在进行视频信号采集时，CMOS图像传感器采集的是焦甲面上的时变光信号。这一时变光信号是三维信号，有两个空间维和一个时间维。受到多种物理因素的限制，该信号在三维空间内是一个带限信号。基于这一事实，本文主要工作有两项：　　第一，将两个空间维和一个时间维联合处理，提出可以用三维采样方式对焦平面上的时变光信号进行采样。并通过改变有源像素阵列的连线结构，实现了多采样方式的CMOS图像传感器。　　根据多维信号的采样定理，我们可以改变对这个三维信号的采样方式，提高采样效率，从而提高对CMOS图像传感器读出速度的利用效率。CMOS图像传感器的读出速度可以用单位时间转换的像素数表示。受到芯片面积和功耗的限制，这一速度是有限的。因此，在高速视频采集和超低功耗应用中，提高采样效率具有实际意义。　　本文在通常的CMOS图像传感器结构基础上，对有源像素阵列的连线作了分析，提出可以使用多层金属连线，实现对阵列中部分像素的独立控制，从而实现在三维空间(两个空间维、一个时间维)中按需放置采样点的能力，即实现了多采样方式的CMOS图像传感器。　　第二，初步研究了采样效率最高的三维采样方式的恢复算法，尝试在压缩采样方式和后续视频处理中建立桥梁。　　在各种采样方式中，其中一种基于正方形像素排列的采样方式(称为FCO采样)，具有所有三维采样中最高的采样效率。因此研究这种采样方式的重建算法可以推动多采样方式CMOS图像传感器走向实用，即将压缩采样的视频流恢复成全分辨率的视频流，提供给后续视频处理模块。　　本文借鉴隔行扫描去交织技术中的方法，实现并评估了线性方法和几种运动补偿的插值方法。使用测试视频评估这些方法，发现用场内插值帧计算运动向量，并进行运动补偿场间插值的方法效果较好，可以做为进一步开发重建算法的出发点。