X 射线数字实时成像系统在医学、工业无损检测以及海关、机场、车站、码头的行包安全检查等领域得到广泛应用,X 射线图像传感器是其中的关键部件,现在用在X 射线实时检测领域的图像传感器大部分为电荷耦合器件CCD。由于CMOS 图像传感器比CCD 具有更强的抗辐射能力,还具有将图像传感器阵列、驱动和控制电路、信号处理电路、模数转换电路、全数字接口电路等实现单片集成以及量子效率高、光谱响应宽、响应均匀性好、工作电压低、对时钟脉冲要求低、体积小、重量轻、功耗低、高可靠、低成本等优点,因此在X 射线实时检测中更具有开发前景。而国内生产X 射线数字实时成像系统的厂商他们实行核心技术(如X射线图像传感器)从国外进口,以OEM 方式组装成整机。因此开展高性能X 射线CMOS 图像传感器的研究,在国内是一项具有开拓性和创新性的工作。本文的主要研究内容如下: 1.对采用电流镜积分读出电路的X 射线CMOS 图像传感器(简称为CMI-X-IS 图像传感器)的原理进行了研究,在此基础上,开展CMI-X-IS 图像传感器的设计工作,对CMI 单元、相关双采样CDS 和公共输出级电路进行分析。对根据CMI-X-IS 图像传感器的原理进行加工生产的芯片样品进行测试,测试的参数包括光电转换特性曲线、暗噪声和动态范围等,对这些参数进行分析,得出结论:采用电流镜积分读出电路可以构成一种CMOS 高灵敏度图像传感器。控制器件的设计参数,可以使光电流增益达到10 倍,从而使图像传感器灵敏度提高10倍;电流镜积分读出电路可以保证光电二极管的偏压接近于零(20mV 以内),因而可大大减小光电二极管的暗漏电流和噪声;该器件的光电流注入效率高,积分动态范围大,适合用于要求灵敏度高、动态范围大的应用。2.利用复杂可编程逻辑器件CPLD 设计满足CMI-X-IS 图像传感器时序要求的驱动信号源,并对实际应用出现的外部同步信号导致CMI-X-IS 图像传感器工作不正常的原因进行了分析,并采用“数字单稳态电路”使CMI-X-IS 图像传感器的F1、F2、ADST 为断续信号,从而使使CMI-X-IS 图像传感器工作正常。这种解决应用过程中出现问题的方法是独创性的,对类似的应用具有启示作用。设计CMI-X-IS 图像传感器的应用电路,并将此应用电路置于微焦点X 射线机的照射下,对不同密度、不同尺寸的材料进行了静态实验。实验表明,CMI-X-IS 图像传感器有较高的输出信号幅度(可以达到3 伏左右)、较好的均匀性、CMI-X-IS 可以清晰地反映出这几种材料的形状,能把不同密度的材料加以区分。因此这种传感器特别适合作为X 射线图像传感器来使用。3.分析与虚拟仪器采集数据有关的几个实际问题,利用NI 公司的数据采集卡和LabVIEW软件,设计CMI-X-IS 图像传感器的动态扫描成像系统和数据采集系统。实验表明,动态扫描