随着机器视觉的高速发展,视频和图像的应用越来越广泛,人们对图像质量的要求不断提高。而工业相机作为机器视觉的基石和核心部分,负责将被检测的对象转换成数字或者模拟图像信号,根本上决定了图像质量的优劣。根据不同的应用需求,涌现出种类丰富的工业相机。现有的工业相机系统大多针对可见光范围的应用,以国外的图像传感器为主,价格昂贵,功能简单,同时图像传感器在未来还可能受到国外出口的限制,因此本论文采用国产图像传感器芯片研制出基于FPGA的全光谱工业相机系统。本系统硬件上可以兼容长光辰芯光电技术公司生产的GSENSE2020BSI和GSENSE400BSI两款背照式面阵CMOS芯片,采用灵活可编程逻辑器件FPGA作为主控芯片和数据处理核心,高速、大容量的DDR3作为图像高速缓存中心,高带宽的USB3.0作为FPGA和PC之间数据传输接口,可以实现420万像素43fps的视频流显示。通过程序控制电动滤镜轮切换特定波长范围的滤光片,相机可用于紫外、可见光、近红外波段的工业或科学级检测,实现一机多用。此外相机还预留7pin航空头I/O接口,一方面实现GPIO或者光耦隔离的外部信号触发,另一方面可作为外部供电接口。软件上首先用FPGA进行可编程逻辑开发,依次实现接口协议转换、图像传感器驱动、高速数据接收、数据处理及转发功能。然后基于DDR3的高速帧缓存功能,实现图像的上下翻转,并有效改善在兼容USB2.0接口传输时带宽不足引起的丢帧现象,此外还在USB3.0传输接口下,提出基于DDR3的帧重传机制,丰富了 DDR3的功能。然后对USB3.0进行固件开发实现数据的高速传输。最后基于C++开发易于使用的上位机软件,实时控制和显示视频流,实现分辨率切换、图像有效位深度切换、多档帧率调节、曝光调节、增益调节、ROI、外部触发控制等功能。最后基于硬件与软件系统,进行板级的联调和整体性能测试,达到工业级相机的标准,实现了量产,检验了设计的可靠性,对于其在现代工业和科研领域的应用,本论文也展示了优良的效果。