Способ регистрации папиллярного узора и устройство для его осуществления
Изобретение относится к идентификации личности. Способ заключается в помещении анализируемой части тела с регистрируемым папиллярным узором на прозрачное основание, освещении ее потоком излучения от источника через основание и регистрации излучения приемником. Излучение источника формируют одновременно в двух диапазонах длин волн, один из которых инфракрасный, а регистрацию излучения приемником производят для инфракрасного диапазона в рассеянных лучах и для другого - в отраженных. Устройство для регистрации содержит прозрачное основание, источник излучения в видимом диапазоне волн, расположенный напротив входной поверхности основания, и приемник излучения, расположенный напротив выходной поверхности основания, электрически связанный с блоком обработки. Напротив области контакта пальца с воспринимающей поверхностью установлен дополнительный источник излучения, излучающий в инфракрасном диапазоне и оптически связанный с приемником излучения. Использование изобретения позволяет осуществлять распознавание муляжа и реального пальца (ладони). 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области биометрической идентификации личностей, более конкретно к способам и устройствам, предназначенным для регистрации папиллярного узора пальцев и ладоней, и может быть использовано в правоохранительных органах и системах с ограниченным доступом к охраняемым объектам.
Известен способ отображения участков кожи, которые освещают через прозрачное основание при контакте исследуемого рельефа с поверхностью последнего (ЕР 0785750
В1, МПК А61В 5/117, G06K 9/00, опубл. 1999 г.). Для улучшения оптической связи между рельефом и поверхностью основания в устройстве используют прозрачные нагревательные элементы, что обеспечивает более надежное отображение отпечатка.
Недостатком этого способа является то, что вследствие возможного более слабого прижатия участка кожи могут быть получены недостаточно четкие изображения.
Известно устройство для получения отображений кожных линий, в котором используется искривленная поверхность прозрачного основания (например, призмы) для достижения удовлетворительного контакта с искривленной поверхностью ладони (ЕР 0617919 А2, МПК А61В 5/117, G06K 9/20, опубл. 1994 г.). Прижатая ладонь освещается через основание, и регистрируются отраженные лучи.
В этом устройстве также не исключается плохой контакт поверхности кожи ладони с выпуклым основанием, так как основание выполнено из жесткого материала (оптическое стекло), который не адаптируется под размеры и поверхность ладони. Кроме этого, излишнее прижатие ладони к основанию в этом устройстве приводит к деформированию как ладони, так и регистрируемого рисунка кожных линий.
Известен способ сканирования рисунка кожных линий, при котором участок кожи помещают на выпуклое основание, прозрачное для сканирующего излучения, сканируют анализируемый участок кожи через основание и регистрируют приемником отраженное излучение. Соответствующее устройство содержит неподвижную опору, выпуклое основание, прозрачное для сканирующего излучения, источник и приемник излучения (патент США №5528355, МПК G06K 9/00, опубл. 1996 г.).
В этом техническом решении прижатие ладони к выпуклому основанию может быть неполным из-за возможного слабого усилия прижатия, вследствие чего надежное сканирование рисунка кожных линий не обеспечивается.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ сканирования рисунка кожных линий, заключающийся в помещении участка кожи на выпуклое основание, прозрачное для сканирующего излучения, создании усилия для перемещения основания относительно неподвижной опоры по мере полного перемещения анализируемого участка кожи относительно потока сканирующего излучения от источника через выпуклое основание и регистрации приемником отраженного излучения (патент РФ №2168206, МПК G06K 9/00, А61В 5/117, опубл. 2001 г.). Соответствующее устройство для реализации способа содержит прозрачное для сканирующего излучения выпуклое основание, предназначенное для контакта с участком кожи, источник и приемник излучения, установленные с соответствующих сторон области контакта выпуклого основания с участком кожи, причем выпуклое основание выполнено в виде цилиндра с возможностью вращения вокруг оси, фиксированной относительно неподвижной опоры, для поворота на угол, обеспечивающий полное перемещение анализируемого участка кожи относительно потока сканирующего излучения (патент РФ №2168206, МПК G06K 9/00, А61В 5/117, опубл. 2001 г.). Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Прототип, по сравнению с аналогами, позволяет получить более качественные изображения отпечатков пальцев и ладоней. Однако, и прототипу, и аналогам присущ общий недостаток, заключающийся в том, что их использование не позволяет отличить муляж от реального пальца. Это является принципиальным моментом для систем с ограниченным доступом (под системой понимается, например, охраняемый военный объект, банк, хранилище и т.д.), поскольку с помощью муляжа, изготовленного с отпечатка реального пользователя системы, в нее может получить доступ случайное лицо (злоумышленник).
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание такого способа и устройства регистрации папиллярного узора, которые позволяют гарантированно отличить реальный палец от муляжа.
Достигается это тем, что в известном способе регистрации папиллярного узора, заключающемся в помещении анализируемой части тела с регистрируемым папиллярным узором на основание, оптически прозрачное для излучения, освещении анализируемой части тела потоком излучения от источника излучения через основание и регистрации излучения приемником, излучение формируют одновременно в двух диапазонах длин волн, один из которых инфракрасный, а регистрацию излучения приемником производят для инфракрасного диапазона в рассеянных лучах, а для другого - в отраженных лучах.
Для решения поставленной задачи в устройстве для регистрации папиллярного узора, содержащем оптически прозрачное основание с входной, выходной и воспринимающей отпечатки пальцев поверхностями, источник излучения в видимом диапазоне волн, установленный напротив входной поверхности основания, приемник излучения, размещенный напротив выходной поверхности основания и связанный оптически с источником излучения и электрически с блоком обработки, установлен дополнительный источник излучения, расположенный под воспринимающей поверхностью основания напротив области контакта пальца с воспринимающей поверхностью основания, излучающий в инфракрасном диапазоне волн и оптически связанный с приемником излучения.
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется на чертеже, где представлен один из возможных вариантов выполнения устройства для регистрации папиллярного узора для осуществления заявляемого способа (приведен разрез устройства).
Устройство содержит источник излучения 1 в видимом диапазоне волн, оптически прозрачное основание 2 (изображенное для простоты восприятия в виде призмы, хотя может быть выпуклым, цилиндрической формы и т.д., что не влияет на суть изобретения), с входной, выходной и воспринимающей отпечатки пальцев поверхностями (соответственно, поверхности ВС, AD и АВ), приемник 3 излучения, электрически связанный кабелем 4 с блоком 5 обработки изображения. Источник 1 расположен напротив входной поверхности ВС и оптически связан с приемником 3, установленным напротив выходной поверхности AD основания 2. Источник 1 может быть выполнен, например, в виде матрицы светодиодов, а приемник 3 - в виде цветной матрицы сенсоров (фотодетекторов). К воспринимающей поверхности АВ основания 2 прикладывается палец 7 (либо ладонь). Под воспринимающей поверхностью АВ основания 2 напротив области контакта пальца 7 с поверхностью АВ установлен дополнительный источник 6 излучения, излучающий в инфракрасном диапазоне волн (предпочтительно в ближнем инфракрасном диапазоне) и оптически связанный с приемником 3. Ход лучей от источников показан стрелками (от источника 1 - α-лучи, от источника 6 - β-лучи). Приведенные на чертеже элементы устройства располагаются внутри корпуса (не показан).
Устройство работает следующим образом. Излучение от источника 1, излучающего в видимом диапазоне волн (например, лучи зеленого или синего цвета), входит в оптически прозрачное основание 2 через входную поверхность ВС и достигает воспринимающей поверхности АВ, к которой приложен палец 7. В тех местах поверхности АВ, к которым прилегают папиллярные линии пальца 7, свет от источника 1 уходит в кожу пальца 7 и поглощается. В тех же местах поверхности АВ, где расположены бороздки между папиллярными линиями, свет отражается и выходит из основания 2 через выходную поверхность AD (α-лучи на чертеже). Источник 1 устанавливается таким образом, чтобы лучи от него падали на воспринимающую поверхность АВ под углом, близким к углу полного внутреннего отражения для выбранного материала основания 2. После выхода из основания 2 α-лучи формируют в плоскости приемника 3 светотеневую картину папиллярного узора пальца 7, которая преобразуется приемником 3 в электрические сигналы и передается по кабелю 4 в блок 5 обработки изображения. Таким образом, от источника 1 излучения изображение папиллярного узора пальца регистрируется в отраженных лучах.
Одновременно с источником 1 работает источник 6, излучающий в инфракрасном диапазоне волн, который расположен напротив области контакта пальца 7 с воспринимающей поверхностью АВ основания 2. Излучение от источника 6 также проходит через основание 2 и достигает воспринимающей поверхности АВ, после чего входит в кожу пальца 7, контактирующую с поверхностью АВ. Поверхностные слои кожи пальца полупрозрачны для инфракрасного излучения, поэтому инфракрасное излучение рассеивается в основном на подкожных гребешках, состоящих из сосочков разнообразной формы, расположенных в два ряда и пронизанных кровеносными капиллярами. Интенсивное рассеивание инфракрасного света на гребешках обусловлено свойствами крови. Это свойство крови давно используется криминалистами при исследовании мест преступления для выявления скрытых следов крови, а именно при освещении сцены преступления инфракрасным светом остатки крови ярко выделяются на общем фоне (интересно, что в ультрафиолетовом свете кровь смотрится как черный бархат, то есть эффективно поглощает свет). Так как папиллярные линии повторяют объемный рельеф подкожных гребешков, рассеянное инфракрасное излучение из пальца 7 выходит через папиллярные линии, контактирующие с основанием 2, проходит через основание 2 и частично через выходную поверхность AD (β-лучи), в результате чего, в плоскости приемника 3 формируется светотеневое изображение рельефа подкожных гребешков, повторяющее изображение папиллярного узора пальца 7.
Приемник 3 преобразует полученное изображение в электрические сигналы, передающиеся по кабелю 4 в блок 5 обработки. Таким образом, от источника 6 изображение регистрируется приемником 3 в рассеянных лучах.
Рассмотрим следующие случаи:
1. К воспринимающей поверхности прикладывается реальный палец. В этом случае изображение узора папиллярных линий, полученное от источника излучения 1, совпадет по структуре с изображением рельефа подкожных гребешков, полученным от источника 6 инфракрасного излучения. Может быть сделан вывод, что к воспринимающей поверхности был приложен реальный палец.
2. К воспринимающей поверхности прикладывается муляж, выполненный в виде прозрачной тонкой пленки с выполненным на ней узором из линий, приклеиваемой к подушечке пальца (например, на основе силиконовой резины). В этом случае приемником 3 в отраженных лучах от источника 1 будет зарегистрировано изображение узора, выполненного на пленке, а в рассеянных лучах от источника 6 будет зарегистрировано изображение рельефа подкожных гребешков, совпадающее по структуре с изображением узора папиллярных линий реального пальца и не совпадающее по структуре с узором линий муляжа, поскольку муляж прозрачен для инфракрасных лучей. Может быть сделан вывод, что к воспринимающей поверхности был приложен муляж.
3. К воспринимающей поверхности прикладывается муляж пальца с выполненным на нем рельефным узором линий (например, штамп пальца из обычной резины). В этом случае в отраженных лучах приемником 3 будет зарегистрировано изображение узора муляжа, а в рассеянных лучах изображения зарегистрировано не будет, т.к. инфракрасное излучение поглотится внутри муляжа. Может быть сделан вывод, что к воспринимающей поверхности основания был приложен муляж пальца.
Таким образом, применение заявляемого устройства позволяет отличить реальный палец от муляжа, что невозможно сделать при использовании аналогов и прототипа.
Рассмотрим последовательность действий, выполняемых в заявляемом способе на основе описанного устройства.
Палец 7 (или ладонь) человека помещают на воспринимающую поверхность АВ оптически прозрачного основания 2 и освещают его потоком излучения, которое формируют одновременно в двух диапазонах длин волн, один из которых инфракрасный. Для этого используют два источника излучения, один из которых (источник 1), излучающий в видимом диапазоне, расположен напротив входной поверхности ВС основания 2, а другой (источник 6) расположен под воспринимающей поверхностью АВ напротив пятна контакта пальца 7 с этой поверхностью и излучающий в инфракрасном диапазоне. В местах контакта папиллярных линий пальца 7 с воспринимающей поверхностью свет от источника 1 уходит в кожу и поглощается, а в местах расположения бороздок свет отражается под углом полного внутреннего отражения и выходит через поверхность AD основания 2. На приемнике 3 формируется в отраженных α-лучах светотеневая картина папиллярных линий.
Папиллярные линии на коже пальцев рук повторяют рельеф подкожных гребешков, сформированных двумя рядами сосочков, пронизанных кровеносными капиллярами. Гребешки отделяются друг от друга бороздками. Ближе всего к поверхности кожи располагаются гребешки. Излучение от источника 6, излучающего в инфракрасном диапазоне (предпочтителен ближний инфракрасный свет), рассеивается преимущественно гребешками, поскольку там впервые появляются частицы крови, если смотреть снаружи, и в меньшей степени самой кожей. Эффект сильного рассеивания и отражения инфракрасного света кровью используется милицией для обнаружения скрытых следов крови на месте преступления.
Инфракрасное излучение от источника 6, рассеянное на гребешках, в точках контакта папиллярных линий и основания 2 возвращается в основание 2. Часть рассеянного инфракрасного излучения из основания 2 выходит через выходную поверхность AD и регистрируется с помощью приемника 3, расположенного напротив выходной поверхности AD основания 2. На приемнике 3 формируется в рассеянном инфракрасном свете светотеневая картина живых папиллярных линий, повторяющих рельеф подкожных гребешков. Таким образом от источника 1 регистрируют излучение в отраженных α-лучах, а от источника 6 в рассеянных β-лучах. В результате, для реального пальца получают два изображения папиллярного узора. Эти изображения различаются по яркости и контрасту, степени зашумленности (из-за влияния полупрозрачного для инфракрасного излучения поверхностного слоя кожи), но совпадают по структуре, то есть частные признаки (окончания и разветвления папиллярных линий) и общие признаки (петли, дельты и завитки) на этих двух изображениях распознаются подобно. Распознавание может быть произведено либо человеком, либо программным способом. В случае применения муляжа данные изображения по структуре отличаются, либо изображение в рассеянных лучах отсутствует. Последовательность действий способа завершена.
Таким образом, предложенные заявителем способ и устройство для его реализации позволяют, по сравнению с аналогами и прототипом, отличить реальный палец (ладонь) пользователя от муляжа, что повышает степень защиты различных систем от доступа к ним третьих лиц.
Учитывая новизну и наличие существенных отличительных признаков в заявляемом техническом решении, а также промышленную применимость технического решения, заявитель считает, что оно может быть защищено патентом на изобретение.
1. Способ регистрации папиллярного узора, заключающийся в помещении анализируемой части тела с регистрируемым папиллярным узором на основание, оптически прозрачное для излучения, освещении анализируемой части тела потоком излучения от источника излучения через основание и регистрации излучения приемником, отличающийся тем, что излучение формируют одновременно в двух диапазонах длин волн, один из которых инфракрасный, а регистрацию излучения приемником производят для инфракрасного диапазона в рассеянных лучах, а для другого - в отраженных лучах.
2. Устройство для регистрации папиллярного узора, содержащее оптически прозрачное основание с входной, выходной и воспринимающей отпечатки пальцев поверхностями, источник излучения в видимом диапазоне волн, установленный напротив входной поверхности основания и оптически связанный с приемником излучения, размещенным напротив выходной поверхности основания и электрически связанным с блоком обработки, отличающееся тем, что в нем установлен дополнительный источник излучения, расположенный под воспринимающей поверхностью основания напротив области контакта пальца с воспринимающей поверхностью основания, излучающий в инфракрасном диапазоне волн и оптически связанный с приемником излучения.
