Устройство для регистрации папиллярного узора
Изобретение относится к области оптического формирования изображений и может быть использовано в системах биометрической идентификации личности. Устройство содержит выпуклое прозрачное основание, установленное на неподвижной опоре, источник и приемник сканирующего излучения, причем выпуклое основание выполнено с возможностью вращения вокруг своей оси для сканирования размещенной на нем анализируемой части тела. При этом в устройстве установлены цилиндрические валики, оси которых параллельны оси выпуклого основания, выполненные с возможностью вращения вокруг своих осей. Изобретение обеспечивает высокое качество получаемых изображений анализируемой части тела за счет отсутствия ее возможного проскальзывания относительно поверхности выпуклого основания. 5 з.п. ф-лы, 2 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.
Известны аналоги предлагаемого изобретения, например устройство для фоторегистрации папиллярных узоров, 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. Недостатком аналога является то, что он позволяет получать папиллярные узоры отдельно взятых пальцев руки и не позволяет получить папиллярные узоры ладони.
Известно оптическое устройство получения изображений отпечатков пальцев, описанное в патенте США №4925300, МПК G06K 9/20, опубликовано 15.05.1990 г., в котором изображение папиллярного узора пальца формируется на поверхности призмы конической формы. Свет от источника претерпевает полное внутреннее отражение на поверхности призмы, к которой приложен палец. В тех местах, где выступы папиллярного узора касаются поверхности призмы, происходит нарушение условия полного внутреннего отражения, и свет рассеивается. В результате формируется контрастное изображение отпечатка пальца. Устройство имеет те же недостатки, что и предыдущие.
В качестве прототипа, как наиболее близкого к заявляемому устройству, выбрано устройство для сканирования рисунка кожных линий, описанное в патенте РФ №2168206, МПК 7 G06К 9/00, А61В 5/117, опубликовано 27.05.2001 г., содержащее установленное на неподвижной опоре выпуклое прозрачное для сканирующего излучения основание, предназначенное для размещения на нем анализируемой части тела со сканируемым рисунком кожных линий, и неподвижно установленные с соответствующих сторон области контакта основания с анализируемой частью тела источник и приемник излучения, при этом выпуклое основание выполнено в виде цилиндра с возможностью вращения вокруг оси, фиксированной относительно неподвижной опоры, для поворота на угол, обеспечивающий полное перемещение помещенной на него анализируемой части тела относительно потока сканирующего излучения. Прототип позволяет получать изображение папиллярных узоров ладони, однако ему присущ следующий недостаток. Выпуклое основание имеет крайне низкую шероховатость и, соответственно, невысокий коэффициент трения, особенно в паре с влажной, например, запотевшей кожей. Кроме того, выпуклое основание имеет значительную, порядка 2 кг, массу и, соответственно, высокий момент инерции, что в сочетании с низким трением приводит к высокой вероятности проскальзывания сканируемой кожи относительно поверхности выпуклого основания. Проскальзывания могут быть двух типов. Линейные, выражающиеся в запаздывании или опережении движения сканируемой части тела (ладонь) относительно вращающегося основания приводят к смазыванию изображения. Угловые проскальзывания выражаются в повороте ладони в ее плоскости при сканировании за счет непроизвольной и неравномерной реакции мышц руки. Эти проскальзывания вызывают искривление изображения. И то и другое ухудшает качество изображения и затрудняет последующую идентификацию личности.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является получение гарантированно высокого качества получаемых с помощью устройства изображений папиллярных узоров.
Достигается это тем, что в известном устройстве:
- перед и за выпуклым основанием по ходу перемещения анализируемой части тела (далее по тексту - ладонь) расположены цилиндрические валики, выполненные с возможностью вращения вокруг своих осей;
- оси валиков параллельны оси выпуклого основания;
- валики выполнены с возможностью их перемещения в горизонтальном и вертикальном направлениях относительно неподвижной опоры;
- расстояние между осями валиков выбирается не большим среднестатистической длины ладони исследуемой возрастной группы лиц.
Кроме того, вращение выпуклого основания и валиков вокруг осей осуществляется посредством электродвигателя, при этом кинематическая схема привода выбирается таким образом, что линейные скорости цилиндрических поверхностей валиков и выпуклого основания равны по величине.
Кроме того, поверхности валиков выполнены из материала с повышенным коэффициентом трения.
Суть изобретения поясняется на фиг.1, на которой схематично изображено заявляемое устройство (один из возможных вариантов исполнения).
Устройство для регистрации папиллярного узора содержит источник света 1, оптически прозрачное выпуклое основание 2, выполненное, например, в виде цилиндра с возможностью вращения вокруг оси α и установленное на неподвижной опоре 3 посредством роликов 4, которые выполнены с возможностью вращения вокруг своих осей, приемник отраженного излучения 5, электрически связанный кабелем 6 с блоком обработки изображения 7 (ПЭВМ). В качестве источника 1 может быть использована, например, линейка, либо матрица светодиодов, а в качестве приемника 5 - также линейка либо матрица фотодиодов с проекционной оптической системой, например, объективом (на Фиг.1 объектив не показан). При этом источник 1 формирует плоский поток сканирующего излучения, который на поверхности выпуклого основания 2 выглядит как тонкая световая линия. Перед и за выпуклым основанием 2 по ходу перемещения ладони 12 расположены цилиндрические валики 8, оси 11 которых параллельны оси а выпуклого основания 2 и закреплены с возможностью вращения в стойках 9, установленных на опоре 3. Кроме этого, валики 8 выполнены с возможностью их перемещения в горизонтальном и вертикальном направлениях относительно неподвижной опоры 3 (перемещения валиков 8 показаны на виде А стрелками). Ладонь 12 помещается на выпуклое основание 2. Вращение выпуклого основания 2 и валиков 8 вокруг своих осей осуществляется либо за счет усилия, прикладываемого ладонью 12, либо с помощью электродвигателя 10, передающего вращение через ролики 4 на выпуклое основание 2. Валики 8 кинематически связаны как друг с другом, так и с выпуклым основанием 2, например, ременной передачей. При этом схема кинематической связи выбирается таким образом, чтобы линейные скорости цилиндрических поверхностей валиков 8 и выпуклого основания 2 были равны по величине и направлению. Поверхность валиков 8 может быть выполнена из материала с повышенным коэффициентом трения, например, из резины с микровыступами. Расстояние между осями 11 валиков 8 выбирается не большим, чем среднестатистическая длина ладони исследуемой группы лиц. (Например, для детских ладоней расстояние может быть выбрано меньшим, чем для ладоней взрослого человека). На фиг.1 показано, что источник 1 и приемник 5 расположены по разные стороны выпуклого основания 2, хотя их расположение может быть иным, например, источник 1 может быть расположен под выпуклым основанием 2, а приемник 5 на этом же месте. Выпуклое основание 2 может быть выполнено как в форме цилиндра, так и в другом виде, например бочкообразным.
Работает заявляемое устройство следующим образом (рассмотрим вариант устройства с приводом во вращение валиков и выпуклого основания от усилия руки). Для исследуемой группы лиц настраивают и фиксируют расстояние между осями 11 валиков 8, затем включается источник 1 сканирующего излучения и на выпуклое основание 2 помещается начальный (лидирующий) участок ладони, например, первая фаланга наиболее длинного пальца. При этом ладонь своим участком, расположенным далее по ходу сканирования, опирается на валик 8 (например, на левый валик 8 на фиг.2). После этого ладонь 12 начинают двигать вправо (вид А, фиг.2), в результате чего выпуклое основание 2 и валик 8 начинают вращаться относительно своих осей и происходит перемещение ладони 12 относительно потока сканирующего излучения от источника 1. Поскольку расстояние между осями валиков 8 выбрано меньшим, чем длина ладони, соприкосновение лидирующего участка ладони с правым (вид А, фиг.2) валиком 8 произойдет раньше, чем левый валик потеряет соприкосновение с замыкающим сканирование участком ладони. Таким образом, при движении ладонь опирается не менее чем на два синхронно движущихся элемента, причем не менее чем один из них обладает повышенным коэффициентом трения, чем достигается как линейная, так и угловая стабилизация сканируемого участка ладони в зоне соприкосновения ее с выпуклым основанием 8
Для усиления сцепления кожи с поверхностью валиков 8 последние могут быть выполнены с возможностью вертикального перемещения и подпружинены снизу таким образом, чтобы при прижатии ладони к поверхности выпуклого основания 2 и валиков 8 поверхность валиков с усилием прижималась к поверхности ладони, следуя ее неровностям.
В зоне контакта папиллярных линий ладони с поверхностью выпуклого основания 2 гребни папиллярных линий, соприкасаясь с внешней стороной выпуклого основания 2, вызывают изменение коэффициента отражения (излучение уходит в кожу и рассеивается). Канавки же между этими гребнями не соприкасаются с поверхностью основания 2, и в этих местах происходит отражение потока излучения от источника 1. В результате в плоскости приемника 5 происходит формирование светотеневого изображения узора папиллярных линий ладони, которое преобразуется им в электрические сигналы и по кабелю 6 передается в блок 7 для дальнейшей обработки. Перемещение ладони на всю длину дает полную картину узора папиллярных линий. При использовании электродвигателя 10 сканирование производится аналогичным образом, только в этом случае ладонь 12 «протягивается» валиками 8 относительно потока сканирующего излучения от источника 1.
Применение валиков 8 в конструкции устройства позволяет исключить возможное проскальзывание ладони относительно поверхности выпуклого основания 2, что дает гарантированно высокое качество получаемого изображения.
Учитывая новизну и наличие существенных отличительных признаков заявляемого технического решения по сравнению с известными из уровня техники устройствами, заявитель считает, что оно может быть защищено патентом на изобретение.
1. Устройство для регистрации папиллярного узора, содержащее установленное на неподвижной опоре выпуклое прозрачное для сканирующего излучения основание, предназначенное для размещения на нем анализируемой части тела со сканируемым рисунком кожных линий, неподвижно установленные с соответствующих сторон области контакта основания с анализируемой частью тела источник и приемник излучения, электрически связанный с блоком обработки изображения, при этом выпуклое основание выполнено с возможностью вращения вокруг оси, фиксированной относительно неподвижной опоры, для поворота на угол, обеспечивающий, по меньшей мере, полное перемещение помещенной на него анализируемой части тела относительно потока сканирующего излучения, отличающееся тем, что перед и за выпуклым основанием по ходу перемещения анализируемой части тела расположены цилиндрические валики, выполненные с возможностью вращения вокруг своих осей, параллельных оси выпуклого основания.
2. Устройство для регистрации папиллярного узора по п.1, отличающееся тем, что цилиндрические валики кинематически связаны с выпуклым основанием, при этом схема кинематической связи выбирается таким образом, что линейные скорости цилиндрических поверхностей валиков и выпуклого основания равны по величине и направлению.
3. Устройство для регистрации папиллярного узора по п.1, отличающееся тем, что валики выполнены с возможностью их перемещения в горизонтальном и вертикальном направлениях относительно неподвижной опоры.
4. Устройство для регистрации папиллярного узора по п.1, отличающееся тем, что расстояние между осями валиков выбирается равным среднестатистической длине ладони исследуемой возрастной группы лиц.
5. Устройство для регистрации папиллярного узора по п.1, отличающееся тем, что вращение выпуклого основания и валиков вокруг своих осей осуществляется посредством электродвигателя.
6. Устройство для регистрации папиллярного узора по п.1, отличающееся тем, что поверхности валиков выполнены из материала с повышенным коэффициентом трения.
