传统的线阵图像传感器仅有一行像素感光阵列，通过像素阵列与被拍摄物体的相对运动获得二维的图像信息，应用领域主要在卫星拍摄、无人机航拍、医疗应用和工业机器视觉等，其性能主要于受到光照和运动速度的影响。时间延迟积分型图像传感器作为一种面阵结构、线阵输出的图像传感器，实现时间延迟积分累加，更加适合于低照度和高速的成像领域。CMOS技术的功耗低、兼容性强、易集成、抗辐射等特点，使得TDI-CMOS图像传感器的研究正成为新的趋势。本论文主要研究基于时间延迟积分型CMOS图像传感器的光学成像系统，分析CMOS图像传感器及时间延迟积分技术在国内外的发展现状及应用领域，讨论光学成像系统的评价参数，重点分析调制传输函数MTF在成像系统评价参数的重要意义，并详细讨论刀刃法计算调制传输函数的步骤。本文重点研究的内容是基于TDI-CMOS图像传感器成像系统的关键技术，完成成像系统的硬件电路设计与系统软件设计，采用Xilinx Virtex-5片上可编程开发板，自主设计的IP包括图像采集及处理IP、电机运动控制IP等。最后，采用调制传输函数MTF对于系统成像质量作出评价，讨论像素尺寸、累加级数对于成像质量的影响，重点研究速度失配对于调制传输函数的影响。在3lux光强下，累加级数为96级时，成像系统的调制传输函数MTF为0.5，在速度失配分别为2、5、10时，调制传输函数MTF分别下降10%、27%、35%，验证速度失配模型对于图像质量的影响。