当前应用的主流可见光图像传感器主要分为两类，电荷耦合器件（Charge-Coupled Device, CCD）和互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）图像传感器。2000年以前，几乎所有空间应用中都使用的是CCD图像传感器，但近些年随着半导体工艺和CMOS图像传感器技术的发展，尤其在采用4T像素钳位二极管（Pinned PhotoDiode, PPD）和相关双采样（Correlated Double Sampling, CDS）技术后，CMOS图像传感器的成像性能已经可以比拟甚至超过CCD图像传感器，且由于CMOS图像传感器有高集成度，低功耗，充足的设计资源和制造工艺成本低等优势，CMOS图像传感器在空间领域应用中代替CCD图像传感器已经成为了一种趋势。目前，CMOS图像传感器在空间应用涉及地球勘测、遥感成像、星敏感器等星图像采集功能和飞船可视系统等空间探测、导航领域。然而，由于CMOS图像传感器的高集成性，其芯片内部既有光电转换单元，又有放大电路，模数转换和寄存器等模拟数字电路单元，因此宇宙空间辐射环境对CMOS图像传感器造成的影响也要比CCD和其他半导体器件更加多样复杂，这会给器件的空间应用评估带来巨大的挑战。现在CMOS图像传感器的辐射效应研究还处于起步阶段，尚未有完整的评估方法，因此建立一套CMOS图像传感器辐射敏感参数测试方法，分析其辐射损伤效应，然后对工程评估应用中敏感参数的选择提出指导是目前十分迫切的需求。本论文首先基于工业CMOS图像传感器测试标准，结合不同类型的辐照试验，对CMOS图像传感器辐射敏感参数的测试方法进行了研究。研究包括转换增益，满阱容量，暗电流，暗电流非均匀性等参数，介绍了以上参数的测试原理、方法和针对辐照后某些参数测试的改进，并通过对像素灰度值的重新排序原创性的提出了一种图像传感器RTS噪声测试方法。最后基于Matlab GUI编写了测试程序，通过软件具体实现了CMOS图像传感器的辐射敏感参数测试。其次，在测试方法研究的基础上，通过对不同的CMOS图像传感器进行总剂量和质子辐照试验，开展了CMOS图像传感器辐射效应方面的研究。着重分析了CMOS图像传感器转换增益，满阱容量，暗电流等辐照敏感参数随辐照总剂量（或质子注量）的变化关系，深入解释了参数退化原因。分析了4T像素结构CMOS图像传感器的总剂量辐照偏置效应，发现并解释了其与3T像素结构CMOS图像传感器不同。最后还对质子辐照导致的商用CMOS图像传感器RTS噪声进行了初步的研究，并分析了RTS噪声与曝光时间和热像素之间的关系。最后，本论文对4T像素结构的CMOS图像传感器进行了-40℃到80℃变温实验，获得了器件的温度变化规律，并分析了传感器功能参数随温度变化的物理机理，结合辐射效应方面的研究，可以为先进CMOS图像传感器在空间中的应用提供进一步指导。综上所述，本文结合国际关注热点，从工程应用需求出发，以不同的CMOS图像传感器为依托，对CMOS图像传感器辐射敏感参数测试方法，辐射效应和温度效应进行了研究。其不但为CMOS图像传感器辐射下的应用评估提供技术支撑，而且可以为器件设计、生产单位提供理论指导。