科学级CCD相机因为输出图像信噪比高、适用温度范围宽、成像线性度良好等优点，在天文探测、军事监控、航空航天等领域有广阔的应用前景。为充分发挥科学级CCD芯片输出信噪比高等优越性，本文设计并实现了一套具有高信噪比特性的图像数据采集系统。本文首先分析了通常使用的科学级CCD图像采集系统结构，为满足高信噪比等特殊要求，结合国际通用图像数据处理方式，优化了原有系统结构。本文设计了高性能电路实现CCD模拟前端功能，并采用USB 2.0传输和计算机处理图像数据相结合的图像数据传输、处理方式。根据拟定的图像数据采集系统结构，本文介绍了各功能部分详细设计，包括CCD模拟前端、USB 2.0传输及相关电路等设计。本文针对要提高图像采集系统信噪比等参数的要求，完成了科学级CCD相机成像系统的设计和实现。最后，本文对实际制作的样机进行详细测试和分析。测试结果表明本文设计的系统各部分工作正常、输出图像数据信噪比较高、输出图像比较清晰，能满足科学级CCD相机对信噪比的要求。