Time Delay and Integration Clock

Ein Time-Delay-and-Integration-Takt ist ein Zeitsignal, das das Auslesen eines linearen Bildsensors synchronisiert, während dieser eine Szene abfährt oder eine Szene am Sensor vorbeibewegt wird. Die Taktimpulse entsprechen der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Sensor und Objekt und ermöglichen es dem Pixel-Array des Sensors, Ladung aus demselben Bodenbereich über mehrere Belichtungszyklen hinweg zu sammeln. Dies erzeugt eine synthetische Langzeitbelichtung, ohne dass der Sensor untätig sein muss, und multipliziert effektiv die Signalstärke, während Bewegungsunschärfe unterdrückt wird.

TDI-Sensoren enthalten mehrere Reihen von Photodioden, die in Serie entlang der Bewegungsrichtung angeordnet sind. Während sich ein Objekt oder ein Förderband bewegt, verschiebt der TDI-Takt die Ladung vertikal von Reihe zu Reihe im Gleichschritt mit der Bewegung des Objekts. Jedes Pixel des Sensors erfasst Licht aus demselben physikalischen Punkt mehrmals, während dieser Punkt die Reihen hinabfährt. Ein Sensor mit 256 Reihen zum Beispiel integriert 256-mal länger als ein Single-Row-Sensor, der mit der gleichen Zeilenfrequenz arbeitet, und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis dramatisch, ohne die Belichtungszeit pro Frame zu erhöhen.

Zeittakt und Bewegungskopplung

Die TDI-Taktfrequenz oder der Taktperiode muss die tatsächliche Bewegung des abzubildenden Objekts verfolgen. Läuft der Takt zu schnell, verschieben sich die Ladungspakete vor der bewegten Szene; läuft er zu langsam, bleiben sie dahinter und der Integrationsvorteil zerfällt in Unschärfe. Industrielle Anwendungen wie Barcode-Lesung auf einem Förderband, automatisierte Oberflächenkontrolle und Dokumentscanning nutzen Geber-Rückmeldung oder berechnete Geschwindigkeit, um die Taktfrequenz in Echtzeit zu setzen. Typische Geschwindigkeiten reichen vom Kilohertz bis zum Megahertz, je nach Objektgeschwindigkeit und Sensor-Geometrie.

Fehlermodi sind unter anderem Takt-Skew (wenn steigende und fallende Flanken zu unterschiedlichen Zeiten über den integrierten Schaltkreis ankommen), was die Ladungspakete über Reihen verschmiert, und Phasenfehlanpassung mit der Bewegung, die die Synchronisation zerstört und zu gestrichenen oder verdoppelten Bildern führt. Der TDI-Takt muss auch niedriges Jitter aufrechterhalten, typischerweise im Nanosekundenbereich, um Signalverschlechterung in hochverstärkten Anwendungen zu verhindern.

Der Begriff „Zeit-Verzögerung" bezieht sich auf die inkrementelle Verschiebung der Ladungsspeicherung mit Fortschritt des Takts, während „Integration" die kumulative Ladungsansammlung beschreibt. Zusammen beschreiben sie eine Scantechnik, die zeitliche Auflösung gegen Signalstärke eintauscht und damit in der Bildverarbeitung unverzichtbar ist, wo Geschwindigkeit und Empfindlichkeit beide hoch sein müssen, aber Szenkontrast oder Beleuchtung schlecht ist.