公开了一种基于时间延迟积分(TDI)的图像传感器及其成像方法。其中，基于时间延迟积分TDI的图像传感器包括：多级线阵阵列，包括沿图像传感器的扫描方向布置的多个单级线阵，其中，每个单级线阵包括沿线阵方向排布的多个像素；其中，每一级单级线阵响应于第一控制信号进入计数模式，响应于第二控制信号进入转移模式，其中，在所述计数模式下，每一级单级线阵对入射到像素上的光信号进行计数并获得计数值，而在所述转移模式下，每一级单级线阵停止计数，除最后一级单级线阵之外，其他各级单级线阵将获得的当前计数值输出给下一级单级线阵，而最后一级单级线阵将获得的当前计数值输出。