随着红外探测器焦平面阵列性能和红外图像处理相关算法的不断发展，红外成像系统在军事和民用领域的应用也越来越广泛。它是一种把肉眼不可见的红外热辐射转换为可见光的波长转换技术，利用景物本身各部分温度辐射与发射率的差异获得图像细节，将红外辐射图像转化为可见光图像。由于其在夜视、透烟、透雾等方面的特殊性，目前，西方国家的武器装备已经无一例外的装备了红外成像系统，可以说，红外成像技术已经成为一个国家武器水平的标志。除此之外，在民用领域，红外成像技术也已在安防、消防、电力、医疗、建筑、遥感等方面得到了广泛应用。因此，对于红外成像系统的研究具有很大的价值。本文在以FPGA为核心控制和处理器件的硬件平台上实现了制冷型红外探测器的控制和图像采集与处理，并提出了针对高帧率图像采集的基于PCI-Express总线的红外图像采集卡的设计方案。分析了红外探测器盲元的产生原因，并对盲元进行了检测与补偿。在分析了原始红外图像的非均匀性产生原因，对比了多种非均匀性校正算法之后，采用两点校正法实现了红外图像非均匀性的校正，将其以PAL制式的形式显示于视频监视器上。对于红外图像跟踪算法中用到的对数极坐标变换算法，本文采用查找表的方法在Simulink中对算法建模，用DSP_Builder对算法进行HDL文件转化，并用modelsim对算法进行了仿真，对仿真结果进行了分析。论文最后，针对红外高帧率的图像采集，提出了三种基于PCI-Express总线的高帧率图像采集卡的设计方案。