一般的线阵型图像传感器采用一维像素阵列结构,通过与成像物体的相对运动扫描成像,它的成像质量受图像传感器、光照强度、速度匹配等因素影响。时间延时积分是用面阵型图像传感器来实现线阵扫描成像的功能,可以实现对同一景物的多次曝光,等效延长曝光时间,能有效提高线阵型图像传感器的信噪比(SNR)和灵敏度。而采用CMOS工艺的时间延时积分图像传感器具有兼容性好、集成度高、功耗低的特点,因此TDI CMOS图像传感器成像质量及成像系统的研究意义重大。为了提高TDI CMOS图像传感器的成像质量,本论文研究了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TDI CMOS图像传感器行滚筒曝光读出原理,分别分析了曝光时间对信噪比和调制传输函数(MTF)的影响机理,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,本文基于自主研发的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20lux时,TDI CMOS图像传感器曝光时间选取64μs时所得到的图像质量最好,此时MTF×SNR最大。因此在TDI CMOS图像传感器的设计与应用中,可根据应用需求并结合本文提出的优化方法,适当选取曝光时间。