一种陈设品防盗检测装置及其检测方法

摘要

本发明提供了一种陈设品防盗检测装置及其检测方法。该陈设品防盗检测装置以局部的陈设品表面或者陈设品表面贴设的物体表面作为检测区，利用陈设品通常定点定位摆放的特点，一旦检测到陈设品发生位移即发出报警信号，大幅度的降低了环境因素的干扰，提高了陈设品防盗检测灵敏度，并且结构简单、成本低廉，具备良好的工业生产和市场普及前景。该陈设品防盗检测装置的检测方法以检测区成像图像中像素点的灰度值作为检测判断依据，具有很高的空间灵敏度和时间灵敏度，算法简单，普通编程技术人员容易通过编程技术实现，不需要依靠特殊的软件技术平台，适用范围广。

说明书

技术领域

本发明属于陈设品防盗技术和电子产品技术领域，尤其涉及一种陈设品防盗装置，以及该装置的检测方法。

背景技术

陈设品，是指用来美化或强化环境视觉效果的、具有观赏价值或文化意义的物品。通常，在博物馆、展览馆中会陈列很多贵重陈设品供人们参观，因此陈设品的防盗检测设施是博物馆、展览馆中不可或缺的重要安全设施。目前的陈设品的防盗检测主要采用声控、红外感应、微波、压电感应等检防盗测方式。其中，声控防盗主要依靠检测敲击防盗锁具、防盗玻璃破碎等特征声音；红外感应防盗依靠检测人为阻挡红外射线或感应人体红外热量等；微波防盗主要依靠检测反射回来的回波；压电感应防盗依靠检测陈设品的压力感应电压值。这些陈设品防盗检测方式或多或少都受到环境因素的干扰，例如声控防盗容易将环境中的独特声响误判为特征声音而报警，红外感应防盗和微波防盗在陈列展览时间不能使用，压电感应防盗其压电感应装置使用寿命短、容易被等压重物欺骗等等，这些因素都导致现有的陈设品防盗检测方式面临环境适应度不足、检测灵敏度有限、需要频繁更换等较为尴尬的境地，也使得陈列品高灵敏方法检测技术一直是学术界研究的重点课题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种检测原理完全不同的陈设品防盗检测装置及其检测方法，以陈设品自身作为放到检测对象，大幅度降低了环境因素的干扰，使其具备较高的防盗检测灵敏度。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段：

一种陈设品防盗检测装置，包括壳体，以及安装于壳体内的发光单元、成像透镜和报警信号发生单元；所述报警信号发生单元包括依次连接的CMOS感光元件、微处理器和报警装置接口；

所述壳体设有触物面，用于接触物体表面，在壳体的触物面上设有一检测孔，使得与壳体的触物面相接触的物体表面透过检测孔的部分作为检测区；

所述发光单元用于向检测区发出照明光；

所述成像透镜用于将被照亮的检测区的图像成像至CMOS感光元件上；

所述CMOS感光元件用于采集成像图像；

所述报警装置接口用于连接报警器的信号输入端；

所述微处理器按刷新频率从CMOS感光元件读取成像图像数据，通过分析成像图像的变化情况判断检测区是否发生位移，并在判断检测区已发生位移的情况下向报警装置接口发送报警信号。

上述陈设品防盗检测装置中，所述壳体采用不透光材料制成。

上述陈设品防盗检测装置中，所述发光单元采用发光二极管电路。

上述陈设品防盗检测装置中，所述CMOS感光元件采用OV6120芯片。

上述陈设品防盗检测装置中，所述微处理器采用Atmega128芯片。

上述陈设品防盗检测装置的检测方法，以与壳体的触物面相接触的物体表面透过检测孔的部分作为检测区，发光单元照亮检测区，通过成像透镜将被照亮的检测区的图像成像至CMOS感光元件上；CMOS感光元件采集成像图像，微处理器按刷新频率从CMOS感光元件读取成像图像数据，通过分析成像图像的变化情况判断检测区是否发生位移；所述微处理器判断检测区是否发生位移，具体包括以下步骤：

1)微处理器根据读取的每个成像图像数据分别生成一个图像灰度矩阵其中，X_i表示任意的第i个成像图像数据对应的图像灰度矩阵，表示第i个成像图像数据中第m行第n列像素点的灰度值，m∈{1，2，...，M}，n∈{1，2，...，N}，M和N分别表示成像图像数据的行像素点数和列像素点数；

2)微处理器计算最新读取的一个成像图像数据对应的图像灰度矩阵X_I与前一个成像图像数据对应的图像灰度矩阵X_I-1的差异度E，计算公式如下：

$>E=\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}|x_I^{m,n}-x_{I-1}^{m,n}|;$>

其中，$>x_I^{m,n}\in X_I,$>$>x_{I-1}^{m,n}\in X_{I-1};$>

3)微处理器将差异度E与预设定的差异阈值E_Th进行比较，若E＜E_Th则判断检测区未发生位移，继续执行步骤4)；若E≥E_Th则判断检测区已发生位移，微处理器即向报警装置接口发送报警信号；

4)重复执行步骤2)～3)。

上述陈设品防盗检测装置的检测方法中，所述所述刷新频率为20～60Hz。

上述陈设品防盗检测装置的检测方法中，所述差异阈值E_Th的取值为：

E_Th＝k(M×N)；

其中，M和N分别表示成像图像数据的行像素点数和列像素点数；k为比例系数，且k＝12.75。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的陈设品防盗检测装置以局部的陈设品表面或者陈设品表面贴设的物体表面作为检测区，利用陈设品通常定点定位摆放的特点，一旦检测到陈设品发生位移即发出报警信号，大幅度的降低的环境因素的干扰，提高了陈设品防盗检测灵敏度。

2、本发明的陈设品防盗检测装置的结构简单，所用器材的成本也较低，相比造价昂贵的红外感应、微波、压电感应防盗检测装置而言，造价更加的低廉，具备良好的工业生产和市场普及前景。

3、本发明陈设品防盗检测装置的检测方法，以检测区成像图像中像素点的灰度值作为检测判断依据，一方面，只要陈设品的位移距离超过成像图像中一个像素点的宽度，就会导致检测区的成像图像中各个像素点的灰度值会发生不同程度的变化，使得防盗检测具有很高的空间灵敏度；另一方面，灰度值的运算数据量小，确保微处理器保持较高的图像成像数据运算效率，有利于提高运算频率，保证了防盗检测具有很高的时间灵敏度。

4、本发明陈设品防盗检测装置的检测方法所采用的算法简单，普通编程技术人员容易通过编程技术实现，不需要依靠特殊的软件技术平台，适用范围广。

附图说明

图1为本发明陈设品防盗检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例：

参见图1，本实施例的陈设品防盗检测装置采用了一体式结构，以局部的陈设品表面或者陈设品表面贴设的物体表面作为检测区，其组成结构包括壳体1，壳体内通过安装架13固定安装有发光单元2、成像透镜3和报警信号发生单元，其中报警信号发生单元包括通过印制电路板4上集成的电路依次连接的CMOS感光元件41、微处理器42和报警装置接口43；壳体1设有一个触物面11，用于接触物体表面，在壳体的触物面11上设有一检测孔12，使得与壳体的触物面11相接触的物体表面5透过检测孔的部分作为检测区；发光单元2、成像透镜3和CMOS感光元件41的安装位置在一条成像光路上，由发光单元2向检测区发出照明光，检测区的漫反射光线使得成像透镜3将被照亮的检测区的图像成像至CMOS感光元件41上，成像图像足以体现检测区的纹理、图案特征；CMOS感光元件41用于采集成像图像；所述报警装置接口43用于连接报警器的信号输入端；微处理器42按刷新频率从CMOS感光元件41读取成像图像数据，通过分析成像图像的变化情况判断检测区是否发生位移，并在判断检测区已发生位移的情况下向报警装置接口43发送报警信号。本实施例中，在具体实施时，壳体采用不透光材料制成，可以达到避光效果，避免其它的光源照射对检测区的影响。发光单元采用发光二极管电路，可以保证较强的照明亮度和较长的使用寿命，能耗和发热量也较低，以避免强热对装置的不良影响。CMOS感光元件采用OV6120芯片，其采集图像的最高帧速可达到60帧/秒，图像分辨从2×2到352×288(行像素点数×列像素点数)可调；本实施例设置OV6120芯片的成像图像采集分辨率为32×32。微处理器采用Atmega128芯片，其内置和4k字节的SRAM存储器，可用于存储成像图像、中间计算参数、计算结果等数据；本实施例中，按接口定义连接Atmega128芯片与OV6120芯片的相应控制信号接口，设置Atmega128芯片从OV6120芯片读取成像图像数据的刷新频率为20kHz，还设置Atmega128芯片的I/O口连接报警装置接口，通过报警装置接口向报警器的信号输入端发送报警信号。

使用时，可将本实施例的陈设品防盗检测装置安装于隐蔽位置，保证陈设品防盗检测装置壳体的触物面与陈设品表面相接触，以与壳体的触物面相接触的陈设品表面透过检测孔的部分作为检测区；例如，对于摆放在基座上的陈设品，可将陈设品防盗检测装置设置在陈设品底部的基座上，壳体的触物面朝上接触陈设品底部表面，以陈设品的底部表面透过检测孔的部分作为检测区；或者，对于挂靠于墙上的陈设品，可将陈设品防盗检测装置设置在陈设品挂靠的墙体上，壳体的触物面朝向陈设品并与其靠墙面向接触，以陈设品靠墙的表面透过检测孔的部分作为检测区；等等。如果陈设品表面过于光滑而无法对照明光形成漫反射，或者陈设品表面的纹理、图案不清晰，也可以在陈设品表面加贴布条等物品，然后陈设品防盗检测装置壳体的触物面与加贴在陈设品表面的布条接触，陈设品防盗检测装置以与壳体的触物面相接触的布条透过检测孔的部分作为检测区。陈设品防盗检测装置上电工作后，以与壳体的触物面相接触的物体表面透过检测孔的部分作为检测区，发光单元照亮检测区，通过成像透镜将被照亮的检测区的图像成像至CMOS感光元件上；CMOS感光元件采集成像图像，微处理器按刷新频率从CMOS感光元件读取成像图像数据，通过分析成像图像的变化情况判断检测区是否发生位移；所述微处理器判断检测区是否发生位移，是通过以下步骤实现的：

1)微处理器根据读取的每个成像图像数据分别生成一个32×32(行像素点数×列像素点数)的图像灰度矩阵其中，X_i表示任意的第i个成像图像数据对应的图像灰度矩阵，表示第i个成像图像数据中第m行第n列像素点的灰度值，m∈{1，2，...，32}，n∈{1，2，...，32}，

2)微处理器计算最新读取的一个成像图像数据对应的图像灰度矩阵X_I与前一个成像图像数据对应的图像灰度矩阵X_I-1的差异度E，计算公式如下：

$>E=\underset{m=1}{\overset{32}{\Sigma }}\underset{n=1}{\overset{32}{\Sigma }}|x_I^{m,n}-x_{I-1}^{m,n}|;$>

其中，$>x_I^{m,n}\in X_I,$>$>x_{I-1}^{m,n}\in X_{I-1};$>

3)微处理器将差异度E与预设定的差异阈值E_Th进行比较，若E＜E_Th则判断检测区未发生位移，继续执行步骤4)；若E≥E_Th则判断检测区已发生位移，微处理器即向报警装置接口发送报警信号；其中，E_Th＝k(M×N)，M和N分别表示成像图像数据的行像素点数和列像素点数，取比例系数k＝12.75，因此E_Th＝12.75×(32×32)＝13056；

4)重复执行步骤2)～3)。

通过上述步骤的计算，微处理器完成对成像图像的变化分析。在陈设品防盗检测装置执行检测的过程中，一旦陈列品的位置发生移动，检测区必然会发生位移，导致检测区的成像图像的纹理、图案等发生变化，从而检测区的成像图像中各个像素点的灰度值都会发生不同程度的变化；微处理器通过循环计算最新读取的一个成像图像数据对应的图像灰度矩阵X_I与前一个成像图像数据对应的图像灰度矩阵X_I-1的差异度E，以度量检测区的成像图像中各个像素点的灰度值的整体变化程度，若该差异度E的值小于预设定的差异阈值E_Th，则认为成像图像中各个像素点的灰度值的整体变化程度在容差范围内，判断为检测区未发生位移；一旦该差异度E的值大于或等于预设定的差异阈值E_Th，则认为成像图像中各个像素点的灰度值的整体变化程度超过容差范围，判断为检测区已发生位移；借此判断检测区是否发生位移，进而确定陈列品的位置是否发生移动，实现陈设品的防盗检测。由于陈设品防盗检测装置的检测区对应于陈设品表面或者陈设品表面贴设的物体表面的局部区域，检测区的成像图像足以反映陈设品表面或者陈设品表面所贴设物体表面的纹理、图案特征，只要陈设品的位移距离超过成像图像中一个像素点的宽度，就会导致检测区的成像图像中各个像素点的灰度值会发生不同程度的变化，从而使得此时最新读取的一个成像图像数据对应的图像灰度矩阵X_I与前一个成像图像数据对应的图像灰度矩阵X_I-1的差异度E大于或等于预设定的差异阈值E_Th，由此可见，本发明的陈设品防盗检测装置可以检测到检测区轻微的位移，具有相当高的空间灵敏度。本实施例的微处理器Atmega128芯片从CMOS感光元件OV6120芯片读取成像图像数据的刷新频率为20kHz，即微处理器读取相邻两个成像图像数据的时间间隔为0.05s，同时采用成像图像对应的图像灰度矩阵进行分析计算，运算数据量较小，保证了微处理器能够保持很高的运算效率，有利于提高运算频率，因此，若被检测的陈设品发生位移，微处理器在0.05s的时间内就会检测到成像图像的变化并向报警装置接口发送报警信号，通知报警器报警，具有相当高的时间灵敏度。为保证陈设品防盗检测装置的报警响应速度，微处理器从CMOS感光元件读取成像图像数据的刷新频率最好大于等于20Hz，小于等于60Hz。差异阈值E_Th，作为成像图像中各个像素点的灰度值的整体变化程度的容差范围值，与检测区的秒面材质反光度、发光单元的照明度和稳定度、CMOS感光元件的噪点情况等因素存在较为密切的关系，不同因素条件下的可采用取值不同的差异阈值E_Th；只是，通常考虑容差范围在5％的情况下，取E_Th＝12.75(M×N)，M和N分别表示成像图像数据的行像素点数和列像素点数。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。