随着科技的进步和发展,高速摄像在科学研究、工业制造以及日常生活中的作用越来越重要。目前,由于我国对于高速相机的研发进展总体比较缓慢,并且提高相机帧率会增加图像数据的传输带宽,所以提高相机帧率一直是我国高速相机发展存在的瓶颈。FPGA即现场可编程门阵列,它具有可编程、高集成度、高速并行和稳定性好等优点,尤其在高速并行数据传输方面优势明显,所以FPGA非常适合作为高速相机的主控芯片。基于此,本文选择对超高帧频的图像采集与传输系统的FPGA实现进行研究。首先本文根据选取的LUX1310图像传感器和FMC连接器搭建图像采集子卡,用Cadence软件绘制了图像采集子卡的原理图,并最终实现了图像采集子卡;接着利用模块化思想将整个方案分为主控制逻辑、动态数据对齐、非均匀性校正和光纤传输等模块,同时对各个模块利用Verilog代码进行了硬件实现;然后针对LUX1310图像传感器输出的高速图像数据存在延迟导致的采样不稳定问题,提出了一种动态数据对齐算法,该算法利用动态调节延迟的递增或递减的方式来检测数据转换的边缘并测量数据宽度,图像数据在时钟边缘被稳定采样,保证了图像数据的稳健接收;同时针对在超高帧频图像采集过程中存在的非均匀性问题,提出了一种非均匀性校正算法,该算法利用单步循环微调方式求得偏置校正因子并在不同光照强度下求得增益校正因子,使图像出现的非均匀性问题得到有效的改善,提高了图像质量。最后搭建了以KC705开发板和双端口10GbE万兆光纤网卡为主要模块的实验平台,对超高帧频图像采集与传输系统的寄存器读写、数据处理、非均匀性校正、图像采集等都进行了测试,最终经过测试表明该超高帧频图像采集与传输系统工作正常。最终测试得在10Gbps的带宽下分辨率为640*512时可以达到的帧率为2443fps。本设计可广泛应用于生物医学、体育运动、能源化工等领域,具有很好的应用前景。