自動重畳表示のための人工マーカを利用した物体認識に基づく物体姿勢推定手法の開発

摘要

原子力発電プラントは数百万にも及ぶ部品や機器で構成されており，建設や保守において非常に高度な管理が不可欠である．その中でも，点検員がプラント内を巡回し，各機器の安全を確認する巡視点検が，安全管理の面から重要となっている．原子力発電プラントにおける巡視点検では，計器データのチェックだけでなく，プラント内の機械音や匂いなど，五感を使った異常の察知が求められ，これには点検員の熟練した技術や経験が必要となる．しかし，点検員の高齢化による熟練点検員の減少や非熟練者への技術伝承の困難さから，安全管理の水準の維持が困難となっている．このため，点検員への作業支援システムの開発が求められている．特に安全管理の水準維持のために，配管や機器の腐食や変形，循環液の漏れなど，プラント内の異常の予兆を非熟練点検員へ視覚的に呈示するシステムの開発が重要とされているため，情報呈示の際に配管や機器の認識と情報表示位置合わせを行うことが不可欠である．情報呈示技術の1 つに拡張現実感（Augmented Reality：AR）技術がある．これは，実世界内に仮想物体や情報をユーザの視点位置変更などに追従しながら重畳表示し，あたかも実世界内に存在するのように呈示する技術であり，これまでエンターテイメント分野や医療分野など様々な応用がなされてきた．AR システムを実現する上で，重畳表示したものがあたかも実世界に存在するとユーザが感じるために，実世界内の物体と仮想物体の位置合わせの研究が数多く行われてきた．AR 技術の代表的な手法として，人工マーカを利用したマーカベースARと，人工マーカを必要としないマーカレスAR がある．前者は，環境内にあらかじめパターンの決まったマーカを設置し，それを基準としてカメラの姿勢や仮想物体の位置合わせを行う手法である．この手法は，安定的なカメラトラッキングが実現でき，マーカに物体情報を与えることで物体認識を行うことも可能であるが，高精度な位置合わせをするためには全てのマーカについて物体上の設置位置を事前に設定し，厳密に位置を合わせてマーカを設置する必要がある．一方，後者は環境内の特徴点や3次元点群データを取得し，Simultaneous Localization and Mapping（SLAM）を応用して位置合わせを行う手法である．この手法では，事前に作業を行う必要がなく，実世界の物体の形状に合わせた高精度な位置合わせが可能であるが，物体の認識を行うことは困難である，本研究で想定する発電プラントは，短時間で変化する物体のない静的な大規模環境であり，物体認識と高精度位置合わせを行う情報呈示システムを従来のマーカベースAR やマーカレスAR を適用して実現することは困難である．そこで本研究では，両者の利点を組み合わせて物体認識と高精度位置合わせを同時に実現するため，人工マーカによる物体認識と3 次元計測により取得した点群データの位置合わせを利用した新たな物体姿勢推定手法を開発する．