固件更新 1.11/1.12 – heliInspect™ 和 heliCam™ 的 Gen4 平台改进

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通过固件版本 1.11 和 1.12，Heliotis 持续推进 heliInspect 和 heliCam 的 Gen4 平台发展。除了众多的细节改进外，用户尤其受益于 heliInspect 白光干涉仪更高的测量精度、更大的垂直测量范围、新的集成可能性以及 heliCam Lock-in 相机的附加功能。

一如既往，现有客户可以通过固件更新获得所有改进——无需更换硬件。

通过优化的数据采集和表面重建提高测量精度

白光干涉仪的测量精度不仅取决于光学和机械系统。扫描期间干涉信号的采集方式以及随后的评估方式也同样至关重要。因此，固件 1.11 引入了两项针对这些关键点的根本性改进。

基于编码器的参考

在早期的固件版本中，扫描期间记录的测量帧已与扫描轴的当前编码器位置相关联。因此，在重建过程中可以很大程度上补偿恒定扫描速度的偏差。

通过新的 Encoder-Based Reference Mode（基于编码器的参考模式），数据采集更进一步。测量帧现在不再以固定的帧速率记录并随后分配给编码器位置。相反，扫描轴在定义的编码器位置直接触发每次采集。因此，测量帧在采集过程中就已经以 λ/8 的等距间隔生成。

除了进一步改进的位置分配外，heliSens 图像传感器中的信号处理也从中受益，因为 Lock-in 解调是在理想的采样条件下进行的。结合新的 CenterOfMassPhaseFusion，Encoder-Based Reference Mode 为下一节中展示的重复精度的显著提高奠定了基础。

CenterOfMassPhaseFusion 作为集成提取模式

固件 1.11 为表面重建增加了新的 CenterOfMassPhaseFusion 提取模式。该算法将相干包络的稳健且唯一的路径信息与更精确的相位信息相结合。因此，它结合了两种评估方法的优点：大范围的唯一测量区间，同时具有极高的测量精度。

虽然该算法以前必须作为 heliAlgo 库中的独立处理步骤调用，但现在它已直接集成到 Gen4 平台的标准评估中，并作为原生提取模式通过 API 提供。因此，无论应用是通过 GenICam、HALCON、MATLAB、Python 还是其他软件环境访问相机，都能从改进的重建中受益，而无需额外的开发工作。

结合基于编码器的参考，CenterOfMassPhaseFusion 实现了下一节中展示的重复精度的显著提高。

改进的重复精度

基于编码器的参考与新的 CenterOfMassPhaseFusion 重建模式相结合，显著提高了重复精度，尤其是在高精度阶梯高度测量中。虽然之前的改进已分别有助于提高测量质量，但它们的结合实现了最佳效果。

下方的对比测量显示了不同数据采集和重建方法的重复阶梯高度测量的标准偏差。根据测量任务和配置，重复精度与之前的标准评估相比可以再次显著提高。

所示数值是指单个图像传感器像素相对于参考平面的重复精度。与许多已发布的数据表不同，这里没有对大面积或数百个像素进行平均处理，因此测量结果保守地反映了系统的实际性能。测量是在没有主动减震的 heliInspect H8 Ultra 上进行的。

Step Height [µm]	Target ± nm	Time-Based Referenz				Encoder-Based Referenz
		Improved Center of Mass		Center of Mass Phase Fusion		Improved Center of Mass		Center of Mass Phase Fusion
		σ [nm]	Hight [µm]	σ [nm]	Hight [µm]	σ [nm]	Height [µm]	σ [nm]	Höhe [µm]
1.002	24	20	1.002	5	1.003	16	1.001	1	1.002
5.009	22	20	4.991	7	4.996	16	4.998	2	4.999
20.000	26	20	19.984	7	19.994	16	20.000	2.5	19.997
900.54	40	20	900.55	7	900.58	16	900.57	3.3	900.56

Comparison of Repeatability for Different Data Acquisition and Reconstruction Methods. The values indicate the standard deviation σ obtained from repeated single-pixel step-height measurements relative to a reference plane. Lower values correspond to higher repeatability. Measurements were performed using a heliInspect H8 Ultra without active vibration isolation.

通过更高效的内存利用实现更大的垂直测量范围

heliInspect 系统不使用传统的 2D 图像传感器，而是使用 Heliotis 开发的 Lock-in 图像传感器 heliSens。Lock-in 解调直接在像素中进行。因此，不需要传输和评估所有原始图像。相反，传感器上已经生成了解调后的测量数据，这使得白光测量的执行速度通常比传统图像传感器快 100 倍。

每个像素在多个调制周期内集成干涉信号，并存储两个解调信号分量——同相分量 (I) 和正交分量 (Q)。这两个值共同构成一个测量帧。在垂直扫描期间，会生成一个完整的测量帧堆栈，其中包含所记录干涉图的完整信息。

为了进行表面重建，该测量帧堆栈必须完整地缓存在相机上。只有在扫描完成后，相机才会根据每个像素的测量帧确定干涉最大值的位置，并据此计算表面高度。因此，可用的存储容量直接决定了测量帧的最大数量，从而决定了系统的垂直测量范围。

在固件 1.12 中，Gen4 平台的内存管理经过了根本性的重新设计。通过更高效地利用可用内存，相机现在（取决于传感器类型）每次采集可以处理多达三倍的测量帧。最大可用垂直测量范围也相应增加，而无需更改硬件。

根据镜头的不同，可以在单次连续扫描中捕获超过一厘米的高度范围。对于更大的测量对象，还提供 Segmented-Volume（分段体积）功能，可自动将多个垂直子体积合并为一个共同的 3D 数据集。

传感器配置	最大帧数（旧版）	最大帧数（固件 1.12.0）
heliSens S4H 单内存	1348	2700
heliSens S4H 双内存	1348	4048
heliSens S4M 单内存	338	674
heliSens S4M 双内存	338	1022

固件 1.12 前后相机内置最大测量帧数的比较。得益于优化的内存管理，测量帧的数量——以及最大垂直测量范围——已增加了多达三倍，具体取决于传感器配置。

基于浏览器的调试和诊断

随着固件 1.12 的发布，heliViewer 4 首次提供了基于浏览器的操作界面。可以直接通过网络浏览器访问——无需在主机 PC 上安装额外的软件。

heliViewer 4 实现了形貌、幅度图像和实时数据的可视化，并能直接访问所有相机参数。该功能范围还辅以集成的诊断功能和设置向导，引导用户逐步完成首次调试。

基于浏览器的访问补充了现有的 GenICam、SDK 和 API 接口。因此，几乎任何 PC 或笔记本电脑都可以用作服务或工程工作站，这尤其简化了直接在机器上进行的调试、维护和诊断。

heliViewer4 嵌入式 – 快速入门

基于浏览器的 heliViewer 4 简化了调试、服务和诊断，并补充了 Gen4 平台的 GenICam 和 SDK 接口。

无缝集成到工业图像处理系统 – 现在也支持 Cognex Vision Pro

集成到现有的机器视觉环境中多年来一直是 Heliotis Gen4 平台的核心开发目标。所有相机功能均通过 GenICam 符合标准地提供，因此无需额外的开发工作即可集成到大多数工业图像处理库中。

作为 GenICam 联盟的投票成员，Heliotis 积极参与工业标准的进一步开发。在过去的几年中，与各软件制造商合作，许多 GenICam 实现得到了进一步开发并完成了标准合规化。如今，几乎所有主流的兼容 GenICam 的机器视觉平台都支持 heliInspect 系统的集成。

固件 1.12 将此软件生态系统扩展到了对 Cognex VisionPro 的支持。由于 VisionPro 的 GenICam 接口目前尚未完全支持 heliInspect 所需的功能，因此集成是通过 Cognex 的 “Application Integration Kit” 完成的。这意味着 heliInspect 现在也可以在没有额外中间件的情况下，原生提供给 Cognex VisionPro 用户使用。

Heliotis Gen4 平台支持的开发和机器视觉环境。SDK 1.12 扩展了对此软件生态系统中 Cognex VisionPro 的原生支持。

heliCam Lock-in 相机的新功能

不仅 heliInspect 白光干涉仪受益于固件版本 1.11 和 1.12。heliCam C4 和 C4M 也增加了新功能，这些功能可以加速测量流程，简化复杂实验的同步并便于调试。

相机内置 I/Q 累加

许多 Lock-in 应用基于大量 I/Q 测量的平均值。通过固件 1.11，这种累加现在可以直接在相机上进行。不再是将所有单个 I/Q 帧传输到主机 PC，而是仅传输一个累加的 I 图像和一个累加的 Q 图像。

根据应用的不同，这显著减少了需要传输的数据量，从而可以大幅缩短总测量时间。同时，可以将更多的单次测量合并为一次采集。

复杂测量设置的新触发选项

新的触发模式允许通过外部触发信号启动序列中的每个单个 I/Q 测量帧。这使得 heliCam 与外部实验的同步变得更加容易。

一个典型的例子是与高频矩形信号同步。结合四分之一周期触发 (Quarter-Period-Triggering)，各次测量之间的相位关系保持精确定义且可重复。

低照度强度模式 (Low-Level-Intensity-Modus)

固件 1.12 还提供低照度强度模式。该模式提供类似于传统相机的实时强度图像，尤其便于光学装置的调试。

该模式适用于例如对焦、校准光学组件或定位样品。此外还提供 Python 和 MATLAB 的示例程序，方便用户入门相机控制并集成到自己的测量软件中。

总结

固件版本 1.11 和 1.12 为 Heliotis Gen4 平台增加了许多新功能和性能改进。从更高的测量精度和更大的垂直测量范围，到基于浏览器的调试和无缝软件集成，再到 heliCam 的新功能，现有系统均能从中受益——完全无需更改硬件。

在 Heliotis，产品开发不会随着系统的交付而结束。新的固件版本不断为平台扩展附加功能和性能改进，确保现有安装能够长期从技术进步中受益。

对于我们的客户而言，这意味着高度的投资保护：如今创新的很大一部分是通过固件和软件更新实现的，而不是通过更换硬件。这延长了 Gen4 平台的技术生命周期，现有系统的性能也在不断提升。