Efficient camera calibration and edge detection of robot vision system for ITER blanket remote handling system

ITERブランケット遠隔保守装置ロボットビジョンシステムにおけるカメラキャリブレーションとエッジ検出の効率化

丸山 孝仁; 野口 悠人; 上野 健一; 武田 信和; 角舘 聡

Maruyama, Takahito; Noguchi, Yuto; Ueno, Kenichi; Takeda, Nobukazu; Kakudate, Satoshi

ITER真空容器内に設置されるブランケットモジュールは、真空容器内に展開されるブランケット遠隔保守システムによって遠隔操作で交換される。当該システムの位置決め計測法は、カメラ画像を利用するロボットビジョンを採用している。ロボットビジョンが要求計測精度を満足する事はこれまでの試験で実証できているが、カメラ座標を定義するカメラキャリブレーションやカメラ座標と把持対象(ブランケット)の3次元相対位置を特定するカメラ画像のエッジ検出に時間がかかることが技術課題である。これを解決するためにカメラキャリブレーションに対しては、カメラ取り付け精度の影響を受けずに、任意の取り付け設置においてもカメラ座標を定義可能なキャリブレーション方法を開発し、調整時間を大幅に短縮した。エッジ検出に対しては、二値化しきい値調整の時間短縮化のために、被写体深度を広くとっても照度の影響を受けない手法の確立が必要である。照度低下によるエッジ情報の部分的欠落とエッジ部のノイズ増加改善のために、エッジ膨張処理によるエッジの補間、ゾーベル演算子によるエッジ部輪郭線のノイズ低減を行う画像処理手法を開発した。これら2つの時間効率化手法の妥当性を確認するため、実規模プロトタイプによる実証試験を実施し、妥当性を確認した。

In the vacuum vessel of ITER, the blanket modules will be handled by a huge robotic manipulator that travels on a rail which has been deployed into the vessel. This system is called the ITER blanket remote handling system. A robot vision system using two cameras was developed for rough positioning of that system. Previous testing confirmed that the manipulator satisfies the required positioning accuracy with that robot vision system. However, these tests also showed that camera calibration and edge detection take quite some time since precise camera positioning is needed to calibrate the cameras, and parameters need to be adjusted during operations for edge detection. To improve camera calibration, software image transformation to correct the misalignment of cameras was adopted. Using this method, positioning of cameras does not affect accuracy of the robot vision system, and thus precise positioning of cameras is not necessary. To improve edge detection, we adopted smaller apertures for a wider depth of field, edge dilation for connecting edges, and the Sobel operator for detecting the edges of the modules. These methods make edge detection robust and the adjustment of parameters unnecessary. Through testing we confirmed that these methods make the robot vision system more efficient.