视频采集系统在机器视觉领域具有十分广泛的应用。由于高清视频流数据量大且连续,传统采集系统通过SDRAM缓存以避免丢帧,增加了系统复杂性。本文通过改进视频流传输机制简化系统硬件结构,提出一种无SDRAM的采集方案；完成改进型采集系统的搭建和采集测试；为提升图像质量对图像增强及降噪算法进行深入研究。论文主要内容如下：1、阐述课题相关研究背景和意义,介绍视频采集技术的发展现状与PCIE总线技术,给出本课题的主要研究内容；2、针对传统视频流传输机制进行分析,提出开辟双公共缓冲区的改进策略并根据帧数据处理时间进行可行性论证。在此基础上分析系统整体架构,提出FPGA (EP2C5Q208)作为核心控制芯片,PEX8311作为PCIE接口芯片的设计方案；3、设计并实现系统硬件电路,包括本地总线控制模块、PCIE接口模块以及外围配置模块,同时提出DMA传输的硬件实现方案及其优化措施；4、采用Verilog语言设计并完成FPGA逻辑控制,包括数据采集模块、缓存模块以及接口芯片通信模块,并结合Modelsim进行仿真验证。此外,对DMA传输速度及特性进行测试与研究,测试速度达120.5MB/s,符合系统要求；5、在对WDM驱动模型深入研究的基础上,实现关键驱动例程的编写以及上层应用程序的开发。程序通过双缓存区乒乓操作实现视频流采集并结合DirectDraw技术进行实时显示。经过测试,系统在无SDRAM情况下实现对高清视频流(1080P,30fps)无压缩完整采集；6、针对图像动态范围较小缺陷,对基于Retinex理论图像增强算法进行深入研究并改进灰度映射算法,同时结合实际噪声特性提出一种以VMF算法为基础的滤波算法,实现对YUV彩图横纹噪声的有效滤除并大幅提高运算效率。