一种文物保护报警装置及方法

技术领域

本发明涉及文物监测设备技术领域，特别是一种小型文物保护报警装置及方法。

背景技术

目前，对文物的保护越来越重要。目前现有的文物防盗系统主要采用设备监控与人工巡查相结合的方式，设备监控常用视频监控的方式，但是目前监控摄像头视频数据常常不具备自动报警功能，仅起到事后破案和取证的作用，不能起到事前预警防范作用，现有的监测系统不仅结构复杂，而且成本高，体积大，使用不方便。

因此，需要一种自动监测文物且能及时报警的监测设备。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种文物保护报警装置，该装置利用设置于文物表面的能反射特征峰的标签器件和能监测标签器件上特征峰的装置来生成报警信号。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的文物保护报警装置，包括主体和设置于主体上的光源模块、滤光片、特征峰识别装置和报警装置；

所述光源模块，用于向待监测目标发射预设频率的光线；所述光源模块前设置有红外偏振片；所述滤光片，用于允许从待监测目标上反射回来的具有预设频率的光线通过；所述特征峰识别装置，用于接收从待监测目标上反射回来的光谱特征信号，根据光谱特征信号生成报警信号；所述报警装置，用于接收特征峰识别装置传输的报警信号并发出报警。

进一步，所述特征峰识别装置包括摄像机和识别装置，所述摄像机设置于主体上，用于采集从待监测目标上反射回来的具有预设频率的光谱图像；所述摄像机的镜头前设置有红外偏振片和滤光片；所述识别装置设置于主体上，用于接收光谱图像并得到光谱特征信号。

进一步，还包括设置于待监测目标上的标签器件，所述标签器件上设置有能反射预设特征峰波段光线的膜层材料。

进一步，所述主体包括箱体和箱盖；所述摄像机设置于箱体中，所述箱体内设置有相机支架，所述摄像机设置于相机支架上，所述箱体侧壁上设置有镜头孔，所述摄像机的镜头与镜头孔对齐，所述镜头孔用于允许从待监测目标上反射回来的具有预设频率的光线进入摄像机中；所述光源模块、报警装置设置于箱盖上。

进一步，所述相机支架上设置有用于固定摄像机的卡槽，所述卡槽用于容纳摄像机，使得摄像机能固定后其镜头恰能与镜头孔对齐；和/或所述镜头孔上设置有用于固定红外偏振片的卡槽和用于固定滤光片的卡槽；和/或所述光源模块的发光部位的前面设置有用于固定红外偏振片的卡槽。

进一步，所述标签器件设置有编码，所述编码采用将相同特征峰的多层膜按需求进行编码拼接。

进一步，所述光源模块选用近红外某特定波段的稳窄带光源模块，将多个相同规格的光源模块灯泡封装形成光源模块。

进一步，所述相机支架上设置有滑轨，所述滑轨用于改变摄像机在轨道上位置；箱体上设置有散热孔和走线孔，和/或箱盖和箱体之间通过卡扣结构活动连接，用于固定和锁定箱体和箱盖。

本发明提供的根据上述的文物保护报警装置来进行的报警方法，包括以下步骤：

向待监测目标发射透过红外偏振片的预设频率的光线；

接收从待监测目标上反射回来的通过滤光片的具有预设频率的光线；

获取从待监测目标上反射回来的光谱特征信号，根据光谱特征信号生成报警信号；

接收报警信号并发出报警。

进一步，所述反射回来的光谱特征信号与预设特征峰进行比较，当两个特征峰信号保持一致时，则表示被检测目标存在，不生成报警信号，返回继续监测；当两个特征峰信号不一致时，则表示被检测目标不存在，生成报警信号。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的文物保护报警装置及方法，该装置适用于不可移动的木制文物构件,本装置通过树莓派控制摄像机，可以实现对目标木质文物部位的防盗保护，通过对特定波段电磁波的检测，自动开启警报器,通过摄像机和滤光片形成特定光波段报警装置,无需对文物固有的几何颜色轮廓进行检测，提高保护效果,具有广泛的市场价值,值得推广。

本装置采用以树莓派构成小型文物防盗光谱监测设备，它结构简洁、体积小，成本低、自动化程度高，安装完成后无需人工值守，系统能自动实时监测，该装置也可应用于家庭防盗。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1是文物保护报警装置结构主视图。

图2是文物保护报警装置结构立体图。

图3是文物保护报警装置结构剖视图。

图4是文物保护报警装置主体部分立体图。

图5是文物保护报警装置带支架立体图。

图6是文物保护报警装置标签器件模块。

图7是摄像机照片图。

图8是光源模块示意图。

图9是报警器模块示意图。

图10为文物保护报警方法流体图。

图中，箱体-1、箱盖-2、报警器-3、光源模块-4、摄像机-5、处理器-6、摄像机支架-51、摄像机托板-52。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1、图2所示，本实施例提供的一种文物保护报警装置，包括主体和设置于主体上的光源模块、滤光片、特征峰识别装置、报警装置；

所述光源模块设置于主体上，用于向待监测目标发射预设频率的光线；所述光源模块前设置有红外偏振片；

所述滤光片设置于特征峰识别装置前，所述滤光片用于允许从待监测目标上反射回来的具有预设频率的光线通过；

所述特征峰识别装置，用于接收从待监测目标上反射回来的光谱特征信号，根据光谱特征信号生成报警信号；

所述报警装置，用于接收特征峰识别装置传输的报警信号并发出报警；

本实施例中的特征峰识别装置可以采用现有技术中的已有的任意方法，包括采集光谱数据和特征峰的提取和模式识别等。

本实施例中可以采用高光谱、光谱仪或相机检测固有反射光谱曲线，配合滤光片增强反射峰所在波段图形对比度，该检测设备以黑白的对比度来进行识别；

所述特征峰识别装置包括摄像机和识别装置，所述摄像机设置于主体上，用于采集从待监测目标上反射回来的具有预设频率的光谱图像；所述摄像机的镜头前设置有红外偏振片和滤光片；所述识别装置设置主体上，用于接收光谱图像并得到光谱特征信号；本实施例中的识别装置采用树莓派模块。本实施例中的树莓派的具体型号采用树莓派4B版本，Raspberry Pi 4 Model B。

如图3、图4、图5所示，所述主体包括箱体和箱盖；所述摄像机设置于箱体中，所述箱体内设置有相机支架，所述摄像机设置于相机支架上，所述箱体侧壁上设置有镜头孔，所述摄像机的镜头与镜头孔对齐，所述镜头孔用于允许从待监测目标上反射回来的具有预设频率的光线进入摄像机中；所述光源模块、报警装置设置于箱盖上。本实施例的光源模块设置于箱盖上，便于调节光源的照射方向，摄像机设置于箱体中，可以更好的固定和避免外界灰尘的污染；

所述相机支架上设置有用于固定摄像机的卡槽，所述卡槽用于容纳摄像机，使得摄像机能固定后其镜头恰能与镜头孔对齐；所述镜头孔上设置有用于固定红外偏振片的卡槽；所述镜头孔上设置有用于固定滤光片的卡槽；所述光源模块的发光部位的前面设置有用于固定红外偏振片的卡槽，调节相机前和光源前的红外偏振片，消除干扰反光；

如图6所示，还包括设置于待监测目标上的标签器件，所述标签器件上设置有能反射预设特征峰波段光线的膜层材料；本实施例中的从待监测目标上反射回来的具有预设频率的光线是通过在待监测目标上设置有标签器件来实现的，所述标签器件上设置有预设频率的频谱增强材料。

所述膜层材料反射的预设特征峰的光线与特征峰识别装置中能识别的特征峰保持一致，当膜层材料反射的光线是预设特征峰时，与特征峰识别装置中能识别的特征峰保持一致，特征峰识别装置不会生成报警信号；当膜层材料反射的光线不是预设特征峰时，与特征峰识别装置中能识别的特征峰不一致，特征峰识别装置就可以生成报警信号；

如图3所示，本实施例中的标签器件是一种在可见光波段透明的多层膜材料，可以大量反射在某一选定的波段下的光线，从而形成特征峰；同时标签器件可以实现不同的编码形式，通过将具有相同特征峰的多层膜器件按需求进行编码拼接，把在一个波段内存在特征峰记做1，不存在特征峰记做0，封装在标签的不同位置，其中全0即表示在各个波段均无特征峰，代表文物本身，剩下的10种特征峰编码组合即可作为10个特异性标签编号，代表文物的10个部位。

本实施例提供的光源模块为与标签器件配合的特定光源模块，所述滤光片用于透过特定波段光，所述标签器件贴附在文物表面后，加在摄像机镜头前的滤光片可以过滤在预设波段的光谱信号。在监测过程中，一旦发现特征峰结果不符合预设值，报警器自动报警，从而实现对文物的识别与监测。所述滤光片为带通滤光片；所述特定波段光是预设光谱特征峰的不可见的光。

本实施例提供的树莓派模块通过USB传递数据，从而可以实现对文物构件的识别、溯源。

如图7所示，本实施例提供的摄像机可采用可UVC免驱动类型的USB摄像机，UVC驱动适配于树莓派的Linux系统架构，从而更易实现对摄像机的控制，USB数据线用于图像数据的采集；摄像机需要选择某一距离下合适的焦距，以满足特定距离下视场大小的要求；摄像机的曝光度、亮度、对比度等参数具备可调属性，拍摄数据帧可以被有效缓存和读取。摄像机在配合滤光片使用后，可以有效识别是否有特定波段的反射光。

本装置中使用UVC驱动USB摄像机硬件利于树莓派快速控制摄像机模块，同时也省略了驱动程序安装这一环节。目前可使用UVC技术包括摄像机、数码相机、类比影像转换器、电视棒及静态影像相机等设备。

如图8所示，本实施例提供的光源模块选用近红外某特定波段的稳窄带光源模块，将六个相同规格的光源模块灯泡封装在光源模块中，最后固定位置。光源模块在所测量的光谱范围需要有输出稳定且能量强的光辐射，光源模块的稳定性包括亮度、电流、电压、功率等稳定。

如图9所示，本实施例提供的报警器分为声音和灯光报警，当特征峰不一致时，树莓派通过I/O口发送低电平信号给报警器，从而实现声光报警。

本实施例提供的箱体采用3d打印制成，经打磨、打孔、喷漆处理，形成一个塑料整体外壳。箱盖上前后分别放置光源和报警器，相机支架上设置有滑轨，所述滑轨用于改变摄像机在轨道上位置，所述箱体上设置有散热孔，箱体上设置走线孔，箱盖和箱体之间通过卡扣结构活动连接，用于固定和锁定箱体和箱盖。

如图10所示，本实施例基于所提出的小型文物保护报警装置及方法进行设计，该装置报警方法具体的工作步骤如下：

初始化程序，开启摄像头；

设置图片大小、帧数和曝光度；

判断是否制作模板，如果否，则返回继续初始化程序；

如果是，则定时捕获视频流；

计算相似度S；

使用模板对比计算得到所拍图片相似度最大数值，最佳匹配位置一般为标签所在位置，判断相似度是否大于预设阈值，如果否，则生成报警信号并报警；进入下一次捕获视频流步骤中；

如果是，则计算最佳匹配位置的中心点与初始标签的中心点之间的距离，得到位移距离D，判断位移距离是否小于预设距离阈值，如果否，则生成报警信号并报警，进入下一次捕获视频流步骤中；如果是，则判断为正常状态。本实施例中的模板是预先设置的带有标签的图片，通过模板对比计算可以提高判断速度和准确性。

本实施例中还可以根据反射回来的光谱特征信号与预设特征峰进行比较，当两个特征峰信号保持一致时，则表示被检测目标存在，不生成报警信号，返回继续监测；当两个特征峰信号不一致时，则表示被检测目标不存在，生成报警信号。

本实施例中获取秒级单位内的连续单帧图像的特征峰位光谱信号，当判断特征峰位存在时的光谱特征信号记为1，当判断特征峰位不存在时的光谱特征信号记为0；一旦发现异常，则立刻生成报警信号；该方法可以快速检测出短时间内特征峰位缺失的现象，装置更灵敏。

本实施例中的光谱特征信号也可以使用前后相邻多帧的图像进行比较而生成，如果连续多帧相邻图像之间的差异超过了预设的阈值，那么就会触发警报。

本实施例采用树莓派作为整个系统的图像处理核心，由它控制和协调整个系统的工作；摄像机模块将拍摄的照片传输到树莓派模块进行处理，在对图像预处理后，根据某波段下照片中频谱器件与文物背景的灰度值差异，能够判断频谱器件在该波段是否存在特征峰位，从而识别出相应的构件编码。当发现某一构件编码获取信息不符合预期时，认为该部位文物缺失，发出报警信号，直至视频数据再次传输出符合预期目标的图像，立即停止报警。从而实现文物构件的跟踪、识别、溯源。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。