市场化产品研发的过程远比吕盼稂想象中要难得多。一台完整的高速摄像机包含10种核心芯片以及400多种元器件，而市场成品的元件性能很难直接满足团队的要求，要想在现有基础上研发更高性能的仪器，团队必须挨个元件攻克。最初团队人员少，熬夜加班是常有的事。“大家工作都很主动，特别投入，并且特别兴奋地挨个攻克难题。”那段时间，每天工作到凌晨3点成了吕盼稂的工作常态，如今回想，他却并没觉得有多辛苦。
吕盼稂介绍，研发过程中遇到问题最多的就是芯片问题，以传感器芯片为例，当时团队采购芯片的最高性能是400万像素，每秒400帧的速度，但是团队要实现500帧的指标，强行加快速度，输出的图片质量就很差。为了解决这一难题，团队成员经过几个月的反复尝试，最后通过精心调节芯片的驱动电路和外围通信电路，才将图像输出的图像质量问题解决。
芯片问题还只是其中一部分，很多基础功能元件都需要团队重新开发。例如用于存储高速视频数据的存储控制器，假设拍摄一张照片的像素是800KB，高速摄像机每秒即拍摄几十万张图片，因此需要至少比市面传输与存储速度快100倍以上的存储控制器。“当时团队从存储控制器的底层逻辑重新开发，光代码就写了半年多时间，最后实现了容量2.5T，带宽达6G的存储控制器。”吕盼稂介绍，即便现在，团队也一直在不断研发升级存储控制器等核心器件的性能。而基于此类元件的创新研发，团队目前已经取得了60多项研发专利。
自研芯片破垄断 今年有望创新高
经过近3年的摸索，吕盼稂团队于2014年成功研发出第一台高性能高速摄像机。“第一台相机交付给北京的一所院校，后来学校老师反馈拍摄效果非常好，给了团队很大的鼓励。”在当时，同等性能的进口高速摄像机售价在20万元左右，吕盼稂团队产品只需6万多元，高性价比的产品为团队赢得了市场口碑。
而随着我国在航空航天、科研等领域的研发深入，国内对高速摄像机的性能要求越来越高。“超高性能的高速摄像机，发达国家均禁止对外出口，例如美国就禁止出口曝光时间小于100纳秒的高速摄像机。”为了突破垄断并满足国内研发需求，自2017年至今，吕盼稂研发的高速摄像机拍摄速度从每秒2000帧上升到1万帧，再到如今的100万帧，逐渐实现了进口高速摄像机的国产化替代。
2018年，为了进一步突破高端高速摄像机的性能，吕盼稂团队决定自己研发核心器件图像传感器芯片。“传感器芯片是芯片中最难的一种类型，属于数模混合芯片，需要很多年的经验积累才能保证传输信号不失真。”为此，吕盼稂团队又吸纳了多位在芯片研发领域的专业人才。历经两年半的攻克，我国第一款可以实现800万像素，每秒2000帧速度的传感器芯片研发成功。“这款芯片针对我们使用过程中的很多问题进行了优化，例如画面比例、动态范围等，十分适合三维测量领域。”吕盼稂介绍。
基于这款芯片的高性能，吕盼稂团队研发的高速摄像机拍摄速度亦实现了每秒100万帧的突破，不仅打破了进口高端整机产品在国内市场的垄断，该团队亦成为国内唯一可以生产成熟商品化高速摄像机系统的团队。而他们在高速摄像机领域的研发从未停止，吕盼稂透露，团队今年的目标是实现高速摄像机拍摄速度达到每秒500万帧的新高度。
应用中发现更多有价值研究课题
◆利用高速摄像机拍摄的球落水瞬间。受访者供图
2019年，国家重大项目相关负责人找到了吕盼稂。当时我国正在进行火星探测器着陆的相关实验，火星探测器在下降过程中需要不断调整位置，才能使其最终平稳降落到指定地点，在这个过程中，需要高速摄像机实时准确测量其下降过程中位移、速度、加速度等重要参数，助力火星探测器准确着陆。“之前他们找了好多单位都无法达到要求，最后才找到了我们。”吕盼稂介绍，火星探测器下降过程中要求高速摄像机拍摄的速度快且精度高，团队在现有高速摄像机产品的基础上，通过不断优化其快速自动对焦功能，经过半年多的调试，最终圆满完成任务。
除了在科研领域，如今包括生物医疗、工业等各个领域对高速摄像机都有了很高的需求。“在这些领域中的很多问题，如果用高速摄像机来分析，问题就变得简单很多。”吕盼稂团队针对高铁铁轨磨损检测需求研发的检测系统，工作人员只需打开设备将铁轨扫描一遍，就可以自动计算出铁轨的磨损程度。包括当下的新冠疫情，病毒与细胞反应的过程，以及病毒在空气中传播的路径等，这些都很适合用高速摄像的新视觉技术进行分析。
