本發(fā)明涉及配鑰匙領(lǐng)域，具體地指一種遠(yuǎn)程配匙方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2008年，加州大學(xué)圣地亞哥分校的B Laxton，K Wang，S Savage等學(xué)者通過高分辨率攝像頭和望遠(yuǎn)鏡采集到了50米外的鑰匙圖像，并對(duì)其進(jìn)行輪廓提取和齒形碼識(shí)別，得到鑰匙的齒形碼（如圖1所示），最終結(jié)合齒形碼以及鑰匙加工成形專用設(shè)備對(duì)鑰匙坯進(jìn)行加工得到鑰匙（如圖2所示），達(dá)到遠(yuǎn)程配匙的目的。運(yùn)用該方法加工的鑰匙精度高，可靠性強(qiáng)，但由于當(dāng)今國內(nèi)鑰匙齒形碼種類繁多，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)混亂，該方法難以在國內(nèi)推廣。

運(yùn)用Robert等人開創(chuàng)的雙目視覺技術(shù)并結(jié)合3D打印技術(shù)可以回避齒形碼難以識(shí)別的問題，其一般過程為使用兩個(gè)攝像機(jī)對(duì)同一把鑰匙拍攝兩幅或多幅圖像，組成立體相對(duì)，再利用對(duì)應(yīng)點(diǎn)的視差來計(jì)算立體信息，繼而重建出圖像中鑰匙的三維模型，最后利用3D打印技術(shù)加工出基于三維模型的鑰匙。然而針對(duì)遠(yuǎn)程配匙，該技術(shù)也有其本身的缺陷，精確的三維模型重建需要對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，并以專用的標(biāo)定板作為背景拍攝照片，而遠(yuǎn)程配匙的對(duì)拍攝照片的要求是無需任何固定背景，因此標(biāo)定條件下的遠(yuǎn)程配匙是毫無意義的，而使用非標(biāo)定方法重建的三維模型精度特別是齒形復(fù)雜的鑰匙的三維模型精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使用要求，即基于該模型加工出的鑰匙無法開鎖，因此，使用非標(biāo)定方法的遠(yuǎn)程配匙依舊毫無意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)出一種不需要依靠齒形碼識(shí)別和攝相機(jī)標(biāo)定并且精度達(dá)到開鎖要求的基于圖像處理技術(shù)和3D打印技術(shù)的遠(yuǎn)程配匙系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種遠(yuǎn)程配匙方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

S1建立鑰匙坯數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)鑰匙坯模型及模型尺寸參數(shù)；

S2采集鑰匙圖像；

S3處理鑰匙圖像，將采集的鑰匙圖像進(jìn)行處理，消除拍攝距離和拍攝角度不同導(dǎo)致的比例失真；

S 4提取鑰匙圖片齒形輪廓；

S5建立三維鑰匙幾何模型，將提取的鑰匙輪廓與鑰匙坯型相結(jié)合建立三維鑰匙幾何模型；

S6打印鑰匙，利用3D打印技術(shù)將三維鑰匙幾何模型加工成實(shí)體。

進(jìn)一步地，為得到高質(zhì)量的圖片，提高鑰匙重建的成功率降低拍攝限制條件，所述步驟S2中還包括預(yù)處理鑰匙圖像，具體為：將采集后的鑰匙圖像先進(jìn)行灰度處理，再進(jìn)行低通濾波處理，使像素更加平滑，并消除反光引起的斑塊，同時(shí)達(dá)到降噪目的并使用非極大值抑制消除非邊緣處的灰度梯度，使圖像邊緣清晰，提高圖片質(zhì)量。

更進(jìn)一步地，所述步驟S3具體過程為：先結(jié)合鑰匙坯對(duì)采集的鑰匙圖像進(jìn)行特征點(diǎn)匹配，再采用投影變換算法對(duì)鑰匙圖像進(jìn)行坐標(biāo)變換，消除由于拍攝角度和拍攝距離不同導(dǎo)致的比例失真。

再進(jìn)一步地，所述步驟S4的具體過程為：運(yùn)用Hough變換和一維搜索黃金分割算法，搜索并提取鑰匙的齒形輪廓，并運(yùn)用拉格朗日插值法對(duì)齒形輪廓進(jìn)行插值處理，提高輪廓清晰度。

再進(jìn)一步地，所述步驟S5的具體過程為：根據(jù)提取的鑰匙齒形輪廓，結(jié)合數(shù)據(jù)庫中提取的鑰匙坯的長、寬尺寸參數(shù)生成二維離散點(diǎn)云，再結(jié)合鑰匙坯厚度和齒槽深度擴(kuò)展坐標(biāo)維度生成三維點(diǎn)云模型，并通過點(diǎn)云拼接和曲面重構(gòu)將三維點(diǎn)云轉(zhuǎn)換成三維幾何模型。

一種遠(yuǎn)程配匙系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括圖像采集模塊、鑰匙坯數(shù)據(jù)庫模塊、圖像處理模塊、三維重建模塊和3D打印機(jī)；

所述圖像采集模塊，用于采集待重建的鑰匙照片；

所述鑰匙坯數(shù)據(jù)庫模塊分別與圖像處理模塊和三維重建模塊連接，用于建立鑰匙坯數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)鑰匙坯模型及模型尺寸參數(shù)；

所述圖像處理模塊與圖像采集模塊連接，用于對(duì)所采集的鑰匙圖像進(jìn)行處理，消除拍攝距離和拍攝角度不同導(dǎo)致的比例失真，并提取鑰匙圖像齒形輪廓圖；

所述三維重建模塊與圖像處理模塊連接，用于結(jié)合鑰匙齒形和鑰匙坯數(shù)據(jù)生成鑰匙三維幾何模型；

所述3D打印機(jī)與三維重建模塊連接，用于接收鑰匙三維幾何模型并打印出鑰匙實(shí)體。

進(jìn)一步地，所述圖像采集模塊包括CCD攝像頭和圖像采集卡。所述CCD攝像頭用于拍攝鑰匙圖像，所述圖像采集卡用于將CCD攝像頭拍攝得到的圖像信息采集并傳輸至圖像處理模塊。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、運(yùn)用圖像處理技術(shù)提高成像質(zhì)量，可有效降低鑰匙照片采集難度；

2、運(yùn)用圖像配準(zhǔn)技術(shù)消除比例失真，可有效擴(kuò)大拍攝角度，進(jìn)一步降低鑰匙照片采集難度；

3、建立鑰匙坯模型數(shù)據(jù)庫，使得該系統(tǒng)有良好的可擴(kuò)展性，有效擴(kuò)展了該系統(tǒng)的適用范圍；基于存儲(chǔ)的高精度鑰匙坯模型重建的鑰匙模型相較于運(yùn)用雙目視覺方法重建的鑰匙模型擁有更高的精度。

4、通過齒形輪廓與鑰匙坯模型相結(jié)合的方式建立鑰匙三維幾何模型既規(guī)避了齒形碼難以識(shí)別的問題又提高了模型精度；

5、運(yùn)用3D打印技術(shù)對(duì)要是模型進(jìn)行加工成形，速度快，難度低，加工的鑰匙實(shí)體精度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種遠(yuǎn)程配匙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為鑰匙三維點(diǎn)云圖。

圖3為鑰匙三維幾何模型結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

一種遠(yuǎn)程配匙方法，包括以下步驟：

S1建立鑰匙坯數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)鑰匙坯模型及模型尺寸參數(shù)；

S2采集鑰匙圖像；

S3處理鑰匙圖像，將采集的鑰匙圖像進(jìn)行處理，消除拍攝距離和拍攝角度不同導(dǎo)致的比例失真；

S 4提取鑰匙圖像齒形輪廓；

S5建立三維鑰匙幾何模型，將提取的鑰匙輪廓與鑰匙坯型相結(jié)合建立三維鑰匙幾何模型；

S6打印鑰匙，利用3D打印技術(shù)將三維鑰匙幾何模型加工成實(shí)體。

其中，建立鑰匙坯數(shù)據(jù)庫，包括建立包含各種類鑰匙坯模型及尺寸參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，為鑰匙圖像配準(zhǔn)提供配準(zhǔn)素材以及長、寬、厚度、齒槽深d和橫截面弧度 等尺寸信息，使用時(shí)可直接提取。并可對(duì)其中數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、增加、刪除等操作，增加鑰匙坯數(shù)據(jù)存儲(chǔ)種類并減少重復(fù)數(shù)據(jù)，以滿足使用要求。

為得到高質(zhì)量的圖像，提高鑰匙重建的成功率降低拍攝限制條件，所述步驟S2中還包括預(yù)處理鑰匙圖像，具體為：將采集后的鑰匙圖像先進(jìn)行灰度處理，再進(jìn)行低通濾波處理，使像素更加平滑，并消除反光引起的斑塊，同時(shí)達(dá)到降噪目的并使用非極大值抑制消除非邊緣處的灰度梯度，使圖像邊緣清晰，提高圖片質(zhì)量。

步驟S3具體過程為：從鑰匙坯數(shù)據(jù)庫中提取鑰匙坯模型圖片，將待重建鑰匙圖像與其進(jìn)行配準(zhǔn)，求解變換矩陣，考慮鑰匙不同部位的視角不同，采用投影變換算法對(duì)鑰匙圖像進(jìn)行坐標(biāo)變換，根據(jù)鑰匙實(shí)體是否有曲面選擇采用平面投影算法或曲面投影算法以消除由于拍攝角度和拍攝距離不同導(dǎo)致的比例失真。運(yùn)用投影變換算法變換所得鑰匙圖片相較其他變換算法精度更高。

步驟S4的具體過程為：運(yùn)用Hough變換和一維搜索黃金分割算法，根據(jù)圖像中像素亮度梯度搜索并提取鑰匙的齒形輪廓，并運(yùn)用拉格朗日插值法對(duì)齒形輪廓進(jìn)行插值處理，提高輪廓清晰度和平滑度。

步驟S5的具體過程為：根據(jù)提取的鑰匙齒形輪廓，結(jié)合數(shù)據(jù)庫中提取的鑰匙坯的長、寬尺寸參數(shù)生成二維離散點(diǎn)云，再結(jié)合鑰匙坯厚度和齒槽深度擴(kuò)展坐標(biāo)維度生成三維點(diǎn)云模型，并通過點(diǎn)云拼接劃分三角網(wǎng)絡(luò)，生成三角面片，運(yùn)用曲面重構(gòu)將三角面片連接生成三維幾何模型。

步驟S6的具體過程為：將鑰匙三維幾何模型轉(zhuǎn)換為stl文件格式并導(dǎo)入3D打印機(jī)。由3D打印機(jī)對(duì)模型進(jìn)行切片并規(guī)劃打印機(jī)噴頭運(yùn)行軌跡，最終通過3D打印得到鑰匙實(shí)體，該實(shí)體精度及強(qiáng)度均達(dá)到開鎖要求。

如圖所示的一種遠(yuǎn)程配匙系統(tǒng)，包括圖像采集模塊、鑰匙坯數(shù)據(jù)庫模塊、圖像處理模塊、三維重建模塊和3D打印機(jī)；

所述圖像采集模塊，用于采集待重建的鑰匙照片；

所述鑰匙坯數(shù)據(jù)庫模塊分別與圖像處理模塊和三維重建模塊連接，用于建立鑰匙坯數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)鑰匙坯模型及模型尺寸參數(shù)；

所述圖像處理模塊與圖像采集模塊連接，用于對(duì)所采集的鑰匙圖像進(jìn)行處理，消除拍攝距離和拍攝角度不同導(dǎo)致的比例失真，并提取鑰匙圖像齒形輪廓圖；

所述三維重建模塊與圖像處理模塊連接，用于結(jié)合鑰匙齒形和鑰匙坯數(shù)據(jù)生成鑰匙三維幾何模型；

所述3D打印機(jī)與三維重建模塊連接，用于接收鑰匙三維幾何模型并打印出鑰匙實(shí)體。

其中，圖像采集模塊系統(tǒng)包括CCD攝像頭和圖像采集卡。CCD攝像頭用于拍攝鑰匙圖像，所述圖像采集卡用于將CCD攝像頭拍攝得到的圖像信息采集并傳輸至圖像處理模塊。

該系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域可分為民用和警用，遇到出門忘帶鑰匙的情況可通過一張鑰匙照片運(yùn)用該系統(tǒng)打印出可以開門的鑰匙，為居民提供方便；在刑事偵查時(shí)遇見技術(shù)開鎖無法打開的鎖具可通過拍攝鑰匙照片得到開鎖所需鑰匙，為開鎖提供更加便捷的途徑。該系統(tǒng)可處理20米左右距離各種角度的鑰匙照片。