设计了一种以FPGA为核心处理器、CMOS图像传感器为图像输入、硅基OLED微显示器为图像输出的光电成像与显示电路。该电路由传感器板、图像处理板和接口板组成, 实现了光电信号的转换、数字图像处理及最终的图像显示, 具有体积小、重量轻、功耗低、扩展性强等优点, 对便携式光电成像设备的设计具有一定的参考价值。

为了提高时间延迟积分互补金属氧化物半导体(TDI CMOS)图像传感器的成像质量，研究了TDI CMOS图像传感器中曝光时间的选取对成像质量的影响。基于行滚筒曝光读出原理，分别分析了曝光时间对信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)的影响机理，根据分析结果，提出在级数已选定的情况下，曝光时间的选取存在最优值，此时得到的图像质量较好。为验证结论，基于自主研发的TDI CMOS 图像传感器芯片及现场可编程门阵列(FPGA)开发板，搭建了TDI CMOS 图像传感器成像测试系统。实验中采用MTF×SNR 作为评价图像质量的指标，实验结果表明，在选定的相机参数下，积分级数为8级，光强为20 lx时，TDI CMOS 图像传感器曝光时间选取64 ms时所得到的图像质量最好，此时MTF×SNR 最大。

研究了时间延迟积分型面阵互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器调制传递函数（MTF）速度失配特性，在分析累加级数、像素尺寸、镜头放大倍数、行周期及电机运动速度失配等影响因素的基础上，建立了MTF速度失配模型。基于现场可编程门阵列(FPGA)开发板，搭建面阵CMOS图像传感器实现线阵时间延时积分（TDI）的CMOS测试系统。实验结果表明，在光强为3 lx，速度失配M(ΔV/V)<2，8级时间延迟积分与面阵成像相比，MTF值提高50%；当累加级数为8级，速度失配满足M(ΔV/V)=2的速度失配容限时，奈奎斯特频率处的MTF值下降10%，当速度失配达到M(ΔV/V)=10时，MTF值下降35%。

为提高光电编码器的分辨力，并缩小体积，提出一种基于图像处理技术的面阵图像式光电编码器。根据光电编码器的性能指标要求设计了光学码盘；然后，通过互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器采集旋转码盘的图案，由复杂可编程逻辑控件(CPLD)，数字信号处理器(DSP)组成的处理电路接收图像数据，通过图形识别算法得到粗码角度，并采用改进的基准线质心算法，计算亚像素级的精码角度信息。最后由粗码和精码组成光电编码器测角数据。实验结果表明，设计码盘直径为45 mm的图像式光电编码器，在不配备光学镜头的前提下，采用精码细分技术，可实现4096份细分，测角分辨力达到5″，角度测量误差峰峰值为51″。且改进质心算法能有效地抑制噪声，提高测量精度。该图像式编码和精码细分技术可以提高编码器的分辨力，缩小编码器体积，减轻重量。满足航空航天领域对小型化光电编码器的需求。

通过图像处理方法, 用软件的方式(亚像元细分)对目标进行定位是一个可有效提高测量精度的途径。主要对互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器亚像元细分精度的测试方法和测试结果进行研讨。利用压电陶瓷(PZT)精密快扫振镜(FSM)和基于互补金属氧化物半导体图像传感器OV7620的数字相机构建了实验系统, 对该互补金属氧化物半导体图像传感器OV7620的亚像元细分精度进行了实验研究。结果表明, OV7620的质心定位精度达到0.17 pixel, 即能够实现六细分, 互补金属氧化物半导体图像传感器具有实现亚像元细分的能力, 能够应用于以光斑质心检测为手段的测量系统中。