在生物荧光高通量成像与工业高速弱光检测领域，成像速度与灵敏度的平衡长期以来是制约技术突破的核心瓶颈。传统线阵或面阵成像方案往往面临艰难权衡，难以兼顾检测效率与系统性能，严重限制了产业升级步伐。随着背照式TDI-sCMOS技术的出现，这一局面正在被彻底改变——它不仅突破了弱光高速成像的物理限制，更从生命科学领域快速渗透至半导体检测、精密制造等高端工业场景，成为产业升级的关键引擎。本文将通过解析TDI技术的典型发展阶段，揭示其在产业升级中持续走热的底层逻辑。

TDI技术原理，动态成像的底层突破

TDI（Time Delay Integration）是一种基于线扫描原理的图像采集技术，其核心优势源于两大创新设计：

1） 同步动态采集机制

在样本持续匀速移动过程中，TDI传感器通过像素列与运动速度的精准同步，实现对同一目标的连续曝光与电荷动态累积。这种"边移动边曝光"的模式，彻底改变了传统面阵相机"停-拍-移"的间断式工作流程。

图1 TDI图像采集动画示例，样本移动与电荷累积的同步

2） 多级电荷累加增益

每列像素将接收到的光信号转化为电荷后，通过多级移位寄存器进行累加，相当于对弱信号进行N次叠加放大。在相同光通量条件下，TDI技术可将信噪比提升N倍，显著改善弱光环境下的成像质量。

图2 不同TDI积分阶数对应的图像效果示意。TDI等级越高，信号累积越充分，图像信噪比越高

TDI技术突破，从CCD到背照式sCMOS的跨越

传统TDI技术多基于CCD或前照式CMOS传感器，难以同时满足高速与弱光成像需求：

1）TDI-CCD虽可通过背照式工艺实现高达90%的量子效率，但受限于串行读出架构，行频难以突破100KHz，其中典型2K分辨率行频仅50KHz；

2）前照式TDI-CMOS具备更高的读出速度， 典型8K分辨率行频可达400KHz，但由于结构遮挡，量子效率通常低于60%，特别在短波段表现受限。

直到鑫图（Tucsen）于 2020 年推出的背照式TDI-sCMOS相机——Dhyana 9KTDI，才真正实现了TDI技术在高灵敏度与高速性能上的同步突破：

1）82% 峰值量子效率（Quantum Efficiency，简称：QE)，灵敏度较典型前照式TDI-CMOS灵敏度提升近 40%，可满足绝大多数弱光场景应用需求。

2）510KHz @ 9K的高行频输出，通量性能较典型TDI-CCD 提升了近46倍。

该技术率先应用于高通量荧光扫描领域。如图 3 所示，Dhyana 9KTDI可在10.1秒内完成对 30mm x 17mm 荧光样本的20亿像素高清成像，图像采集效率相较传统面阵方案大幅提升。

图3 Dhyana 9KTDI搭配Zaber MVR电动载物台拍摄。物镜：10X，采集时间：10.1s，曝光时间：3.6ms。图像尺寸：30mm x 17mm，58,000 x 34,160 像素

工业场景渗透，高速高精度晶圆检测

在早期的工业应用场景中，传统面阵sCMOS相机因为兼具高灵敏和高速成像优势，一度是弱光检测任务的主流方案。但在半导体行业装备升级背景下，面阵扫描方案在诸如晶圆检测这类大视野、高精度的应用中，逐渐暴露出瓶颈：

① 视野受限：需连续采集与拼接才能完成扫描任务；

② 耗时长：每次采集需要等待平台移动和稳定时间；

③ 拼接误差：易产生图像缝隙、亮度不均等问题。

图4 晶片面阵扫描拼接示意图

TDI技术通过线性扫描+无缝拼接的特性，有效解决上述痛点：

①连续扫描：理论上可以实现“无限行”图像采集，支持大幅面连续扫描；

②高速采集：无需等待平台移动时间，行频最高可达1MHz，显著减少扫描总时间；

③图像一致性：线性扫描可避免透视畸变，保证整幅图像的一致性和几何精度。

图5 TDI vs 面阵扫描动态示意图。TDI 实现了更连续、流畅的采集流程

目前，鑫图新一代Gemini 8KTDI相机已在深紫外晶圆缺陷检测等场景实现量化应用。除了 TDI 技术本身的优势外，产品还针对半导体检测的特殊需求，进一步强化了紫外波段的灵敏度（ 266nm波段量子效率达到63.9%），8K分辨率行频高达1MHz，长时间运行下仍能持续保持0 ℃的芯片制冷稳定性，已成为高精度、大幅面和高一致性应用中的关键技术引擎。

TDI技术普惠化，从“高精尖”到“场景化”落地

如今，TDI的发展不仅聚焦于更高行频与更宽光谱响应的单点技术突破，更在围绕多元产业应用需求，迈向定制化与系统化的解决方案。

作为背照式 TDI-sCMOS技术的先行者，鑫图正积极推动相关技术方案的落地。Gemini TDI系列产品线正同步推进两条技术发展路径：

1）面向高端场景的旗舰产品：针对前道晶圆检测、紫外缺陷识别等任务，提供更高灵敏度、更强稳定性和更大通量，助力前沿产业技术升级；

2）适配中型系统的轻量化版本：提供小尺寸、气冷式、低功耗设计，以及CXP主流高速接口，方便嵌入设备系统。

从生命科学的高通量成像到半导体工业的精密检测，背照式TDI-sCMOS技术正逐步成为各类装备升级路径中的关键支撑力量。