TDI 線掃描相機
用、運作原理、優勢
TDI（時間延遲整合式）相機是一種特殊的線掃描相機，可整合多條掃描線上的光訊號。專為高取像速度而設計；這類相機對影像進行逐行移位，以增強照明強度並減少動態模糊，因此廣泛應用於晶圓與半導體檢測，以及自動光學檢測（AOI）領域。
TDI 最重要的特點
在快速移動與低光源條件下，仍能精確進行影像處理
高感光靈敏度與低雜訊
應用於半導體、顯示器及電子產品生產，以及工業檢測
運作原理為在移動過程中，整合多條感光元件掃描線
現代化 CMOS TDI 感光元件：快速、低雜訊、節能且需要密集校正
TDI 線掃描相機的典型應用領域
TDI 相機專為需要快速移動與低照度的應用而設計。時間延遲整合的原理，係針對多條感光元件掃描線，沿移動方向逐漸累加訊號，因此不但具備低雜訊，更擁有高感光靈敏度。這類相機極適用於半導體、顯示器及電子產品生產；因為在這些領域中，必須能夠在高製程速度下進行精確可靠的檢測。
TDI 與標準線掃描相機的差異
TDI 適用於傳統線掃描相機不足以應對的低光源或極快速製程領域。TDI 線掃描相機在曝光與訊號處理方面，也和傳統相機有所不同；這類相機能在移動過程中整合多條掃描線，以提高感光靈敏度並降低雜訊。
項目 | 傳統線掃描相機 | TDI 線掃描相機 |
感光元件結構 | 1 條（或少數幾條）掃描線 | 多條連續掃描線（例如，最多 256 階） |
|---|---|---|
感光靈敏度 | 參考階調（單條感光元件線） | 感光靈敏度隨 TDI 階數增加（N 倍） |
光源需求 | 需要高照度，因為訊號只進行一次整合 | 所需照度較低，因為訊號整合自多條掃描線 |
最高物件速度 | 速度範圍有限 | 在相同訊號量下，速度可大幅提高 |
動態模糊 | 在快速移動時相當嚴重 | 較低，因為同一點可進行多次「曝光」 |
成本 | 低 | 中高（因系統設計複雜） |
TDI 訊號放大：光線整合的原理與優點
透過多行曝光整合，現代化的 TDI 線掃描相機感光靈敏度可高達三倍，並擁有更寬廣的動態範圍；因此可以改善低光源條件下的訊號品質，也能更精確地擷取影像明暗區域的細節，進一步提高工業檢測製程的可靠性與效率。
步驟 1：第一條掃描線進入
當物件通過 TDI 線掃描相機下方時，感光元件的第一個畫素行，會偵測反射光並將其轉換為電荷。將此電荷記錄下來，並在每個後續累積階段再次累加。依不同的相機設定，感光元件可包含 16 至 256 個曝光階段，可大幅提高訊號強度，進而提升感光靈敏度。
步驟 2：電荷傳輸
一旦物體精確移動了一個畫素行的距離，第一條掃描線收集到的電荷，便傳遞至下一個畫素行，並與該處新獲取的光訊號進行累加。逐行重覆進行此一過程，直到讀出累加訊號為止。結果就是影像訊號獲得顯著增強；與傳統線掃描相機相比，其訊噪比更佳。
步驟 3：整合（累加）
當這些電荷到達第二條掃描線時，該行的畫素會再次拍攝物體上同一點的光訊號；在過程中新收集的電荷會與現有電荷（來自第一條線）進行累加或整合。這種多重光偵測與電荷整合，能夠確保每個畫素都具備最大的訊號強度。
步驟 4：重複所有行的拍攝作業
此移位與累加過程會在 TDI 感光元件的所有行（階段）中重複進行。電荷「沿感光元件移動」，始終與移動中的物體保持同步，並隨每一行，在物體上的精確同一點上收集更多光訊號。
步驟 5：讀取最末一行
當累積電荷到達感光元件最後一條掃瞄線時即進行讀出作業。所得畫素值包含某一點在所有行中的總累積光訊號；這樣能夠產生更強、雜訊更少的訊號，可解析出細微的亮度差異，並在低光源條件下進行更精確的評估。
TDI 線掃描相機的曝光控制與同步
TDI 線掃描相機對同步與曝光控制的要求極高。校正作業十分複雜，必須保持精確，以避免產生失真。相機與物體兩者之間移動情形的精確協調至關重要，才能確保持續輸出高影像品質。
同步與校正
透過精確的控制系統與同步硬體，相機能夠精確配合物體的移動速度。我們的影像擷取卡提供整合式觸發與同步功能，可評估編碼器訊號，並產生精確的行觸發及啟動／停止訊號，提供給 TDI 線掃描相機使用。校正與定期維護作業，可對漂移與磨損進行補償，確保同步以維持一致的影像品質。
物體移動與影像擷取的控制
自適應式控制功能，可偵測速度變化並動態調整相機設定；即便在運動輪廓不斷變化的情況下，影像仍能保持穩定，也能維持準確的測量數值。這樣可以降低延遲，並精確調整曝光與對焦參數。
在任何光線條件下，都能呈現清晰影像
在所有照明條件下要獲得清晰影像，都需要均勻、足夠強的照明；如有需要，可搭配額外光源或紅外線光，以獲得更佳對比度。使用具有高資料傳輸量（Gbit/s 範圍）及極低延遲（微秒至數毫秒）的 CXP 介面，幾乎可以即時傳輸高影像品質；因此可立即將影像資料用於快速製程相關決策。
結論：TDI 可在困難條件下帶來高影像品質
TDI 線掃描相機可在特別快速的移動與低光源條件下具備高影像品質。
應用領域：半導體生產、印刷電路板與平面顯示器測試等檢測作業。
與傳統線掃描相機的差異：多條感光元件掃描線的多重訊號整合，取代單次曝光，大幅提高感光靈敏度和訊噪比。
運作原理：對移動物體進行影像逐行拍攝；隨物體移動同步傳遞電荷並進行累加。
挑戰：需要穩定光源和物體移動、感光元件掃描與經過校正的精確同步，且對漂移十分敏感。
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TDI 線掃描相機常見問題
TDI 線掃描相機透過多條感光元件掃描線來拍攝物件的影像，並將多次曝光所獲訊號進行累加。在低光源或快速移動的情況下，能夠帶來大幅提高的感光靈敏度與影像品質。
在高速檢測系統運用 TDI 技術，效能最為顯著，例如半導體與印刷電路板測試，或科學成像應用。
使用 TDI 方法，逐行記錄物體的反射光訊號，並隨物體移動進行同步傳輸。逐行累加新的光訊號，以放大整體訊號。
TDI 系統需要均勻、穩定的光源，並針對物體移動與感光元件掃描間進行精確同步，才能產生清晰且無失真的影像。
機構不發生漂移、精確的速度控制及定期校正至關重要。為了有效傳輸資料，與 CoaXPress 等高速介面的整合也很重要。