指标,选定了XINLINX的Spartan6型FPGA作为主控芯片。在该成像系统的电子学设计中,主要实现了偏压模块、Cameralink输出模块、系统电源模块以及FPGA主控模块的设计。在该系统的嵌入式软件设计中,根据该CMOS的时序逻辑,在FPGA中实现了CMOS行时序与帧时序的设计。同时根据相机的数据量选用工作在Full模式下的Cameralink接口进行数据传输,并完成对串口的控制。本系统主要采用了Xilinx公司的XC6SLX75作为核心,使用Verilog语言对各功能模块进行了硬件描述,采用ISE软件对设计进行了仿真和实验调试。对成像系统进行的测试分析和实验结果表明,本论文设计的基于FPGA的CMOS高速成像处理系统可以正常稳定地实现预期功能。