随着科学技术的发展和人类探索自然世界的不断深入,低照度成像探测技术在天文地质、生物医学、公安军事等领域得到了广泛的应用。目前实现低照度成像的图像传感器仍然以CCD(Charge Couple Device,电荷耦合器件)为主,但高昂的价格严重制约了其应用范围;而近年来出现的低成本、高灵敏度、低噪声CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)图像传感器为改变这一现状带来了新的思路,因此,研究与设计基于CMOS图像传感器的低照度成像技术具有明显的价格优势和很好的应用前景。本文通过分析目前低照度CMOS相机和制冷相机的发展现状,根据应用需要,确定了制冷型低照度CMOS相机的主要技术指标,并据此进行系统的方案设计。在此基础上,选用了高灵敏度低噪声CMOS图像传感器实现图像的采集,图像数据的传输由专用USB(Universal Serial Bus,通用串行接口)控制芯片完成,为了提高低照度情况下的成像质量,选用半导体制冷器来降低CMOS图像传感器的工作温度。论文详细阐述了CMOS图像传感器外围电路、USB控制芯片及控温电路的设计与实现过程,并对相应的固件程序设计进行了介绍。最后对设计的制冷型低照度CMOS相机的主要性能进行了实验测试,并与目前市场流行的低照度CCD相机进行了同等条件下的成像实验对比,结果表明本文研制的制冷型CMOS相机在0.01lux低照度环境下具有更好的成像性能。