市場化產(chǎn)品研發(fā)的過程遠比呂盼稂想象中要難得多。一臺完整的高速攝像機包含10種核心芯片以及400多種元器件，而市場成品的元件性能很難直接滿足團隊的要求，要想在現(xiàn)有基礎(chǔ)上研發(fā)更高性能的儀器，團隊必須挨個元件攻克。最初團隊人員少，熬夜加班是常有的事?！按蠹夜ぷ鞫己苤鲃?，特別投入，并且特別興奮地挨個攻克難題?！蹦嵌螘r間，每天工作到凌晨3點成了呂盼稂的工作常態(tài)，如今回想，他卻并沒覺得有多辛苦。

呂盼稂介紹，研發(fā)過程中遇到問題最多的就是芯片問題，以傳感器芯片為例，當時團隊采購芯片的最高性能是400萬像素，每秒400幀的速度，但是團隊要實現(xiàn)500幀的指標，強行加快速度，輸出的圖片質(zhì)量就很差。為了解決這一難題，團隊成員經(jīng)過幾個月的反復嘗試，最后通過精心調(diào)節(jié)芯片的驅(qū)動電路和外圍通信電路，才將圖像輸出的圖像質(zhì)量問題解決。

芯片問題還只是其中一部分，很多基礎(chǔ)功能元件都需要團隊重新開發(fā)。例如用于存儲高速視頻數(shù)據(jù)的存儲控制器，假設(shè)拍攝一張照片的像素是800KB，高速攝像機每秒即拍攝幾十萬張圖片，因此需要至少比市面?zhèn)鬏斉c存儲速度快100倍以上的存儲控制器?！爱敃r團隊從存儲控制器的底層邏輯重新開發(fā)，光代碼就寫了半年多時間，最后實現(xiàn)了容量2.5T，帶寬達6G的存儲控制器?！眳闻物榻B，即便現(xiàn)在，團隊也一直在不斷研發(fā)升級存儲控制器等核心器件的性能。而基于此類元件的創(chuàng)新研發(fā)，團隊目前已經(jīng)取得了60多項研發(fā)專利。

自研芯片破壟斷 今年有望創(chuàng)新高

經(jīng)過近3年的摸索，呂盼稂團隊于2014年成功研發(fā)出第一臺高性能高速攝像機。“第一臺相機交付給北京的一所院校，后來學校老師反饋拍攝效果非常好，給了團隊很大的鼓勵?！痹诋敃r，同等性能的進口高速攝像機售價在20萬元左右，呂盼稂團隊產(chǎn)品只需6萬多元，高性價比的產(chǎn)品為團隊贏得了市場口碑。

而隨著我國在航空航天、科研等領(lǐng)域的研發(fā)深入，國內(nèi)對高速攝像機的性能要求越來越高?！俺咝阅艿母咚贁z像機，發(fā)達國家均禁止對外出口，例如美國就禁止出口曝光時間小于100納秒的高速攝像機?！睘榱送黄茐艛嗖M足國內(nèi)研發(fā)需求，自2017年至今，呂盼稂研發(fā)的高速攝像機拍攝速度從每秒2000幀上升到1萬幀，再到如今的100萬幀，逐漸實現(xiàn)了進口高速攝像機的國產(chǎn)化替代。

2018年，為了進一步突破高端高速攝像機的性能，呂盼稂團隊決定自己研發(fā)核心器件圖像傳感器芯片?！皞鞲衅餍酒切酒凶铍y的一種類型，屬于數(shù)?；旌闲酒枰芏嗄甑慕?jīng)驗積累才能保證傳輸信號不失真?！睘榇?，呂盼稂團隊又吸納了多位在芯片研發(fā)領(lǐng)域的專業(yè)人才。歷經(jīng)兩年半的攻克，我國第一款可以實現(xiàn)800萬像素，每秒2000幀速度的傳感器芯片研發(fā)成功?！斑@款芯片針對我們使用過程中的很多問題進行了優(yōu)化，例如畫面比例、動態(tài)范圍等，十分適合三維測量領(lǐng)域?！眳闻物榻B。

基于這款芯片的高性能，呂盼稂團隊研發(fā)的高速攝像機拍攝速度亦實現(xiàn)了每秒100萬幀的突破，不僅打破了進口高端整機產(chǎn)品在國內(nèi)市場的壟斷，該團隊亦成為國內(nèi)唯一可以生產(chǎn)成熟商品化高速攝像機系統(tǒng)的團隊。而他們在高速攝像機領(lǐng)域的研發(fā)從未停止，呂盼稂透露，團隊今年的目標是實現(xiàn)高速攝像機拍攝速度達到每秒500萬幀的新高度。

應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)更多有價值研究課題

◆利用高速攝像機拍攝的球落水瞬間。受訪者供圖

2019年，國家重大項目相關(guān)負責人找到了呂盼稂。當時我國正在進行火星探測器著陸的相關(guān)實驗，火星探測器在下降過程中需要不斷調(diào)整位置，才能使其最終平穩(wěn)降落到指定地點，在這個過程中，需要高速攝像機實時準確測量其下降過程中位移、速度、加速度等重要參數(shù)，助力火星探測器準確著陸?！爸八麄冋伊撕枚鄦挝欢紵o法達到要求，最后才找到了我們?！眳闻物榻B，火星探測器下降過程中要求高速攝像機拍攝的速度快且精度高，團隊在現(xiàn)有高速攝像機產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過不斷優(yōu)化其快速自動對焦功能，經(jīng)過半年多的調(diào)試，最終圓滿完成任務(wù)。

除了在科研領(lǐng)域，如今包括生物醫(yī)療、工業(yè)等各個領(lǐng)域?qū)Ω咚贁z像機都有了很高的需求。“在這些領(lǐng)域中的很多問題，如果用高速攝像機來分析，問題就變得簡單很多。”呂盼稂團隊針對高鐵鐵軌磨損檢測需求研發(fā)的檢測系統(tǒng)，工作人員只需打開設(shè)備將鐵軌掃描一遍，就可以自動計算出鐵軌的磨損程度。包括當下的新冠疫情，病毒與細胞反應(yīng)的過程，以及病毒在空氣中傳播的路徑等，這些都很適合用高速攝像的新視覺技術(shù)進行分析。