近几十年来,脑功能科学研究飞速发展,不仅有助于帮助攻克脑疾病研究难关,还有可能给人工智能研究带去大的突破。其中,脑神经光学成像作为一种可以贯通生物学微观和宏观领域的技术,正在以多方面的优势在神经系统功能及功能与结构关联的研究中发挥着巨大的作用。与此同时,在清醒移动动物上通过观测动物的宏观行为与其神经细胞活动间的关联来探索神经网络的功能,理解感知信号的处理机制、行为的神经控制机制和其他高级大脑活动的产生机理,已经成为一个脑功能研究领域的一个热点。用于上述研究的头戴式微型荧光显微镜正处于技术发展的初期,国外商业化的产品有Inscopix公司的Miniscope,国内尚无此类产品。本文针对现有的研究,设计与实现了低成本、使用方便、能够用于清醒动物活体成像的微型荧光成像系统,该系统主要包括微小型光学系统和图像采集子系统。通过采用微小型梯度折射率透镜和光学器件以及减小图像传感器的物理尺寸来达到系统的轻量化的要求。在图像采集子系统中,根据实验对图像采集帧率的不同需求,本文选用的不同帧率的图像传感器设计了两套图像采集系统,并最终制作完成了安装在实验动物身上部分的重量不超过3克、成像分辨率达30万像素以上,使用距离超过1.5米的微型荧光成像装置。(1)采用主流智能手机的高像素图像传感器以及基于Android系统的成像硬件和软件,结合自主设计的小型高速信号抗干扰传输线,实现了小型化系统的高质量实时成像。(2)研究了NTSC制式图像传感器的信号,根据其传输方式简单的特点,配合具有高速信号处理能力的FPGA及NIOSII系统,设计了新的高速图像采集系统,简化了整个系统的制作流程和难度。采用以上系统,进行了成像的模型实验,证明了可稳定采集图像。