伴随集成电路制程与设计水平的提升，超大规模集成电路的集成度越来越高，赋予了CMOS图像传感器越来越大的潜力。随着CMOS图像传感器分辨率的高速增长与智能化的需求，传统的由外界提供激励波形的控制方式已不能适应芯片复杂程度的增长，因此集成智能化功能的CMOS图像传感器将会成为未来成像系统的标准配置。本课题针对智能化的CMOS图像传感器提出了一种超级像素CMOS图像传感器系统设计，与传统CMOS图像传感器不同的是，这种传感器可以根据目标信号的位置进行区域图像输出，从而实现目标的快速定位。本文详细介绍了系统各个模块的设计目标与技术实现，基于本设计的经验，可以为未来实现更复杂的智能化CMOS图像传感器系统作为先导。本文介绍了使用自底向上的电路设计方法设计的CMOS图像传感器模块，模块可以实现全局快门和像素单元随机访问功能，并详细分析了根据设计目标采用Verilog硬件描述语言编写的超级像素控制模块的寄存器传输级（Register Transfer Level，RTL）代码。最后，本文研究了对超级像素CMOS图像传感器系统各个模块进行的仿真与测试，包括对CMOS图像传感器模块的仿真与成像测试，以及对超级像素控制模块的仿真、综合、静态时序分析与FPGA在线测试，并通过整机测试对超级像素技术实现快速目标定位以及提升系统帧频进行了验证。