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随着EMCCD的快速发展,其已经成为微光成像领域的核心器件之一,被广泛应用到军事、天文等领域。EMCCD可以在固态级就实现电荷倍增的效果,特别适合在微光条件下工作。因其具有高分辨率、高帧频、低读出噪声和高量子效率等特点,在大口径望远镜的自适应光学系统中有着重要应用。深入研究EMCCD传感器的成像机理,完成其驱动时序发生器的设计,解决由于多抽头读出引起的成像质量不均匀的问题,对高性能EMCCD相机的整机国产化研发有着重要意义。首先本文对基本的EMCCD器件工作原理进行分析,建立电子倍增CCD的光电转换模型,重点研究其电子倍增部分的物理模型,得出EMCCD的通道传输方程。通过测量实际相机的电子倍增增益,确定了电子增益的测量方法,并验证了光电转换模型能够与实际器件的倍增曲线相吻合。光电转换模型的正确搭建对指导后续的多抽头驱动时序发生器设计以及非均匀性校正研究具有重大意义。为保证多抽头EMCCD相机能够正常稳定的工作,其极为关键的是驱动信号的产生及输出信号的处理。基于8抽头的CCD220传感器设计了2000帧/秒级高速、高精度、多路同步时序发生器,并通过时序控制的方法在CCD器件上实现了多种像元合并,进一步将相机帧频提高到3500帧/秒(2×2合并)和5700帧/秒(4×4合并)。时序发生器的步进精度可达到2.5ns,输出的各路驱动信号的相位抖动可达200ps以下。针对CCD220的芯片手册中驱动信号的时序要求,设计多抽头高精度的时序发生器,是相机能够正常工作的前提,也是后续非均匀性校正研究的基础工作。由于CCD220是八通道读出的图像传感器,根据建立的光电转换模型可以看出由于其各通道的参数差异会引起输出非均匀性,通过对非均匀性来源进行分析,并对比现有的非均匀性校正算法,提出利用两步校正法分别校正线性系统的非均匀性及电子增益的非均匀性,实验结果表明:利用两步校正法进行EMCCD相机非均匀性校正,改善效果明显。校正前图像的灰度值均方根偏差为0.09%,校正后为0.01%;校正前相机的PRNU为0.99%,,校正后相机的PRNU为0.45%。在不同曝光时间、不同增益的条件下校正算法均可将图像非均匀性降低40%以上。从成像效果上看,校正前图像上分块明显,校正后得到消除,能够得到均匀清晰的图像,结果令人满意。最后对国产化的EMCCD相机整机进行测试,搭建测试平台,对其性能有一个整体的评估,并与当前自适应光学系统最高水平的OCAM2相机进行对比分析,得出自研的EMCCD相机各项参数基本符合自适应光学系统的需求,并可以与国外高水平相机相媲美的结论。