高帧频高分辨率CMOS相机是一种记录高速运动瞬间,并将瞬间过程降低到人眼极限分辨率以下显示处理的相机,在对载荷和系统稳定性要求苛刻的军事、航天等领域得到越来越广泛的应用。目前,高帧频高分辨率相机的关键生产和研究技术主要掌握在发达国家公司手中,其产品价格昂贵,且存在进口限制。基于国外技术壁垒和国内技术落后的现状,研究低噪声、高动态范围、大视野、低成本的的高帧频高分辨率CMOS相机系统对推动我国军事和国防的发展具有巨大意义。本文以美国LUXIMA公司的CMOS数字图像传感器LUX1310为研究对象,研究了LUX1310的特征和各项参数,分析了其具体设计要求。以此为基础,设计出LUX1310+FPGA+DDR3+CameraLink+Flash+RS485上位机的高帧频高分辨率CMOS相机系统架构,并完成芯片选型。其次,依据系统方案和芯片特点,设计硬件电路,绘制PCB板,并调试各硬件模块,完成系统的硬件平台搭建。最后,对系统进行FPGA软件程序设计和上位机界面设计,验证系统方案的可行性,同时提出适合LUX1310的校正算法,改善图像质量。实验结果表明,本文设计的高帧频高分辨率CMOS相机系统稳定性好,实现了1000帧／秒条件下1280×1024分辨率缓存成像和400帧／秒条件下1280×1024分辨率实时显示成像,还可以根据不同的场景通过上位机选择开窗模式,操作方便灵活,能满足不同的拍摄要求。针对本传感器多通道输出非均匀性较大的特点,提出了基于ADC偏置的非均匀性校正方法,相机信噪比最高达到53dB,显著改善了图像质量。同时,提出了适合本系统的图像均值自动增益和自动快门方法,在不同光照环境下都能获得高质量图像,动态范围达到73dB。