CMOS图像传感器在许多领域中被认为是未来的成像器件，其不仅能满足工业及专业领域中严格的图像获取需求，而且还会对我们的日常生活产生深远的影响。CMOS图像传感器采用标准CMOS工艺，具有诸多优势，例如低供电电压、低功耗、高集成度、便于实现VLSI片上系统集成等诸多优势，使其成为人们研究的热点和关注的焦点。 本文首先简要介绍了光电二极管的物理基础和电路模型，从CMOS图像传感器的噪声分析出发，介绍了可以用于分析工作在积分模式的CMOS图像传感器的像素等效模型、噪声模型以及相应的噪声抑制方法等。而后针对CMOS图像传感器的固定模式噪声，设计了一种基于开关电容的相关双采样电路。 在动态范围的研究中，提出一种基于人眼视觉特性的图像传感器系统，采用非线性拉伸算法来量化CMOS图像传感器像素输出信号。经过试验证明，该量化方法可以有效改善低亮度场景下的图像拍摄效果，使灰度直方图更加均衡化，提高CMOS图像传感器的动态范围，并获取适合人眼视觉特性的图像。 最后，针对上述理论基础，提出一种改进的基于增量查找表结构的多分辨率非线性ADC。本方案与Shih-FangChen(2003)提出的方案相比较，不仅查找表资源需求大幅缩减(前者需要256×10个查找表单元，而本文仅需12×16个单元)，而且降低了ADC对比较器的精度要求(同样实现8bitsADC，前者要求比较器具有10位精度，而本文仅需8位精度)。基于CSM0.35um2p4m标准CMOS工艺，对上述方案设计的线性量化积分型ADC进行仿真分析，实际得到积分非线性INL为-3LSB～1LSB，微分非线性DNL为+1LSB。在列级ADC设计过程中，引入了可重构设计理论，对相关双采样电路中的运算放大器和ADC中的比较器实现复用结构，有效地降低了列级电路的规模。