在一些不适合人工作业的极端环境(高温,黑暗,真空,核辐射等)或人力难以到达的环境中,为了监控环境内部部件的状态需要利用机器视觉代替人眼察看极端环境内部现场状态并检查内部部件受损情况。通过在机械臂末端搭载视觉检测工具,利用遥操作技术将视觉检测工具送入极端环境中完成视觉检测任务是一个不错的选择。本文所研究的视觉系统安装在柔性内窥机械臂末端,旨在为托卡马克装置内部部件第一壁提供全覆盖式和近距离观察,为后续维修工作提供依据。围绕遥操作机械臂视觉系统功能,本文主要解决两个问题。首先,针对传统的依靠查看图片序列或视频的视觉观测方式带来的繁琐不直观问题,提出了一种基于增强虚拟的第一壁场景复现方法。该方法基于增强虚拟的思想,首先设计一种鲁棒的第一壁单砖图像识别提取算法,从相机获取的真实第一壁场景图片中识别提取出真实的第一壁单砖图像,然后结合机械臂位姿信息并估计相机位姿,设计第一壁单砖图像虚实配准算法,将识别提取出的真实单砖图像通过纹理映射的方式叠加在虚拟的第一壁场景模型中的对应位置,达到虚实结合的混合现实效果。通过该方法,用户可以直接在三维虚拟的托卡马克腔体环境中察看第一壁真实图像,具有很强的三维立体感,可以任意视角观察,方便快速定位第一壁砖块受损位置,大大提高了观察的直观性和检测效率。其次,本视觉系统相机和光源均安装在机械臂末端,针对黑暗环境下,机械臂扫描运动过程中机械臂末端距离待观测第一壁表面的观测距离发生变化时,相机图像会出现过亮或过暗的问题,本文提出了一种基于图像亮度质量分析的自动照明方法,在机械臂运动过程中,自动调节光源亮度来平衡观测距离变化,维持图像亮度在合适的水平。该方法的实现是在观测距离可获取的情况下,首先采用特征学习的方式建立图像亮度质量评价模型提取图像亮度质量特征,然后建立图像亮度质量,观测距离和光源亮度三者之间的回归模型,以期望的图像亮度质量特征加上观测距离作为回归模型的输入离线预测出用于保障相机图像亮度的光源亮度值。在机械臂运动过程中,根据测距离的值,将光源亮度值设置为与观测距离相对应的值,进行实时自动照明。最后分别对基于增强虚拟的第一壁场景复现方法和基于图像亮度质量分析的自动照明方法的可行性和有效性进行实验验证。实验结果验证了方法的有效性。