表面等离激元共振成像(Surface Plasmon Resonance imaging,SPRi)是利用金属结构的表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)效应,发展的具有无标记、高灵敏及高通量的新型光学成像技术。SPRi以其新颖独特的检测方式和优良的性能,在众多领域都具有重要的理论研究价值和广泛的实际应用前景。当发生SPR现象时,金属表面附近的场强会得到显著的增强,而反射光谱曲线会出现尖锐的凹陷,该曲线对金属-介质分界面上的折射率变化极其敏感。SPRi系统正是通过测量与反射光谱曲线相关的参数变化来反映被测物折射率的变化。相对于强度型和相位型的SPRi结构,基于波长型和角度谱型(统称谱型)的SPRi具有良好的线性和较大的动态范围,因而得到广泛使用。然而,受光源、光学元件、表面极化等离激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)激发模块及CCD传感器等因素的共同影响,SPRi系统的噪声水平通常较高。这些可观的噪声降低了成像的质量和稳定性,最终造成系统折射率分辨率的降低。而现有的SPRi系统优化方法大都通过自参考来抑制噪声水平。这些方法或者以空间分辨率换取更高的折射率分辨率,或者在取得部分降噪效果的同时使系统的噪声分布更加复杂,因而不利于后续的分析与处理。此外,时间平均虽然可以降低测量的不确定性,却极大地延长了测量时间,并间接提高了系统对测量环境的依赖性。本课题旨在从系统信号构成的角度,通过研究信号从光源到SPP激发模块、再到CCD传感器过程中的变化,分析系统各个环节对最终输出信号的影响,从而对SPRi系统的成像过程进行系统性分析,以此为基础从不同角度对系统进行优化。为此,我们详细分析了系统噪声各分量的来源、特性、影响和抑制方法,在此基础上建立了完整的系统信号模型及信号的状态空间表述形式。通过这个状态空间模型,我们可以引入多种信号处理技术对图像进行滤波降噪,以提取纯净的反射谱信息,从而提高系统的折射率分辨率。另一方面,通过对系统各噪声分量的分析,我们可以获取系统整体噪声的近似分布,并计算出分布参数。通过该分布,我们可以对实验系统的噪声进行模拟,并对系统的成像过程进行仿真。为应对光源和CCD等因素对实际系统的影响,我们基于该思想建立了实验辅助的仿真模型。该模型可以使我们从理论上研究系统性能相对于测量量的变化趋势,在此基础上通过寻找系统的最优参数来提高系统的性能,从而实现对SPRi系统的优化。为此,我们详细说明了优化原理和步骤,并设计了基于Kretschmann结构的谱型SPRi系统来对提出的优化思想进行验证。通过实验和仿真结果的对比,我们可以看到该优化方法的有效性和实用性,同时我们还对实际SPRi系统最优参数的限制因素进行了探讨。