CMOS图像传感器是将光信号转换成电信号并通过对电信号的处理(信号预放大、A/D转换、色彩平衡等)将场景信息转换成图像信息的器件。它是集光电探测器、模拟电路和数字电路于一体的超大规模数模混合集成电路。随着深亚微米CMOS工艺技术的不断进步，信号在像素级处理已成为可能。相对于其它系统处理方案，像素级处理具有较高的信噪比(距离信号源近，模拟处理链最短，因此引入的噪声等干扰信号较少)、简单而稳定的电路结构、较高的动态范围、较低的系统成本及功耗等优点，在图像捕捉和处理的诸多不同要求面前表现出卓越的适应性和灵活性。 本文研究了采用像素级ADC实现的CMOS图像传感器系统。首先，对CMOS图像传感器的发展历程作了简要地回顾，通过对系统实现方法的讨论引出了像素级处理方案，并介绍了国内外发展情况及论文选题的意义。然后，从实际应用的角度出发，制定了系统的设计指标。根据设计指标的要求制定了合理的系统解决方案。接着，根据系统解决方案对各功能模块进行设计，包括模拟电路的实现及数字控制系统的实现。最后，对系统中各功能模块进行了仿真验证，给出了各模块的仿真结果及整个系统的仿真结果。最后的结果说明，各项指标均已达到设计指标的要求。 设计完成的CMOS图像传感器系统是基于chrt公司0.35μm两层多晶硅4层金属N阱CMOS工艺实现的；电源电压3.3V,ADC分辨率8位，转换时间2.08ms，帧频为 30 帧/秒；每2×2个像素子阵列共用一个 ADC，像素填充因子27％；一个像素子模块 (4个像素连同比较器/锁存器对)的功耗不超过1μM。 本论文的研究课题背景是国家自然科学基金项目“基于深亚微米大动态范围、千万像素CMOS图像传感器关键技术研究”。