本发明公开了一种自适应像素级高动态CMOS图像传感器及其实现方法，由像素阵列输出光电信号，将光电信号分别输入至列级ADC读出电路和像素级ADC电路；列级ADC读出电路中的比较器分别接收光电信号和斜坡信号，比较结果通过计数器传输至数据合成器；像素级ADC电路中的比较单元分别接收光电信号和参考信号，比较结果通过寄存器单元处理后，分别输送至控制单元和数据合成器，控制单元生成控制时长数据并将其反馈至像素阵列，数据合成器中产生最终结果输出。将像素级ADC电路的高实时性特点和列级ADC读出电路的高精度特点有机结合，由数据合成器输出最终结果，在光线快速变化时，实现高动态成像需求。