在距离着陆地 100 米时 ， 凭借多功能避障敏感器的激光三维成像 ， 探测器可执行悬停避障动作 ， 从而规避尺度小于 0.2m 的小型岩石和陨石坑 ， 借此进行精避障 ， 以防止火星车落到岩石和陨石坑上 。

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图 | 整器悬停避障试验（来源：朱飞虎）
具体来说 ， 光学成像模块和激光成像模块是多功能避障敏感器的两大组成部分 。 它们主要承担以下角色：第一 ， 探测器背后的降落伞及金属结构 ， 它的别名叫背罩 。 由于背罩很大 ， 假如探测器着陆点离它太近 ， 背罩可能会缠住火星车 ， 因此要设法做以规避 。
第二 ， 大型岩石和陨石坑也是被规避的对象 。 当探测器距离着陆点在3000米至10000米时 ， 它要对障碍进行粗略识别 ， 并规避半径在百米级至公里级之间的大型障碍 。 而在火星着陆九分钟中 ， 着陆腿会在最后三分钟伸出防热大底 ， 这时多功能避障敏感器也要识别火星表面的障碍 。


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图 | “天问一号”着陆点自主选择系统（来源：朱飞虎）
当探测器距离着陆地仅有一百米时 ， 激光成像模块可执行更高精度的障碍规避 ， 被规避对象是尺寸小于 0.2 米的石头和陨石坑 ， 借此让火星车落到更平坦的地方 ， 以防止其后续行为受限 。 概括来说 ， 多功能避障敏感器的看家本领是给火星车选择平坦的着陆区域 。月球车巡视和空间交会
视觉系统也可用于月球车巡视和空间交会上 。 当月球车在巡视时 ， 视觉系统可帮它识别周围地形地貌 ， 从而做出精确规划 。 月球车上还会搭载导航相机和避障相机 ， 它和探测器的着陆相机有诸多相似之处 ， 通过呈现立体三维图像 ， 让行走中的月球车可以辨别并避开车轮边的障碍 ， 比如石子和凹坑等 。


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图 | 交会对接（来源：朱飞虎）
在航天器交会对接上 ， 还要进行相对位置测量和姿态测量 ， 当两者接近时 ， 不仅要完全对上相对位置 ， 还要保证姿态配对 ， 即只有面对面时才能成功对接 。 而对接精度的要求也很高 ， 一般在毫米量级 ， 角度要求则在零点几度量级 。
朱飞虎表示 ， 视觉系统曾成功应用于天舟三号 ， 在使用时它全面继承了避障器系统的硬件 ， 同时也对软件做了迭代 ， 以保证交会对接任务的顺利完成 。在软件上 ， 他设计的着陆点自主选择视觉导航算法 ， 具备实时、鲁棒等优点 ， 让“天问一号”的成功软着陆获得更多保障 。
据悉 ， 该算法采用双目视觉算法硬件化的方式 ， 并用FPGA加以实现 ， 具备太阳高度角变化 ， 自适应调整阴影和方差特征等能力 。 此外 ， 他还建立了噪声模型 ， 让以数字化地形、进行全工况模拟成为现实 。 未来 ， 在“天舟四号”以及后续神舟系列飞船上都会用到 。
此外 ， 朱飞虎团队参与研发的同类视觉产品——导航相机和避障相机 ， 也已应用在祝融号火星车上 。 2021 年 5 月 ， 祝融号火星车的拍摄影像公布 ， 无论是彩色图像、还是黑白避障图像 ， 均由导航相机和避障相机拍摄完成 。 嫦娥五号交会对接光学成像敏感器（下称“敏感器”） ， 则是朱飞虎团队研发的另一款“眼睛” 。 2020 年底 ， 中国首次月球采样返回 1731g 月壤 。