一种远程配匙方法及系统

摘要

本发明公开了一种远程配匙方法及系统，包括以下步骤：建立钥匙坯数据库，存储钥匙坯模型及模型尺寸参数；采集钥匙图像；处理钥匙图像，将采集的钥匙图像进行处理，消除拍摄距离和拍摄角度不同导致的比例失真；提取钥匙图像齿形轮廓；建立三维钥匙几何模型，将提取的钥匙轮廓与钥匙坯型相结合建立三维钥匙几何模型；打印钥匙，利用3D打印技术将三维钥匙几何模型加工成实体。本发明远程配匙不需要依靠齿形码识别和摄相机标定，并且精度达到开锁要求。

权利要求

1.一种远程配匙方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1建立钥匙坯数据库，存储钥匙坯模型及模型尺寸参数；

S2采集钥匙图像；

S3处理钥匙图像，先结合钥匙坯对采集的钥匙图像进行特征点匹配，再采用投影变换算法对钥匙图像进行坐标变换，消除由于拍摄角度和拍摄距离不同导致的比例失真；

S4提取钥匙图像齿形轮廓；

S5建立三维钥匙几何模型，将提取的钥匙轮廓与钥匙坯型相结合建立三维钥匙几何模型；

S6打印钥匙，利用3D打印技术将三维钥匙几何模型加工成实体。

2.根据权利要求1所述的远程配匙方法，其特征在于：步骤S2中还包括预处理钥匙图像，具体为：将采集后的钥匙图像先进行灰度处理，再进行低通滤波处理，并使用非极大值抑制消除非边缘处的灰度梯度。

3.根据权利要求2所述的远程配匙方法，其特征在于：所述步骤S4的具体过程为：运用Hough变换和一维搜索黄金分割算法，搜索并提取钥匙的齿形轮廓，并运用拉格朗日插值法对齿形轮廓进行插值处理，提高轮廓清晰度。

4.根据权利要求1所述的远程配匙方法，其特征在于：所述步骤S5的具体过程为：根据提取的钥匙齿形轮廓，结合数据库中提取的钥匙坯的长、宽尺寸参数生成二维离散点云，再结合钥匙坯厚度和齿槽深度扩展坐标维度生成三维点云模型，并通过点云拼接和曲面重构将三维点云转换成三维几何模型。

5.一种远程配匙系统，其特征在于：包括图像采集模块、钥匙坯数据库模块、图像处理模块、三维重建模块和3D打印机；

所述图像采集模块，用于采集待重建的钥匙照片；

所述钥匙坯数据库模块分别与图像处理模块和三维重建模块连接，用于建立钥匙坯数据库，存储钥匙坯模型及模型尺寸参数；

所述图像处理模块与图像采集模块连接，用于对所采集的钥匙图像进行处理，消除拍摄距离和拍摄角度不同导致的比例失真，并提取钥匙图像齿形轮廓图；

所述三维重建模块与图像处理模块连接，用于结合钥匙齿形和钥匙坯数据生成钥匙三维几何模型；

所述3D打印机与三维重建模块连接，用于接收钥匙三维几何模型并打印出钥匙实体。

6.根据权利要求5所述的远程配匙系统，其特征在于：所述图像采集模块系统包括CCD摄像头和图像采集卡，所述CCD摄像头用于拍摄钥匙图像，所述图像采集卡用于将CCD摄像头拍摄得到的图像信息采集并传输至图像处理模块。

说明书

一种远程配匙方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及配钥匙领域，具体地指一种远程配匙方法及系统。

背景技术

[0002] 2008年，加州大学圣地亚哥分校的B Laxton，K Wang，S Savage等学者通过高分辨率摄像头和望远镜采集到了50米外的钥匙图像，并对其进行轮廓提取和齿形码识别，得到钥匙的齿形码（如图1所示），最终结合齿形码以及钥匙加工成形专用设备对钥匙坯进行加工得到钥匙（如图2所示），达到远程配匙的目的。运用该方法加工的钥匙精度高，可靠性强，但由于当今国内钥匙齿形码种类繁多，设计标准混乱，该方法难以在国内推广。

[0003] 运用Robert等人开创的双目视觉技术并结合3D打印技术可以回避齿形码难以识别的问题，其一般过程为使用两个摄像机对同一把钥匙拍摄两幅或多幅图像，组成立体相对，再利用对应点的视差来计算立体信息，继而重建出图像中钥匙的三维模型，最后利用3D打印技术加工出基于三维模型的钥匙。然而针对远程配匙，该技术也有其本身的缺陷，精确的三维模型重建需要对摄像机进行标定，并以专用的标定板作为背景拍摄照片，而远程配匙的对拍摄照片的要求是无需任何固定背景，因此标定条件下的远程配匙是毫无意义的，而使用非标定方法重建的三维模型精度特别是齿形复杂的钥匙的三维模型精度远远低于使用要求，即基于该模型加工出的钥匙无法开锁，因此，使用非标定方法的远程配匙依旧毫无意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是针对现有技术的不足，设计出一种不需要依靠齿形码识别和摄相机标定并且精度达到开锁要求的基于图像处理技术和3D打印技术的远程配匙系统。

[0005] 为了实现上述目的，本发明所设计的一种远程配匙方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

[0006] S1建立钥匙坯数据库，存储钥匙坯模型及模型尺寸参数；

[0007] S2采集钥匙图像；

[0008] S3处理钥匙图像，将采集的钥匙图像进行处理，消除拍摄距离和拍摄角度不同导致的比例失真；

[0009] S 4提取钥匙图片齿形轮廓；

[0010] S5建立三维钥匙几何模型，将提取的钥匙轮廓与钥匙坯型相结合建立三维钥匙几何模型；

[0011] S6打印钥匙，利用3D打印技术将三维钥匙几何模型加工成实体。

[0012] 进一步地，为得到高质量的图片，提高钥匙重建的成功率降低拍摄限制条件，所述步骤S2中还包括预处理钥匙图像，具体为：将采集后的钥匙图像先进行灰度处理，再进行低通滤波处理，使像素更加平滑，并消除反光引起的斑块，同时达到降噪目的并使用非极大值抑制消除非边缘处的灰度梯度，使图像边缘清晰，提高图片质量。

[0013] 更进一步地，所述步骤S3具体过程为：先结合钥匙坯对采集的钥匙图像进行特征点匹配，再采用投影变换算法对钥匙图像进行坐标变换，消除由于拍摄角度和拍摄距离不同导致的比例失真。

[0014] 再进一步地，所述步骤S4的具体过程为：运用Hough变换和一维搜索黄金分割算法，搜索并提取钥匙的齿形轮廓，并运用拉格朗日插值法对齿形轮廓进行插值处理，提高轮廓清晰度。

[0015] 再进一步地，所述步骤S5的具体过程为：根据提取的钥匙齿形轮廓，结合数据库中提取的钥匙坯的长、宽尺寸参数生成二维离散点云，再结合钥匙坯厚度和齿槽深度扩展坐标维度生成三维点云模型，并通过点云拼接和曲面重构将三维点云转换成三维几何模型。

[0016] 一种远程配匙系统，其特殊之处在于：包括图像采集模块、钥匙坯数据库模块、图像处理模块、三维重建模块和3D打印机；

[0017] 所述图像采集模块，用于采集待重建的钥匙照片；

[0018] 所述钥匙坯数据库模块分别与图像处理模块和三维重建模块连接，用于建立钥匙坯数据库，存储钥匙坯模型及模型尺寸参数；

[0019] 所述图像处理模块与图像采集模块连接，用于对所采集的钥匙图像进行处理，消除拍摄距离和拍摄角度不同导致的比例失真，并提取钥匙图像齿形轮廓图；

[0020] 所述三维重建模块与图像处理模块连接，用于结合钥匙齿形和钥匙坯数据生成钥匙三维几何模型；

[0021] 所述3D打印机与三维重建模块连接，用于接收钥匙三维几何模型并打印出钥匙实体。

[0022] 进一步地，所述图像采集模块包括CCD摄像头和图像采集卡。所述CCD摄像头用于拍摄钥匙图像，所述图像采集卡用于将CCD摄像头拍摄得到的图像信息采集并传输至图像处理模块。

[0023] 本发明的优点在于：

[0024] 1、运用图像处理技术提高成像质量，可有效降低钥匙照片采集难度；

[0025] 2、运用图像配准技术消除比例失真，可有效扩大拍摄角度，进一步降低钥匙照片采集难度；

[0026] 3、建立钥匙坯模型数据库，使得该系统有良好的可扩展性，有效扩展了该系统的适用范围；基于存储的高精度钥匙坯模型重建的钥匙模型相较于运用双目视觉方法重建的钥匙模型拥有更高的精度。

[0027] 4、通过齿形轮廓与钥匙坯模型相结合的方式建立钥匙三维几何模型既规避了齿形码难以识别的问题又提高了模型精度；

[0028] 5、运用3D打印技术对要是模型进行加工成形，速度快，难度低，加工的钥匙实体精度高。

附图说明

[0029] 图1为本发明一种远程配匙系统的结构框图。

[0030] 图2为钥匙三维点云图。

[0031] 图3为钥匙三维几何模型结构示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

[0033] 一种远程配匙方法，包括以下步骤：

[0034] S1建立钥匙坯数据库，存储钥匙坯模型及模型尺寸参数；

[0035] S2采集钥匙图像；

[0036] S3处理钥匙图像，将采集的钥匙图像进行处理，消除拍摄距离和拍摄角度不同导致的比例失真；

[0037] S 4提取钥匙图像齿形轮廓；

[0038] S5建立三维钥匙几何模型，将提取的钥匙轮廓与钥匙坯型相结合建立三维钥匙几何模型；

[0039] S6打印钥匙，利用3D打印技术将三维钥匙几何模型加工成实体。

[0040] 其中，建立钥匙坯数据库，包括建立包含各种类钥匙坯模型及尺寸参数的数据库，为钥匙图像配准提供配准素材以及长、宽、厚度、齿槽深d和横截面弧度 等尺寸信息，使用时可直接提取。并可对其中数据进行更新、增加、删除等操作，增加钥匙坯数据存储种类并减少重复数据，以满足使用要求。

[0041] 为得到高质量的图像，提高钥匙重建的成功率降低拍摄限制条件，所述步骤S2中还包括预处理钥匙图像，具体为：将采集后的钥匙图像先进行灰度处理，再进行低通滤波处理，使像素更加平滑，并消除反光引起的斑块，同时达到降噪目的并使用非极大值抑制消除非边缘处的灰度梯度，使图像边缘清晰，提高图片质量。

[0042] 步骤S3具体过程为：从钥匙坯数据库中提取钥匙坯模型图片，将待重建钥匙图像与其进行配准，求解变换矩阵，考虑钥匙不同部位的视角不同，采用投影变换算法对钥匙图像进行坐标变换，根据钥匙实体是否有曲面选择采用平面投影算法或曲面投影算法以消除由于拍摄角度和拍摄距离不同导致的比例失真。运用投影变换算法变换所得钥匙图片相较其他变换算法精度更高。

[0043] 步骤S4的具体过程为：运用Hough变换和一维搜索黄金分割算法，根据图像中像素亮度梯度搜索并提取钥匙的齿形轮廓，并运用拉格朗日插值法对齿形轮廓进行插值处理，提高轮廓清晰度和平滑度。

[0044] 步骤S5的具体过程为：根据提取的钥匙齿形轮廓，结合数据库中提取的钥匙坯的长、宽尺寸参数生成二维离散点云，再结合钥匙坯厚度和齿槽深度扩展坐标维度生成三维点云模型，并通过点云拼接划分三角网络，生成三角面片，运用曲面重构将三角面片连接生成三维几何模型。

[0045] 步骤S6的具体过程为：将钥匙三维几何模型转换为stl文件格式并导入3D打印机。由3D打印机对模型进行切片并规划打印机喷头运行轨迹，最终通过3D打印得到钥匙实体，该实体精度及强度均达到开锁要求。

[0046] 如图所示的一种远程配匙系统，包括图像采集模块、钥匙坯数据库模块、图像处理模块、三维重建模块和3D打印机；

[0047] 所述图像采集模块，用于采集待重建的钥匙照片；

[0048] 所述钥匙坯数据库模块分别与图像处理模块和三维重建模块连接，用于建立钥匙坯数据库，存储钥匙坯模型及模型尺寸参数；

[0049] 所述图像处理模块与图像采集模块连接，用于对所采集的钥匙图像进行处理，消除拍摄距离和拍摄角度不同导致的比例失真，并提取钥匙图像齿形轮廓图；

[0050] 所述三维重建模块与图像处理模块连接，用于结合钥匙齿形和钥匙坯数据生成钥匙三维几何模型；

[0051] 所述3D打印机与三维重建模块连接，用于接收钥匙三维几何模型并打印出钥匙实体。

[0052] 其中，图像采集模块系统包括CCD摄像头和图像采集卡。CCD摄像头用于拍摄钥匙图像，所述图像采集卡用于将CCD摄像头拍摄得到的图像信息采集并传输至图像处理模块。

[0053] 该系统应用领域可分为民用和警用，遇到出门忘带钥匙的情况可通过一张钥匙照片运用该系统打印出可以开门的钥匙，为居民提供方便；在刑事侦查时遇见技术开锁无法打开的锁具可通过拍摄钥匙照片得到开锁所需钥匙，为开锁提供更加便捷的途径。该系统可处理20米左右距离各种角度的钥匙照片。