概念
CMOS全稱為Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，具有通用性強、功耗低的技術特點。早期CMOS圖像傳感器的暗電流高、噪聲大，使用上不及CCD廣泛，如今隨着技術的發展，CMOS圖像傳感器已成為市場主流。CMOS中主要的技術有X-Y尋址和有源像素結構。
X-Y尋址
這種尋址方式可以做到低功耗，因為只有選中的像素被讀出。讀出方式有串行、列並行和像素並行。目前使用最廣泛的是列並行方式。它是指一行中的所有列被同時讀出，因此一行中的所有像素的曝光時間相同，此后逐行偏移。此方式需要一個行存儲器存儲一行的數據。
有源像素
具有信號放大功能的像素稱為有源像素。CMOS圖像傳感器每個像素都有一個信號放大器，提升了信噪比。
工作流程
CMOS圖像傳感器中，常用的快門方式為rolling shutter，即電子卷簾式快門，它的特點是每行的曝光開始時刻不相同。之所以采用rolling shutter，是跟讀出方式相關。現在普遍的方式是逐行讀出，讀出是需要時間的，試想如果每行的曝光開始時刻一樣，那上一行正在讀出的時候，下一行還在曝光，會造成下一行的曝光時間比上一行長。rolling shutter帶來了果凍效應，即拍攝運動較快的物體時，由於每行曝光的開始時刻不同，會發生物體形變的現象。
可能有人會問：既然是電子快門，有沒有一種手段可以控制sensor不接受光子呢？這樣不就可以每行同一時刻開始曝光，然后同時停止，並等待逐行讀出了嗎？我認為現在CMOS sensor沒有辦法這么做，sensor會不斷產生光電轉換，無法停止。那如何控制曝光開始呢？接下來就要說一說sensor的工作流程：
網上有人寫了一篇很好的解釋 （https://www.cloudynights.com/topic/561740-how-a-cmos-image-sensor-works-high-level-example/），他把CMOS sensor分為了三大模塊：
- pixel：用於產生光電效應的模塊，是最基礎的部分
- CDS：Correlated Double Sampling，用於消除暗電流噪聲
- ADC：Analog Digital Convertor，用於把模擬信號轉換成數字信號
這里有個疑問是既然CDS消除了暗電流噪聲，為什么現在的sensor的輸出數據還需要進行black level校正呢？
CMOS sensor的工作流程也分為三個階段：
- reset：reset階段為曝光做准備，讓sensor中多余的電子流走，使得每個pixel保持在初始狀態
- exposure：正式曝光階段
- readout：數據讀出階段
文章中還有一幅圖來表示整個過程，如下：
(author: Jon Rista)
可以看到，首先通過reset讓pixel中的電子盡可能少，曝光結束后，此時每個pixel的電壓是非常小的，需要通過放大器進行放大。接着CDS去除暗電流噪聲，再經過ADC轉換成數字信號。
噪聲來源
了解sensor的噪聲來源有助於我們理解ISP的設計思路。噪聲可分為固定模式(Fixed Pattern Noise, FPN)噪聲和暫態噪聲。
所謂固定模式噪聲，是指會出現在圖像的固定位置，並不隨着時間而變化。之前聽說的DSNU (Dark Signal Non Uniformity)和PRNU (Photo Response Non Uniformity)分別就是指黑暗條件和光照條件下的固定模式噪聲水平。前面說過，CMOS傳感器中是有源像素，這些有源像素的放大器會產生暗電流，此外還有每個像素的暗電流，這是CMOS固定模式噪聲的兩大來源。
而暫態噪聲是指隨時間變化的噪聲。幾乎在CMOS工作過程的每一步都會產生噪聲，比如有復位噪聲、放大器噪聲、讀出噪聲等。
上面圖片里的CDS可以消除由放大器產生的FPN噪聲，但無法消除由像素暗電流產生的FPN噪聲。這也可以解釋為什么ISP中還需要black level校正，但為什么不把這種噪聲在每個像素的放大器里消除呢？是不是可以利用雙采樣的原理，兩次相減得到消除暗電流的電壓值呢？