在海洋工程研究领域中,基于视觉原理的非接触测量技术为海洋平台及流体运动信息的精准测量提供了一种高效的解决途径。该技术以工业相机和图像采集卡取代传统的接触式传感器,避免了因传感器的自重而对被测目标物体运动产生的干扰,有效地提高了测量效率及精度。然而,由于图像数据信息量大,因此在实时图像处理技术中对图像采集卡的性能提出了很高的要求。本文首先介绍了图像采集卡的研究现状和前景,针对海洋工程模型试验中海洋平台及流体运动测量所提出的速度与精度要求,设计了一款基于PCI Express总线的Camera Link图像采集卡。该图像采集卡以可编程控制器FPGA为核心,通过Camera Link接口接收图像数据,并存储至外部存储器DDR2,再通过PCI Express总线接口将数据传输到上位机。本文将从采集卡整体设计、硬件接口构成以及软件程序实现等几个方面进行分析阐述。首先详细介绍了Camera Link图像采集、PCI Express总线传输接口以及DDR2接口硬件电路设计。然后研究了Camera Link图像采集模块的软件实现,并在FPGA内嵌PCIeIP硬核基础上对图像采集卡进行了PCI Express接口的软件程序设计。针对PCI Express高带宽的优势,比较详尽的叙述了PCI Express总线高速DMA数据传输实现方法。最后在QuartusⅡ11.0开发环境下利用SignalTapⅡ在线逻辑分析仪对采集卡的各个模块分别进行调试,并给出了在线调试时序图。通过实际传输测试,PCI Express总线下DMA传输带宽在500MB/s以上,并且性能稳定。利用采集卡采集到的图像与实际目标图像比对,显示效果基本达到预期要求。实验结果表明基于PCI Express,总线的Camera Link高速图像采集卡无论从图像传输速度、图像显示效果以及相机控制方面均达到了预期效果,为海洋工程实验中图像处理平台提供了很好的支持。