Устройство для регистрации папиллярного узора

 

Изобретение относится к области оптического формирования изображения, в частности к устройствам снятия отпечатков пальцев. Его применение в дактилоскопических устройствах позволяет получить технический результат в виде повышения качества изображения при одновременном уменьшении габаритов устройства. Этот результат достигается благодаря тому, что выходная поверхность призмы выполнена повернутой относительно линии пересечения выходной поверхности призмы плоскостью, образованной входным и отраженным от воспринимающей поверхности лучами, а величина угла поворота составляет 1-40°. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области оптического формирования изображения с использованием вычислительной техники, в частности к устройствам для получения дактилоскопических карт, используемых правоохранительными органами для идентификации личности по отпечаткам пальцев.

Известны аналоги предлагаемого изобретения, например устройство регистрации отпечатка пальца (заявка РФ № 93002977/14, МПК 7 А 61 В 5/117 от 18.01.93 г.) содержащее призму, одна из внутренних поверхностей которой освещена под углом полного внутреннего отражения, источник света, проекционную оптическую систему в виде телескопической системы, фотоприемник, выполненный в виде прямоугольной матрицы фотоэлементов, и блок обработки изображений. Основным недостатком данного устройства является следующий: изображение, например, отпечатка пальца, выходящее из призмы, получается “сжатым” вдоль одной из осей координат. Так, при выполнении призмы, имеющей в поперечном сечении форму равнобедренного прямоугольного треугольника, изображение “сжимается” примерно в 1,4 раза вдоль одной из осей координат. При этом необходимо принимать специальные меры с привлечением алгоритмов, “растягивающих” изображение, что неизбежно увеличивает величину возможной погрешности, снижающей в конечном итоге вероятность идентификации личности по отпечаткам пальцев.

Известно также устройство регистрации отпечатка пальца (патент РФ № 2022524 от 28.05.92 г., МПК7 А 61 В 5/117), содержащее последовательно расположенные источник света, призму, контактная поверхность которой размещена под углом полного внутреннего отражения к оси пучка света, корректирующую призму, оптическую систему формирования изображения, включающую положительный компонент, матричный фотоприемник и систему обработки изображения, причем оптическая система формирования изображения дополнительно содержит второй положительный компонент и апертурную диафрагму, при этом задний фокус первого положительного компонента совмещен с передним фокусом второго положительного компонента и апертурной диафрагмой. Данное устройство выбрано в качестве прототипа как наиболее близкое к заявляемому.

Прототип имеет тот же недостаток, что и аналог (“сжатое” вдоль одной из осей координат изображение). Кроме того, наличие корректирующей призмы, двух положительных компонентов и апертурной диафрагмы существенно увеличивает габариты устройства, что имеет важное значение при создании малогабаритных устройств, используемых, например, в системах ограничения доступа.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение качества изображения и уменьшение габаритов устройства. Достигается это тем, что выходная поверхность призмы выполнена повернутой относительно линии пересечения выходной поверхности призмы плоскостью, образованной входным и отраженным от воспринимающей поверхности лучами, а величина угла поворота составляет 1-40°.

Суть изобретения поясняется чертежами на фиг.1, 2 и 3, где представлен общий вид устройства и призма соответственно.

Устройство для регистрации папиллярного узора (фиг.1) содержит последовательно расположенные источник света 1, призму 2 (призма КСВЕ), имеющую входную поверхность ВС, воспринимающую поверхность ЕВ и выходную поверхность ЕК, систему фотоприемных элементов 3, блок обработки изображения 4 и электрическую связь 5 (например, кабель), соединяющую фотоприемные элементы 3 с блоком обработки изображения 4. Элементы 1, 2 и 3 оптически связаны между собой. К воспринимающей поверхности ЕВ прикладывается палец руки 6. Лучи от источника света 1 (показаны стрелками) падают на воспринимающую поверхность ЕВ под углом, близким к углу полного внутреннего отражения.

Работает устройство следующим образом.

Световой пучок (показан стрелками) от источника 1 входит в призму 2 через входную грань ВС под углом, обеспечивающим минимальные потери (как правило, перпендикулярно), после чего отражается от поверхности ЕВ и выходит из призмы 2 через выходную поверхность ЕК, попадая на фотоприемные элементы 3. В тех точках воспринимающей поверхности ЕВ призмы 2, которые имеют контакт с папиллярными линиями пальца 6, полное внутреннее отражение нарушается (свет уходит в кожу и поглощается), что приводит к возникновению в плоскости фотоприемных элементов светотеневой картины, повторяющей линии папиллярного узора пальца 6. Электрический сигнал с фотоприемных элементов 3 через кабель 5 вводится в блок 4 (компьютер) для дальнейшей обработки.

Рассмотрим теперь пример конструктивного выполнения призмы 2, представленный на фиг.2 (призма KCBELC₁B₁F). Она получается из призмы ABCDA₁B₁C₁D₁, описанной в прототипе и аналоге (для простоты восприятия призма ABCDA₁B₁C₁D₁ изображена с поперечным сечением в форме равнобедренной трапеции) путем поворота ее выходной поверхности AA₁D₁D относительно линии пересечения выходной поверхности (линии MN) плоскостью POR, образованной входным и отраженным от воспринимающей поверхности AA₁B₁B лучами света. Здесь точка R - точка пересечения входной поверхности BB₁C₁C призмы лучом света от источника 1, точка О - точка отражения луча от воспринимающей поверхности призмы и точка Р - точка пересечения отраженным лучом выходной поверхности призмы. Величина угла поворота выходной поверхности относительно линии MN (угол KND) составляет 1-40°.

Как уже упоминалось, в устройствах, описанных в аналоге и прототипе, изображение “сжимается” вдоль одной из осей координат (на фиг.1 отношение расстояний α/α₁ равно примерно 1,4 при выполнении призмы с поперечным сечением в виде равнобедренного прямоугольного треугольника либо равнобедренной трапеции с углами при большем основании, равными 45 градусам). Такое же “сжатие” вдоль одной из осей координат происходит и в заявляемом устройстве. Поворачивая выходную поверхность призмы на некоторый угол, как было сказано выше, можно добиться аналогичного “сжатия” изображения и вдоль другой оси координат (на фиг.3, где изображен вид призмы со стороны воспринимающей поверхности (вид G), показано “сжатие” вдоль другой оси координат с коэффициентом, равным отношению β/β₁). Подбирая угол поворота, можно обеспечить требуемый коэффициент “сжатия” изображения ~1,4.

Таким образом, предложено простое техническое решение, позволяющее получать изображение, одинаково “сжатое” вдоль двух осей координат, что практически исключает погрешность при обработке, присущую устройству - прототипу. Кроме того, равномерно “сжатое” вдоль двух осей координат изображение позволяет приблизить фотоприемные элементы 3 к выходной поверхности призмы, чем достигается уменьшение габаритов устройства.

Предприятием-заявителем разрабатывается документация по изготовлению опытного образца заявляемого устройства.

Формула изобретения

Устройство для регистрации папиллярного узора, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные между собой источник света, призму, имеющую входную, воспринимающую и выходную поверхности и систему фотоприемных элементов, и блок обработки изображения, электрически связанный с системой фотоприемных элементов, отличающееся тем, что в нем выходная поверхность призмы выполнена повернутой относительно линии пересечения выходной поверхности призмы плоскостью, образованной входным и отраженным от воспринимающей поверхности лучами, а величина угла поворота составляет 1-40°.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3