图像传感器(Image Sensor)是成像系统的核心,随着半导体工艺的持续更新与电路技术的不断进展,基于CMOS工艺的图像系统已经成为市场主流,其产品应用于:消费类电子、医疗、光存储、图像扫描设备、工业检测等诸多领域;与之相应,CMOS图像系统稳定性与适应性需求相应增强,这就对CMOS图像传感器的电路系统与应用算法提出较高的要求。针对上述问题,本论文就图像传感器的噪声影响、动态范围指标与典型运动检测算法展开研究,旨在就CIS系统的关键问题展开讨论,提出并设计优化的CMOS图像传感系统。　　在对常用CMOS图像传感器整体架构,各自典型电路实现、优缺点及相关性能指标进行介绍后,本论文首先对影响成像系统的电子噪声问题展开研究,通过信号通道上的噪声分析与电路噪声系数计算,再现了各噪声影响与实际效果,给出总体优化图像传感器噪声的讨论;接着,参照典型的动态范围扩展方法,提出了一种满足动态范围扩展需求并最大程度上保留原系统架构的动态范围提升方案,该方法利用像素内存储与时间交叉的采样保持技术,在一个积分周期内完成了长、短积分信号的处理,从而扩展了电路最大可读出电压;随后,结合CMOS集成电路工艺与各模块电路要求分析了关键电路的设计方法,对照系统框图,逐个完成模块电路的设计及仿真,从实验上验证了动态范围扩展方案的可行性；最后,作为CMOS图像传感器应用领域的研究,本论文讨论了基于图像传感器的运动检测算法,重点介绍了一种基于昆虫视神经的LGMD(Locust Giant MotionDetector),运动检测算法,针对原算法在多目标场景下的不足,提出改进思路,通过目标区分机制的引入,将原算法扩展到更一般的情景,并通过实验验证了算法的有效性。　　本论文研究创新之处在于:　　1、提出扩展图像传感器动态范围的电路方案。该方案采用多次采样扩展动态范围的思路,在保留不同时刻积分输出电压与原有电路方案基础上,利用动态范围扩展电路增加了最大可输出电压,提高了图像传感器的场景适应性。　　2、自主设计CMOS图像传感电路。实现了包括像素电路、相关双采样电路、动态范围扩展模块、可调增益放大器(Programmable Gain Amplitier)、流水线模数转换器(Pipeline ADC)、基准电压源等电路模块。讨论了模拟电路的复用方法,并通过实验验证了方案的可靠性。　　3、改进了基于LGMD(Locust Giant Motion Detector)的运动检测算法。在原有仿生运动探测的功能上,增强了算法对多目标应用环境的适应性。