Устройство для регистрации папиллярного узора

Изобретение относится к области оптического формирования изображения с использованием вычислительной техники, в частности к устройствам для получения дактилоскопических карт, используемых как в гражданских, так и в полицейских системах для идентификации личности по отпечаткам пальцев. Технический результат - предложенное техническое решение позволяет исключить ошибки при разделении на изображения отдельных пальцев из изображения четырех пальцев, что повышает точность идентификации личности. Суть изобретения состоит в том, что в устройстве, содержащем источник света, призму, проекционную систему и систему фотоприемных элементов, электрически связанную с блоком обработки, на воспринимающей отпечатки пальцев грани призмы установлены разделительные элементы, расположенные вдоль пальцев, при этом каждый палец находится между двумя соседними разделительными элементами, а разделительные элементы установлены на съемной рамке, охватывающей периметр воспринимающей отпечатки пальцев грани призмы. 1 ил.

 

Заявляемое устройство относится к области оптического формирования изображения с использованием вычислительной техники, в частности к устройствам для получения дактилоскопических карт, используемых как в гражданских, так и в полицейских системах биометрической идентификации личности.

Известны аналоги предлагаемого изобретения, например устройство для фоторегистрации узоров папиллярных линий, описанное в а.с. СССР № 261737, МПК 7 А61В, 5/117, опубликовано 13.01.1970 г. Устройство содержит осветитель, объектив, поворотное зеркало, малый экран, поворотное матовое стекло, выносной экран, фотоаппарат и рабочую призму, гипотенузная грань которой имеет вогнутую, например, цилиндрическую форму. Недостатками аналога являются сложность устройства и то, что он позволяет получить узоры папиллярных линий отдельно взятых пальцев руки и не позволяет получить контрольные отпечатки (одновременный отпечаток четырех пальцев руки - указательного, среднего, безымянного и мизинца), которые требуются для правоохранительных органов.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является оптическая система для снятия отпечатков пальцев, описанная в патенте США № 4792226, МПК G06K 9/24 (опубликовано 20.12.1988 г.) содержащая общую призму с плоской поверхностью для получения контрольных отпечатков при одновременном приложении четырех пальцев и систему отдельных призм с канавками разного размера для получения отпечатков отдельных пальцев. Это устройство выбрано в качестве прототипа. Одним из недостатков прототипа является его сложное конструктивное исполнение (наличие подвижного контактного приспособления, соединяющего систему индивидуальных пальцевых призм к схеме выбора изображений от общей призмы или от системы призм). Основным же недостатком, присущим аналогичным прототипу устройствам, является следующий. В существующих моделях сканеров, предназначенных для получения изображений одновременно отпечатков четырех пальцев (slap), происходит захват изображения целиком четырех пальцев. Однако конечной целью является получение четырех изображений отдельных пальцев, т.е. изображений каждого пальца в отдельности. Для этого используются методы математической обработки изображений, получившие название методов сегментации (segmentation), которые путем анализа изображения выделяют зоны расположения отдельных пальцев и затем вырезают соответствующие области из целого изображения. Имеющиеся на сегодняшний день методы математической обработки изображений в основном справляются с этой задачей при хорошем качестве изображений.

Однако в случае какого-либо рода помех:

- наличие на воспринимающей отпечатки пальцев поверхности призмы сканера жирового следа от предыдущего использования;

- слишком сухая или слишком влажная кожа пальцев человека, отпечатки которого сканируются;

- отсутствие у человека одного или нескольких пальцев и т.д.;

методы математической обработки дают ошибку.

Согласно исследованиям Американского института стандартов NIST (htpp://fingerprint.nist.gov/SlapSeg04/ отчет "Executive Summary", стр.8), лучшие на сегодняшний день алгоритмы дают правильные разделения в 61-99% случаев в зависимости от качества исходного изображения, т.е. при низком качестве исходного изображения до 39% изображений четырех отпечатков пальцев (slap) не могут быть правильно разделены на изображения отдельных пальцев, что приводит в конечном счете к ошибкам в идентификации личности.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является исключение ошибок при разделении на изображения отдельных пальцев из изображения целиком четырех пальцев.

Достигается это тем, что:

- на воспринимающей отпечатки пальцев грани призмы жестко установлены разделительные элементы, расположенные вдоль пальцев руки, причем каждый палец руки находится между соседними разделительными элементами. Кроме того, продольные оси двух соседних разделительных элементов образуют угол 0-20°.

Суть изобретения поясняется на чертеж, где представлен общий вид заявляемого устройства и его вид сверху (вид А).

Устройство для регистрации папиллярного узора (чертеж) содержит последовательно расположенные и оптически связанные между собой источник света 1, призму 2 с входной гранью ВС, выходной гранью АС и воспринимающей отпечатки пальцев гранью АВ, проекционную систему 4 и систему фотоприемных элементов 3, связанную электрической связью 5 (например, кабелем) с блоком обработки 6, например ПЭВМ. При этом источник света 1 расположен напротив входной грани ВС, система фотоприемных элементов 3 расположена напротив выходной грани АС призмы 2, а проекционная система 4 расположена между выходной гранью АС и системой фотоприемных элементов 3 и может быть выполнена в виде положительной (собирающей) линзы, как показано на чертеже. В качестве источника света 1 может быть использована матрица светодиодов. На воспринимающей отпечатки пальцев поверхности АВ призмы 2, к которой прикладываются пальцы 8, жестко установлены разделительные элементы 7, расположенные вдоль пальцев 8, причем каждый палец 8 находится между соседними разделительными элементами 7. Как один из возможных вариантов разделительные элементы 7 могут быть выполнены в виде плоских пластин, как показано чертеже. Пластины могут быть выполнены из стекла, пластика, металла либо другого жесткого материала, Углы между продольными осями соседних разделительных элементов 7 (оси α, β, γ и т.д.) составляют величину от 0 до 20°. Данный диапазон углов выбран из условия удобства расположения пальцев 8 на грани АВ призмы 2. Неподвижность разделительных элементов 7 относительно призмы 2 может достигаться приклеиванием разделительных элементов 7 к грани АВ призмы 2 либо механическим закреплением их к основанию (на чертеже не показано), на котором установлена призма 2. В последнем случае разделительные элементы 7 могут быть выполнены съемными, например в виде откидной или съемной рамки (на виде А показана прерывистой линией), что позволяет использовать призму 2 также и для регистрации отпечатков ладоней.

Работает заявляемое устройство следующим образом. Свет от источника 1 входит через входную грань ВС призмы 2 и претерпевает полное внутреннее отражение на воспринимающей отпечатки пальцев грани АВ (что достигается подбором расположения источника 1 относительно грани АВ). Направление распространения световых пучков от источника 1 на чертеже показано стрелками. В тех местах, где выступы папиллярного узора пальцев касаются воспринимающей поверхности АВ призмы 2, происходит нарушение условия полного внутреннего отражения (свет уходит в кожу и рассеивается). Вне мест контакта (впадины папиллярного узора) свет отражается под углом полного внутреннего отражения и выходит наружу призмы через выходную грань АС. В результате этого проекционной системой 4 в плоскости системы фотоприемных элементов 3 формируется контрастная картина папиллярного узора, которая преобразуется фотоприемными элементами 3 в электрический сигнал, который посредством электрической связи 5 передается в блок обработки 6 для формирования электронного изображения отпечатков пальцев. Наличие разделительных элементов 7 на воспринимающей отпечатки пальцев грани АВ призмы 2 позволяет однозначно определить каждый из пальцев руки в строго определенной области грани АВ, ограниченной двумя соседними разделительными элементами 7. Таким образом, в предлагаемом устройстве положение пальцев сканируемого человека определяется аппаратно, т.е. само устройство определяет положение отдельных пальцев на полном изображении. Это сводит задачу разделения к тривиальной задаче вырезки жестко определенных областей изображения из целого изображения и тем самым дает 100% точность сегментации.

Разработан опытный образец устройства, который подтвердил исключение ошибок при разделении на изображения отдельных пальцев руки из изображения целиком четырех пальцев, что недостижимо при использовании устройства-прототипа. По мнению авторов и заявителя, предложенное техническое решение, имеющее существенные отличительные признаки по сравнению с прототипом и обладающее новизной, может быть защищено патентом на изобретение.

Устройство для регистрации папиллярного узора, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные между собой источник света, призму с входной, выходной и воспринимающей отпечатки пальцев гранями, проекционную систему и систему фотоприемных элементов, электрически связанную с блоком обработки, и установленные на воспринимающей отпечатки пальцев грани призмы разделительные элементы, расположенные вдоль пальцев руки, при этом каждый палец находится между соседними разделительными элементами, отличающееся тем, что разделительные элементы установлены на съемной рамке, охватывающей периметр воспринимающей отпечатки пальцев грани призмы.