本文主要实现对运动目标的高速图像采集和处理，为完成这一任务，应用了基于预测的跟踪采集方法，即根据预测结果只对目标可能出现区域进行采集，通过降低采集区域来提高图像采集和处理速度，根据该思路开发了相应的图像处理算法和轨迹预测算法，完成了视觉处理系统的整体设计，并通过实验验证了设计的效果。首先搭建了一个通用实时视觉处理系统，由摄像头、视觉处理器、上位机组成，基于LabVIEW软件开发平台和NI-RTOS（实时操作系统），开发了嵌入式实时应用程序，在此平台上建立了多线程的实时图像采集和处理程序，并实现了与上位机的高速网络通信，为对各种算法的实验提供了基础。LabVIEW强大的功能使该平台具有良好的扩展性，能够支持进一步的研究应用。对几种典型图像处理算法进行了研究比较，主要进行了图像颜色模型转换、图像分割、图像滤波以及重心提取等算法的选择，并对各种算法进行了实验分析，最终确定了适合本视觉系统的图像处理算法。对轨迹预测方法进行了研究，主要对基于扩展卡尔曼滤波和三次样条插值的预测方法进行了介绍，并与本视觉处理系统的设计相结合，完成了基于预测的跟踪采集和处理程序，最后进行了抛球实验和圆周运动实验对系统性能进行了验证。