传统的微光夜视仪、红外热像仪成功扩展了人眼的光谱响应范围,可以在黑暗的环境中分辨出目标,但所成图像多为单色图像,由于人眼能分辨的颜色等级是灰度等级的几百倍,长期以来科研工作者们致力于黑白夜视图像的彩色化,以利用人眼视觉特性,更有效地获取目标场景信息。因此,彩色夜视技术的研究有着重要的理论与现实意义,是当前国内外夜视领域的研究热点。为了实现微光条件下真彩色成像,本文基于CMOS传感器研制了真彩色夜视成像系统,并在此基础上提出有效的改进方案。首先,设计彩色夜视系统的整体方案,确定传感器型号,选择图像处理芯片和编码芯片,针对这三个主要芯片设计电路原理图,制作硬件电路板,开发传感器模块、FPGA模块和接口模块;其次,编写代码驱动传感器工作,并根据其输出的数据格式与图像帧组成,进行针对性的数据恢复与解码;之后,向FPGA中移植相关图像处理算法,主要有基于Bayer插值的去马赛克算法、图像增强去噪算法、用于色彩还原的白平衡算法和增加图像亮度与对比度的伽玛校正算法,并对传统的去雾算法进行优化,去除图像雾感,增加图像的色彩饱和度。对相机模块进行联调,研制出真彩色夜视成像系统,并对其进行演示成像和性能测试评估。结果表明:自研的彩色夜视成像系统输出图像与真实场景颜色一致,可以在10-2lx的照度下实时成像,满足微光夜视成像要求。同时,采用主客观结合的方式对系统输出图像质量进行评估,在不同照度、不同增益下采集三组不同目标图像,随着照度降低,峰值信噪比和结构相似性逐渐减小、均方根误差、色差与色度差逐渐增大,调节增益可以有效改善图像质量,峰值信噪比明显提升。结合图像增强去噪算法能够显著提升图像的亮度与平滑度。最后本文探索了黑白+彩色双传感器、基于Bayer稀疏阵列的彩色滤光膜和近红外全透膜三种改进方案,进一步提高自研相机的灵敏度和成像质量。