视频图像采集与处理技术在军事和民用等领域应用越来越广泛。在许多场景中,物体运动速度快,传统相机无法获取准确的细节信息;相比之下,高帧率相机能在短时间内获得大量的细节信息,是解决此类问题一种有效方案。本文采用KAI₀340作为高速CCD图像传感器芯片,设计了一套高帧率视频采集与处理系统,以实时输出高帧率自动白平衡彩色视频流。其中,CCD驱动电路设计,高效Bayer插值,以及高效自动白平衡处理,是系统研制中面临的三大难点问题,也是本文的主要贡献。本文首先对高帧率视频采集与处理系统进行了总体结构的设计。该系统包含光学成像、CCD驱动、视频输出与转化、视频流实时预处理,以及电源供电五大模块;其中,CCD驱动模块是实现高帧率视频采集控制的关键和难点。本文重点对KAI₀340的控制逻辑及驱动进行了研究,在此基础上为其设计了逻辑控制时序以及驱动电路。硬件测试表明,所设计的驱动达到要求;KAI₀340可输出分辨率为640*480帧率为200fps,或者分辨率为228*164帧率为1400fps的模拟视频信号。本系统CCD所采集到的高帧率图像非全彩色图像,而是Bayer格式的彩色图像,即每个像素点只包含RGB三原色中的一个色彩分量。针对这一问题,系统需要在图像预处理模块中进行实时Bayer插值恢复出全彩色图像。本文利用Matlab仿真了典型的Bayer插值算法,在对这些算法性能分析评估的基础上,提出了一种综合了一阶微分梯度插值算法与双线性插值算法优点的改进插值算法。该算法提高了色彩恢复的质量。然后,对改进的插值算法在FPGA平台上进行了实现。针对CCD采集的视频图像在不同色温下会出现偏色的问题,系统在图像预处理模块中也需要实现视频流的实时偏色校正。本文对典型的自动白平衡算法进行了研究和Matlab仿真,在此基础上改进了白点检测算法。改进的白点检测算法能够得到更加稳定的性能。最后,本文在FPGA平台上设计并实现了该算法。