CMOS圖像傳感器是一種典型的固體成像傳感器，通常由像敏單元陣列、行驅動器、列驅動器、時序控制邏輯、AD轉換器、數據總線輸出接口、控制接口等幾部分組成,這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。其工作過程一般可分為復位、光電轉換、積分、讀出幾部分。

首先，外界光照射像素陣列，發生光電效應，在像素單元內產生相應的電荷。行選擇邏輯單元根據需要，選通相應的行像素單元。行像素單元內的圖像信號通過各自所在列的信號總線傳輸到對應的模擬信號處理單元以及A/D轉換器，轉換成數字圖像信號輸出。

其中的行選擇邏輯單元可以對像素陣列逐行掃描也可隔行掃描。行選擇邏輯單元與列選擇邏輯單元配合使用可以實現圖像的窗口提取功能。模擬信號處理單元的主要功能是對信號進行放大處理，并且提高信噪比。

另外，為了獲得質量合格的實用攝像頭，芯片中必須包含各種控制電路，如曝光時間控制、自動增益控制等。為了使芯片中各部分電路按規定的節拍動作，必須使用多個時序控制信號。為了便于攝像頭的應用，還要求該芯片能輸出一些時序信號，如同步信號、行起始信號、場起始信號等。

由于該放大器在像素內部具有放大和緩沖功能，具有良好的消噪功能，且電荷不需要像CCD器件那樣經過遠距離移位到達輸出放大器，因此避免了所有與電荷轉移有關的CCD器件的缺陷。

CMOS的兩種像素結構

由于每個放大器僅在讀出期間被激發，所以將經光電轉換后的信號在像素內放大，然后用X－Y地址方式讀出，提高了固體圖像傳感器的靈敏度。APS像素單元有放大器，它不受電荷轉移效率的限制，速度快，圖像質量較PPS得到了明顯地改善。但是與PPS相比，APS的像素尺寸較大、填充系數小，所設計的填充系數典型值為0.2～0.3。

光敏二極管型無源像素結構圖

在同一芯片上集成有模擬信號處理電路、I(2)C控制接口、曝光／白平衡控制、視頻時序產生電路、數字轉換電路、行選擇、列選擇及放大和光敏單元陣列。芯片上的模擬信號處理電路主要執行相關雙采樣（CorrelatedDouble Sampling，CDS）功能。

芯片上的A／D轉換器可以分為像素級、列級和芯片級幾種情況，即每一個像素有一個A／D轉換器，每一個列像素有一個A／D轉換器，或者每一個感光陣列有一個A／D轉換器。由于受芯片尺寸的限制，所以像素級的A／D轉換器不易實現。

CMOS芯片內部結構

CMOS芯片內部提供了一系列控制寄存器，通過總線編程（如Pc總線）來對自增益、自動曝光、白色平衡、／校正等功能進行控制，編程簡單、控制靈活。直接輸出的數字圖像信號可以很方便地與后續處理電路接口，供數字信號處理器對其進行處理。