CMOS图像传感器像敏元结构主要有光敏二极管型无源像素结构、 JM20337光敏二极管型有源像素结构和光栅型有源像素结构。

  光敏二极管无源像素结构(Passive Pixel Sensor，PPS)

   PPS结构由L个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。当开关管开启，光敏二极管与垂直的列线连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路保持列线电压为一常数，并减小噪声。当光敏二极管存储的信号电荷被读取时，其电压被复位到列线电压水平。与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电压输出。PPS结构的像素可以设计成很小的像元尺寸。它的结构简单、填充系数高（有效光敏面积和单元面积之比）。由于填充系数大及没有覆盖一层类似于在CCD中的硅栅层（多晶硅叠层），因此量子效率（积累电子与入射光子的比率）很高。

   PPS结构有个致命的弱点，即由于传输线电容较大面使读出噪声很高，主要是固定噪声(FPN)，一般为250个方均根，而商业型CCD的读出噪声可低于20个方均根。而且PPS不利于向大型阵列发展，很难超过1000X1000，不能有较快的豫素读出率，这是因为这两种情况都会增加线容，若要更快地读出就会导致更高的读出噪声。

   光敏二极管型有源像素结构(Active Pixel Sensor，PD-APS)

   像元含有源放大器的传感器称有源像素传感器，如图7.42 (b)所示。由于每个放大器仅在读出期间被激发，故CMOS有源像素传感器的功耗比CCD小。因为光敏面没有多晶硅叠层，PD-APS量子效率很高。它的读出噪声受复位噪声限制，小于PPS的噪声典型值。PD-APS结构在像素里引入至少一个晶体管，实现信号的放大和缓冲，改善PPS的噪声问题，并允许更大规模的图像阵列。起缓冲作用的源跟随器可加快总线电容的充放电，因而允许总线长度的增长，增大阵列规模。另外像素里还有复位晶体管（控制积分时间）和行选通晶体管。虽然晶体管数目增多，但APS像素和PPS像素的功耗相差并不大。光敏二极管型有源像素每个像元采用三个晶体管，典型的像元间距为15×最小特征尺寸，适于大多数中低性能应用。