CCD探测器凭借其高灵敏度、宽动态范围以及低噪声等特点广泛的应用于天文观测、航空航天、科学研究和空间碎片探测等领域。传统的CCD相机采用模拟相关双采样电路来降低系统的噪声,该方法可以很好的抑制复位噪声,但其无法对噪声达到最优的抑制。因此探寻新的低噪声CCD相机降噪技术具有重要的研究意义。随着数字滤波技术不断地发展,CCD数字滤波降噪技术作为一种新型的、低噪声CCD信号处理技术,正在逐渐的应用于航空航天探测等领域,能够很好的提升在暗弱天光背景下的探测能力。本文分析了CCD相机电子学系统的噪声来源和噪声特性,建立了CCD信号及噪声模型,在此基础上优化并设计了几种数字相关双采样降噪处理算法,主要有差分均值滤波、最优高斯系数加权滤波、最优双曲线系数加权滤波和最优系数加权滤波,并对各类滤波降噪算法进行了仿真实验,验证了各类算法对不同噪声的降噪性能。为了获得真实的CCD信号来对算法作进一步的验证,本文通过建立基于数据采集卡的CCD信号采集实验平台,将CCD信号采集到电脑端来验证各类算法的性能,实验结果表明实验中设计的最优系数加权滤波器的降噪性能与采用分布核系数的数字滤波器相比提升了22%-32%,与传统的相关双采样技术相比其降噪性能提升了60%。在完成算法的验证之后,本文基于已有的CCD相机平台,设计了视频信号处理电路板,替换了传统的采用了模拟相关双采样技术的电路板,将数字降噪算法移植到FPGA中实现像素级、实时的处理。与传统的信号处理电路相比,去除了模拟CDS电路,采用低噪声、高采样率的ADC（LTC2217）来对视频信号处理电路板进行了重新的设计;通过FPGA对电路板上的元器件的驱动时序进行了设计,同时也完成了异步FIFO存储器设计和数字滤波降噪算法的有效移植;搭建了CCD相机成像测试平台,对视频信号处理电路上的各个模块进行了测试验证,实现了像素级的、实时的降噪处理,满足各项设计的要求;最后完成了低噪声CCD相机成像测试,在625KHz的读出速率下,基于数字滤波降噪的CCD相机系统与传统的模拟相关双采样降噪技术相比降噪性能提升了21.3%。