随着硬件制造工艺和集成电路水平的飞速发展,CMOS成像系统在近几十年的发展十分迅速。与CCD探测器相比,CMOS具有驱动简单、集成度高、功耗低、帧频高、控制灵活、开发周期短、抗辐射能力强等优点。CMOS探测器可直接输出数字信号,因此在高速数字成像领域中的地位越来越重要。发达国家已经将CMOS成像系统应用于航空光学遥感、星敏感器等空间探测领域,并且已取得了不少的成就。目前,国内已将高速大面阵数字成像技术广泛应用于空间遥感、社会医疗、交通监控、智能手机、汽车立体倒车影像和国防等多个领域。高集成度低成本的高速大面阵彩色相机成像系统已成为各类应用领域的不可或缺的一部分。为了解决传统三探测器彩色相机成像系统中高成本大体积的问题,柯达工程师提出一种解决方案:在探测器的感光表面镀一层马赛克膜,在该马赛克膜中,红、绿、蓝三色信息是按照一定规律的方式排列在一起。镀膜后的CMOS仅能输出灰度数字图像,为了得到彩色图像,必须选择合适的彩色图像复原算法将此灰度图像复原成最终显示彩色图像。本文对经典的彩色图像复原算法分别进行理论分析、实验仿真,充分掌握各个复原算法的优缺点,综合各个复原算法的特点,在已有的经典算法基础上进行改进,以一组测试图像为例,利用峰值信噪比(PSNR)分别对各个复原算法进行客观评价。文本提出一种高质量的实时彩色图像复原算法,该算法是基于Bayer格式图像,与经典的双线性插值算法相比,复原后图像的PSNR提高7.2%。本文设计了一种彩色图像复原系统,该系统是由FPGA驱动CMOS探测器实现差分电平转换,同时结合彩色图像复原算法模块与Cam Link图像传输协议搭建而成的CMOS成像电路系统。本文改进的复原算法通过VHDL语言实现并且已应用于彩色图像复原系统中。该成像系统的尺寸为16.2cm×15.4cm×11.5cm,重量为1.5kg,图像分辨率为5120×3840,帧频可达25Hz,采用16路480Mbps的LVDS差分输出图像数据,利用FPGA内置的锁相环路产生高速差分同步时钟实现LVDS电平转换,最终通过Cam Link协议实现数据的传输与显示。