실시예는 압축센싱 이미지 센서의 화질 개선 방법으로, 압축센싱 이미지 센서에 배열된 픽셀 어레이에서 일부 픽셀을 선택하는 단계, 선택된 픽셀에 포함된 아날로그 전압값을 변환하기 위해 1차 오버 샘플링을 수행하는 단계, 상기 1차 오버 샘플링에서 선택된 픽셀을 역방향으로 하여 2차 오버 샘플링을 수행하는 단계, 2차 델타 시그마 변조기로 디지털 코드를 획득하는 단계 및 데시메이션 필터로 상기 디지털 코드의 개수를 기설정된 갯수로 줄이는 단계를 포함할 수 있으며, 1차 델타-시그마 변조기를 사용한 경우에 비해 해상도를 높일 수 있다.