为了提高高速CMOS图像传感器的成像质量，降低图像传感器暗电流和随机噪声，介绍了采用半导体制冷方法设计的高帧频CMOS数字摄像机成像系统，并针对该相机系统设计出结构一体化的多级半导体制冷器，实现了制冷量可控。实验结果表明，图像传感器制冷后的温度与环境温度的温差最大可达40℃；通过降低传感器温度很大程度上减少了暗电流固定模式噪声和瞬态随机噪声；此外，在摄像机内硬件实现了彩色滤波阵列转换和列向非均匀性校正，使输出图像信噪比提高了6dB。该相机系统具有集成度高，结构紧凑，高分辨率，高帧频，高信噪比，宽动态范同，成像质量好等特点。