高速数字成像系统在现实生活中有着广泛的应用前景。本文设计了一套可行的高速数字成像系统,并对其中的关键技术进行研究与实现,主要包括微处理器控制单元、图像获取单元、以及图像处理单元等。在系统设计中,采用DSP芯片实现对整个系统的控制和管理,完成系统的初始化、图像数据采集、串行通信功能。可编程逻辑门阵列(FPGA)用来完成必要的地址译码和片选、图像传感器的时序逻辑控制、图像数据格式的转换功能,DSP芯片的自启动(Boot Loader)过程也需要FPGA配合来实现。FPGA芯片的使用增加了系统的灵活性和功能可扩展性。图像获取单元采用Cypress公司生产的CYII5FM-1300A芯片。通过配置芯片内部的寄存器可以对图像的起始位置、曝光时间、图像大小和图像亮度增益等参数进行控制,同时通过功能验证寄存器,能够方便的验证CMOS图像传感器是否正常工作。通过对内部寄存器进行优化设置,可以获得满足要求的高速数字图像。利用DSP对获取的图像进行了增强处理,提高了图像的清晰度。通过实验比较,经过处理后的图像比原图像的纹理和细节更加清晰,视觉效果也更好。可靠性在现代系统设计中占据着重要地位。本文在系统设计过程中充分考虑了可靠性设计问题,从芯片的选取和电路板的PCB设计两个方面进行了研究。本文最后从软件和硬件两个方面对系统进行了优化设计,软件优化主要是针对如何减少程序的运行时间;硬件系统优化主要是针对减小电路板芯片的使用数量、减小电路板面积和降低系统的功耗。