Система и высокоэффективное многомодовое сканирующее устройство получения отпечатка ладони и отпечатка пальца

Изобретение относится к системам и способам для оптического формирования изображения объекта, в частности изображения отпечатка ладони и отпечатка пальца. Техническим результатом является обеспечение уменьшенного размера устройства, записи прокатанных отпечатков пальцев, приложенных отпечатков пальцев и отпечатков ладони в одном непрерывном рабочем потоке в компактном устройстве, различения влажности, повышения четкости формируемого изображения, а также обеспечение использования единственного сканирующего устройства для записи изображения отпечатка ладони и пальца в 500 и/или 1000 пикселей на дюйм. Система для оптического формирования изображения объекта в поле зрения содержит оптическую пластину, имеющую поверхность, принимающую объект; источник света, установленный для освещения поверхности, принимающей объект; систему формирования изображения, имеющую плоскость изображения и установленную для приема света от поверхности, принимающей объект, чтобы сформировать изображение объекта на поверхности, принимающей объект; и линзовый механизм для фокусировки света от поверхности, принимающей объект, на плоскость изображения, причем система сконфигурирована для записи изображения в полном поле зрения и для записи области интереса в поле зрения, и при этом линзовый механизм является шестиэлементной линзой; и причем система формирования изображения выполнена с возможностью обеспечения увеличенной частоты кадров в области интереса, когда область интереса меньше, чем поле зрения. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка заявляет преимущество в соответствии с п.35 свода законов США 119(е) для предварительной заявки США № 60/967601, поданной 4 сентября 2007 г. и озаглавленной «СИСТЕМА И МНОГОМОДОВОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ОТПЕЧАТКА ЛАДОНИ И ОТПЕЧАТКА ПАЛЬЦА». Включена в качестве ссылки.

ПРЕДЫДУЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы формирования изображения отпечатка пальца применяют известный контактный способ создания узора отпечатка пальца, при котором рельеф поверхности пальца аппроксимируется серией гребешков с промежуточными впадинами. Обычные устройства записи полного изображения руки (кисти), которые записывают полное изображение отпечатков пальцев и ладони, требуют перемещения руки по цилиндрическому барабану или пластине, чтобы записать данные формирования гребешков руки и ладони. Это требует значительной квалификации оператора. Более того, техническая система, выполненная для записи таких изображений, использует датчик линейной структуры, которая не годится для записывания прокатанных отпечатков пальцев. Существуют устройства записи ладони, которые используют закрепленную плоскую призму в комбинации с движущимся механизмом линейной структуры. Эта система требует меньшей квалификации оператора, но записывает только изображение ладони.

Существуют другие системы записи изображения руки/ладони, которые используют воспринимающую руку поверхность конической формы в комбинации с подвижной оптической/формирования изображения системой, чтобы сформировать изображение руки/ладони. Однако эта система эргономически и электронно не приспособлена для сканирования прокатанных отпечатков пальцев. К тому же, требуется физически очень большое помещение большого размера для размещения нужного механизма, и требуется значительная рабочая мощность, чтобы перемещать механизм под управлением и нагреть поверхность конической формы, воспринимающую руку, чтобы избежать конденсации из-за влажных рук.

Применялись системы, использующие два сканирующих устройства: одно - для записи ладони и отпечатка прижатого (шлепка) пальца, а другое - для записи прокатанного отпечатка пальца; однако они физически большие и тяжелые и из-за двух сканеров дороги в производстве. Более того, эти устройства требуют значительной мощности для работы, отчасти из-за необходимости нагревать большие призмы, чтобы избежать конденсации из-за влажных рук.

Были применены системы, использующие схему освещения со световодами. Однако освещенная поверхность относительно мала, и структура световода сконструирована с небольшим количеством светодиодных источников света, расположенных сбоку световода. Чтобы получить свет от светодиодов (LED), в этой системе нужна большая толщина световода, ограничивающая эргономический дизайн корпуса устройства для приспособления положения пальца под поверхностью освещения призмы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте изобретение показывает системы, устройства и способы для обеспечения возможности записи прокатанного отпечатка пальца и записи ладони в устройстве, имеющем уменьшенный размер. В некоторых вариантах осуществления системы и способы предусматривают запись прокатанных отпечатков пальцев, приложенных отпечатков пальцев и отпечатков ладони в одном непрерывном рабочем потоке в компактном устройстве. В некоторых вариантах осуществления предусмотрены оптические элементы, различающие влажность, и/или формирование повышенной четкости изображения, первоначально достигнутые только в устройствах, предназначенных для записи только отпечатков пальцев. В некоторых вариантах осуществления системы используют единственное сканирующее устройство, чтобы записать изображения отпечатка ладони или пальца в 550 пикселей на дюйм и/или 1000 пикселей на дюйм.

В одном аспекте изобретение показывает систему для оптического изображения объекта. Система включает в себя оптическую пластину, имеющую поверхность, принимающую объект, достаточно большую, чтобы отобразить ладонь. Источник света расположен для освещения поверхности, принимающей объект. Система формирования изображения, имеющая плоскость изображения, установлена, чтобы принимать свет от поверхности, принимающей объект, чтобы сформировать изображение объекта на поверхности, принимающей объект. Линзовый механизм предназначен для фокусировки света от поверхности, принимающей объект, на плоскость изображения. В разных вариантах осуществления система предусматривает оптическую систему, которая обеспечивает высокую частотно-контрастную характеристику (MTF) по всему полю зрения, достаточную, чтобы записать изображение ладони, удовлетворяющее Приложению F ФБР, плюс высокую MTF в нижней области поля зрения для отображения, удовлетворяющих приложению ФБР, изображений прокатанного пальца. В некоторых вариантах осуществления нижняя область включает в себя правый и левый углы поверхности, принимающей объект.

Разные осуществления изобретения могут включать в себя один или более следующих особенностей. Формирователь изображения обеспечивает адресуемость области интереса, подходящей для определения области прокатанного пальца в эргономично приемлемой области поля зрения (FOV), и обеспечивает частоту кадров в этой области выше 12 кадров в секунду. В соответствии с разными вариантами осуществления линзовый механизм включает в себя множество линзовых элементов, в одном варианте осуществления - две пары дублетов и два синглета. Линзовый механизм устраняет значительную часть хроматических аббераций. Линзовый механизм включает в себя апертуру. Система может далее включать в себя одно или более складывающихся зеркал, чтобы направлять свет от поверхности, принимающей объект, в линзовый механизм. Система в определенных вариантах осуществления содержит три складывающихся зеркала. Система может включать в себя монохроматический CMOS формирователь изображений. Формирователь изображения повернут под углом от нормали. В других вариантах осуществления система включает в себя либо ССВ, либо CMOS формирователь изображения. Система обеспечивает изображения с 500 и 1000 пикселями на дюйм. Система сконфигурирована для записи изображений, по меньшей мере, четырех прижатых пальцев, единственного прижатого пальца и отпечатков прокатанного пальца. Также в некоторых вариантах осуществления оптическая система не требует коррекции геометрической дисторсии в программном обеспечении и не отображает влажность.

В другом аспекте изобретения предусмотрена схема освещения, которая обеспечивает однородное освещение по всему полю зрения и является механически тонкой, чтобы позволить оптимальный эргономический вырез, достаточный для перемещения пальца и большого пальца при прокатывании отпечатков пальцев.

Детали одного или более вариантов осуществления указаны далее в сопровождающих чертежах и описаны ниже. Другие характеристики, объекты и преимущества будут понятны из описания и чертежей и из формулы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает схематично вид сбоку в разрезе системы изображения в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 схематично иллюстрирует вид сверху источника освещения в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 схематично иллюстрирует косую проекцию источника освещения, описанного на Фиг.2

Фиг.4 схематично иллюстрирует вид сбоку источника освещения, описанного на Фиг.2.

Фиг.5 схематично иллюстрирует расположение различных компонентов источника освещения в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 схематично иллюстрирует элементы линзовой системы объектива в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 иллюстрирует оптико-механическое осуществление системы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8А и 8В показывают профили функции передачи модуляции (MTF) по всему полю зрения системы изображения в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 показывает возможные области перекрывания профиля функции передачи модуляции (MTF) поля зрения системы изображения в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10 схематично иллюстрирует систему обработки для системы изображения с Фиг.1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В качестве идентификатора, который не может быть потерян или забыт, описанные здесь системы и устройства получения отпечатка пальца и отпечатка ладони имеют широкий диапазон применения, который постоянно расширяется. Например, отпечатки ладони и отпечатки пальца могут быть использованы как ключи доступа.

Устройство изображения отпечатка пальца и отпечатка ладони может быть использовано для записи изображений четырех прижатых пальцев, единственного прижатого пальца и изображений отпечатка прокатанного пальца, а также для записи изображений ладони и целой руки. В некоторых вариантах осуществления такое устройство формирует изображения в 1000 пикселей на дюйм (ppi), а также изображения 500 ppi. Изображения соответствуют или превышают особые требования или стандарты, например требования Приложения F Спецификации Электронной Передачи Отпечатков Пальцев ФБР (CJIS-RS-0010) на всех частотах сигналов тестирования вплоть до частоты и включая в себя частоту, на которой образец вызывает наложение помех. Устройство изображения отпечатка пальца и ладони также поддерживает изображения более высокого разрешения и совместимо с развивающимися стандартами.

Фиг.1 показывает систему 10 получения отпечатка пальца и ладони. В то время как предыдущие системы получения отпечатка пальца и ладони использовали двухкамерную систему, чтобы изображать (1) ладони/отпечатки прижатого пальца и отпечатков (2) прокатанных пальцев, система 10 позволяет использовать одну низкую скорость передачи кадров, адресуемый формирователь изображения области интереса (ROI) совместно с оптическими элементами с большим полем зрения (FOV) и конструктивно тонким призматическим источником света, чтобы выполнить запись отпечатков ладони, отпечатков прижатых пальцев и отпечатков прокатанных пальцев в одном низкостоимостном физически компактном устройстве. Эта система обеспечивает возможность достичь высококачественного выполнения изображения по всему требуемому полю зрения с особым вниманием к нижней области поля зрения, где прокатанные отпечатки пальцев должны быть записаны благодаря эргономичным ограничениям и где выполнение обычно ухудшается из-за обычных конструкций оптических элементов. В соответствии с разными вариантами осуществления система вводит функционально желательные признаки, например оптические элементы, различающие влажность, и высококонтрастную повышенную четкость посредством избыточной дискретизации и оптики с очень маленьким пятном нерезкости.

Как показано на Фиг.1, система 10 включает в себя оптическую пластинку или пластину 32, первичные линзы 24, зеркальную систему 36, линзовую систему 22 объектива, систему 38 датчиков изображения и источник 18 освещения. Для информации, оси Y и Z ортогональной системы координат показаны на Фиг. 1 стрелками. Третья ось Х этой ортогональной системы координат перпендикулярна плоскости чертежа на Фиг.1. Поверхность 12, принимающая объект, включает в себя плоскость объекта системы и является одной поверхностью призмы 15. Объект, такой как ладонь или один, или более пальцев, который должен быть идентифицирован, прикладывается к поверхности 12. Другая поверхность 14 призмы сконфигурирована принимать источник освещения для поверхности 12 плоскости объекта. Поверхность 12 плоскости объекта может включать в себя области поля пальца для взаимодействия с гребешками и бороздками кожи пальца и области ладони для взаимодействия с гребешками и бороздками кожи ладони. Поверхность 12, принимающая объект, имеет оптически мягкую поверхность, чтобы обеспечить хороший контакт с гребешками кожи. В соответствии с разными вариантами осуществления поверхность, принимающая объект, достаточно большая, чтобы обеспечить достаточные X-Y размеры для изображения ладони так же, как и изображения прокатанного пальца. В некоторых вариантах осуществления поверхность, принимающая объект, достаточно большая, чтобы обеспечить удовлетворительные размеры для изображения ладони, так же как до четырех отпечатков пальцев одновременно, так же как и для изображения прокатанного пальца. Поверхность, принимающая объект в Х-Y плоскости, например, может быть около 127 миллиметров (мм) в длину (Х-ось) и около 127 мм в ширину (Y-ось). Третья грань 16 призмы является смотровой гранью, через которую плоскость освещенного объекта просматривается благодаря полному внутреннему отражению (TIR). Когда ладонь или палец прикладываются к плоскости 12 объекта, элемент трущегося гребешка ладони или пальца виден благодаря нарушенному полному внутреннему отражению (FTIR). Поверхность 12, принимающая объект, и поверхности 14 и 16 - плоские по форме. Другие формы возможны как для одной, так и для обеих этих поверхностей, такие как, например, цилиндрические формы, чтобы увеличить различные характеристики изображений. Поверхность 14 сконфигурирована, чтобы принимать источник освещения для поверхности 12 плоскости объекта. Поверхность 16 также является смотровой гранью, через которую плоскость освещенного объекта просматривается с помощью TIR. Поверхность 14 наклонена под углом к поверхности, принимающей объект, как показано на Фиг.1. Величина этого угла в общем выбрана так, чтобы выполнить нужное освещение плоскости объекта. Поверхность 16 наклонена к поверхности, принимающей объект. Поверхность 12 плоскости объекта освещается через осветительную грань 14 призмы под углом, приблизительно равным углу обзора (25-50°). Углы между поверхностью 12 плоскости объекта и поверхностью 16 и между поверхностью 12 и поверхностью 14 могут быть, в одном варианте осуществления, приблизительно 40° и 50° соответственно. Этот вариант осуществления представляет освещение методом светлого поля. Также может быть использовано освещение методом темного поля, при котором плоскость объекта освещается под углом приблизительно 90°. В этом случае трущиеся гребешки пальца видны как яркий объект на темном поле фона. Выполнение темного поля может быть предпочтительно в некоторых случаях, когда компоновка оптических элементов диктует, чтобы освещение происходило от иной, чем передняя поверхность, призмы плоскости объекта или пластины.

Первичная линза 24 расположена снаружи оптической пластины 32 и за ее боковой поверхностью 16. Первичная линза 24 может включать в себя, например, квадратную полевую линзу. Полевая линза выполняет телецентричность лучей на плоскости объекта. Линза направляет свет от плоскости объекта в линзовую систему 22 объектива. В конкретном варианте осуществления полевая линза - это двояковыпуклая линза со следующими характеристиками: радиус: 513,500 мм вып., 513,500 мм вып.; диаметр по кромке: 96,0х144,0; толщина: 18,000 мм; материал: F2.

Когда палец и/или ладонь прикладывается к плоскости объекта, элемент гребешка пальца виден благодаря нарушенному полному внутреннему отражению (FTIR). Оптическая пластина или призма в одном варианте осуществления применяет принцип различения влажности, в соответствии с которым показатель преломления стекла и угол обзора плоскости объекта могут отличать показатель преломления кожи от показателя преломления как воздуха, так и воды на поверхности плоскости объекта. Эта техника раскрыта в патенте США № 5416573, озаглавленном «Устройство для получения изображений отпечатков пальцев, которые в значительной степени свободны от помех, вызванных влагой на пальце, который должен быть изображен», переуступленном правопреемнику данной заявки, и который здесь введен в качестве ссылки.

Конкретно, в одном варианте осуществления, система 38 датчика изображения принимает свет от поверхности пластины, на которой воздух или вода контактируют с этой поверхностью, но принимает значительно меньше света от областей поверхности пластины, где контактирует кожа трущегося гребешка. В общем виде различение влажности выполняется с высоким показателем преломления стекла, чтобы реализовать TIR с приемлемой геометрической дисторсией. Стекло с низким показателем преломления также подходит с соответственными способами, чтобы скорректировать геометрическую дисторсию и обеспечить приемлемую контрастно-частотную характеристику (CTF) при соответствующем более остром угле зрения.

Призма может содержать SF-11 стекло (показатель преломления = 1.785), легко доступное от изготовителей высококачественного стекла. Угол зрения, в одном варианте осуществления, как отмечено, составляет приблизительно 50°, чтобы выполнить различение влажности. Может быть использовано стекло с низким показателем преломления, например ВК7 стекло, и плоскость объекта рассматривается при малом угле, например при угле приблизительно 65°, чтобы выполнить FTIR для кожи и воды, приложенные к плоскости объекта. Другие прозрачные материалы, стекла или пластики, например, могут быть использованы вместо этих особых стекол.

В некоторых вариантах осуществления зеркальная система 36 включает в себя складывающиеся зеркала 42, 46 и 48. Зеркала отражают свет, как показано, с длиной волны как примерно 450-650 нм, производимой источником 18 освещения.

Уникальная комбинация линзы 22 объектива и конструкции полевой линзы 24 осуществляет телецентричность лучей, направленных на плоскость объекта, и оптимизирует Функцию Передачи Модуляции (MTF) на нижней части поля зрения, в то же время одновременно сохраняя MTF достаточно высокой по всему полю зрения. Плоскость объекта освещается через осветительную грань призмы под углом, приблизительно равным углу зрения (35-50 градусов).

В некоторых вариантах осуществления значительно уменьшена толщина источника освещения или средства 18, чтобы обеспечить большой вырез (область 20) под осветительной гранью призмы, чтобы вместить местоположение пальца при записи прокатывающегося отпечатка пальца.

В соответствии с разными вариантами осуществления источник 18 освещения представляет собой уникальную световую панель или устройство. В некоторых вариантах осуществления источник освещения включает в себя панель, сконструированную в виде сборки печатной схемы, имеющей множество маленьких (приблизительно 1,6 мм×0,8 мм×0,6 мм) светоизлучающих диодов (LEDов) с широким спектром освещения (приблизительно 140-160 градусов половина профиля распределения интенсивности). Источник света включает в себя светорассеивающую пластинку, включающую в себя тонкую акриловую подложку приблизительно 0,125 дюймов толщины со световыми формирующими диффузорами на каждой поверхности, чтобы получать свет от LEDов и проецировать его на поверхность 14 единообразным способом. Световые формирующие диффузоры, такие как эти, доступны от Luminit или Vikuiti по предложениям в рекламном проспекте и/или эллиптические образцы могут быть использованы. Фокальная точка диффузора определяет толщину акриловой пластины. Описанный источник освещения предусматривает тонкий профиль, необходимый для обеспечения требуемой характеристики положения пальца, и обеспечивает полное освещение по всей широкой области, необходимое, чтобы осветить большое - 5х5 дюймов - поле зрения. Способы световодного освещения, при которых входящий свет в боковые стороны устройства прозрачного акрилового световода не обеспечивают одинакового достаточного освещения, проявляя светлые и темные области, которые трудно компенсировать, чтобы достичь требуемой однородности фонового освещения. LEDы белого света или монохроматические LEDы могут быть использованы, поскольку линзовая система ограничена пропускать узкий диапазон длин волн (таких как синий, красный или зеленый диапазон спектра). Это позволяет использовать белый свет, который более полезен для глаз, чем обычные источники монохроматического света (такого как зеленый или красный), которые некоторые пользователи продукции находят не подходящими для длительного использования.

Фиг.2 и фиг.3 иллюстрируют виды световой панели или источника света 18, соответствующие разным вариантам осуществления. Фиг.2 показывает вид световой панели через верх призмы 15, и Фиг.3 показывает косую проекцию световой панели 18. Полевая или первичная линза 24 показана на Фиг.2. Рисунок LED, проецируемый на рассеивающую пластину, показан схематично; показан один LED 25 в матрице из множества LEDов. Фиг.3 показывает сборку 28 печатной схемы с рассеивающей панелью 26 и показанными проекциями 27 профиля LED. В этом варианте осуществления используются более 100 LEDов, чтобы достичь однородного освещения. Фиг.4 показывает вид сбоку световой панели 18, и призму 15, и полевую линзу 24 внутри корпуса 50. Вертикальное поле зрения указано на 29. Большая область 20 или эргономичный вырез снаружи корпуса доступен для позиционирования пальца в процессе прокатывания пальца. Тонкий профиль световой панели 18 делает пространство 20 доступным для размещения пальца и большого пальца при прокатывании отпечатков пальцев. Важно обеспечить достаточное пространство под призмой для позиционирования пальца при прокатывании отпечатков пальцев, чтобы избежать попадания пальца в корпус и вынуждая прокатываемый палец двигаться нежелательным способом, приводя к смазыванию отпечатка пальца.

В другом варианте осуществления источник освещения 18 представляет собой сборку панели фонового освещения, включающую в себя световод. Фиг.5 показывает различные компоненты такой сборки. Плата с печатной схемой (не показана для ясности) включает в себя LEDы для обеспечения освещения и расположена между светопроводом или световодом 506 и задним рефлектором 505. Теплопроводная фольга 511 на светопроводе 506 также показана. Свет, излученный светодиодами, достигает либо светопровода 506, который направляет его к рассеивающей пластине 507, либо заднего отражателя 505, где отражается обратно в световод или светопровод 506 и рассеивающую пластину 507. Призматические пленки 508 и 509 наносятся на верхнюю поверхность рассеивающей пластины 507. Одна или более таких призматических пленок могут быть использованы, включая пленку, такую как пленки повышенной яркости (BEF), или другие пленки, включающие в себя реверсионную призму или поляризационную пленку, такую как DBEF, могут также быть использованы для рассеивания и увеличения яркости освещения. Как и в случае варианта осуществления, описанного выше, светодиоды белого света или монохроматические светодиоды могут быть использованы в световой панели, так как линзовая система ограничена пропускать узкий диапазон длин волн (таких как синий, красный или зеленый спектр). Это позволяет использовать белый свет, который более полезен для глаз, чем обычные источники монохроматического света (такого как зеленый или красный), которые некоторые пользователи этой продукции находят не подходящими для долгосрочного использования. Панель заключена в корпус 510. В отличие от световых панелей в предыдущих сканерах, которые используют световоды, панель, изображенная на Фиг.5, очень тонкая благодаря использованию технологии светодиодной задней подсветки.

Как указано выше, в некоторых вариантах осуществления дисплей световой панели достаточно тонкий, чтобы позволить корпусу сканера точно совпадать с передним углом призмы 15, в то же время оставляя пространство для позиционирования пальца и руки в процессе записи прокатываемого отпечатка пальца. В некоторых вариантах осуществления световая панель находится в пределах 1/8-3/8 дюйма толщины.

Оптическая схема, включающая в себя телецентрическую полевую линзу 24 и линзовую систему 22 объектива, допускает изображение по большему полю зрения, необходимое для отпечатков ладони, в то же время допуская изображение в области интереса. Линзовая система объектива представляет собой многоэлементную линзу объектива. Фиг.6 показывает линзовую систему 22 объектива в соответствии с некоторыми вариантами осуществления. Как показано на Фиг.6, линзовая система 601 объектива может включать в себя пару дублетов (ахроматов): первый дублет 621 и второй дублет 622. Дублет 621 включает в себя линзы 623 и 624. Дублет 622 также включает в себя две линзы 625 и 626, сконфигурированные подобным образом. Каждый дублет работает как ахроматическая линза, таким образом, устраняя существенную часть хроматической абберации. То есть дублеты обеспечивают боковую и осевую цветовую коррекцию для длин волн интереса, например, примерно от 600 до 650 нм в одном варианте осуществления. Линзовая система 601 объектива также включает в себя две синглетные линзы: первую синглетную линзу 627 и вторую синглетную линзу 628. Линзовый механизм также предусматривает апертурную диафрагму в некоторых вариантах осуществления.

В особом варианте осуществления линзовая система объектива представляет собой 6-элементную систему со следующими характеристиками:

Увеличение: 3,479х (изображение в плоскости объекта)

Апертурная диафрагма: 15,0 диаметр; зафиксирована

Спектральный диапазон: 625 нм +/- 20 нм; рассеянный красный свет

Спектральное взвешивание: 1,0 @ 625 нм; 0,5@ 605 и 645 нм

FOV: 127,0х84,9 (диагональ=152,8) в пространстве объектов

36,48х24,384 (диагональ=43,88) в пространстве изображений

Дисторсия:0,008%(номинал) +/-0,20% в пространстве объектов

Кривизна поля: плоское поле

Предел разрешения: 55 циклов/мм COF (номинал) в пространстве объектов; (190 циклов/мм COF в пространстве изображений)

MTF: >30% @ 25 циклов/мм (Амплитудно-частотная характеристика) везде в FOV

Коэффициент пропускания: >85%

Общая длина линз объектива: 48.928 от вершины до вершины

Длина пути: 703,882 (от изображения до объекта)

Длина тубуса линзы: 60,0+/-0,25 (включает в себя дополнительную длину для возможного фильтра на широком конце)

Диаметр тубуса линзы: 40,00+/-0,050

Первая синглетная линза: радиус 29,300 мм сх, 81,280 мм сс; краевой диаметр 26,000 мм; толщина 4,000 мм; материал: SK2

Вторая синглетная линза: радиус 102,900 мм сс, 42,093 мм cv; краевой диаметр 34,000 мм; толщина 5,000 мм; материал: SK2

Первая дублетная линза: радиус: 27,860 мм сх, 50,800 мм, 19,230 мм сс; краевой диаметр 26,000 мм, 26,000 мм, толщина 4,000 мм, 3,5 мм; материал: SK4, F8

Вторая дублетная линза: радиус: 19,230 мм сс, плоская, 34,000 мм сх; краевой диаметр 34,000 мм, 34,000 мм, толщина 3,000 мм, 7,000 мм; материал: F8, SK4

Другие линзовые системы многоэлементных объективов могут быть использованы для получения переднего и заднего фокусных расстояний различной величины и меньших пятен нерезкости для повышенного качества при более высокой цене. Например, семиэлементная линза, выполненная из трех синглетов и двух дублетов, или, как вариант, выполненная из трех синглетов, одного дублета и синглета с высокой степенью кривизны, может быть использована в соответствии с различными вариантами осуществления.

Поле зрения плоскости объекта таким образом согласовывается с системой 38 датчиков изображения через откорректированную по цвету оптику, включающую в себя складывающиеся зеркала. Конфигурация оптики телецентрична как на плоскости объекта, так и плоскости изображения, чтобы обеспечить широкую область высококачественного оптического выполнения, проявляя малые пятна нерезкости по всему FOV для выбранных цветовых длин волн. Вертикальное FOV в различных вариантах осуществления может быть между 2 и 5 дюймами. В некоторых вариантах осуществления система 38 датчиков изображения включает в себя один монохромный CMOS формирователь изображения. В других вариантах осуществления может быть использовано множество формирователей изображения. Также могут быть использованы цветные формирователи изображения, например один или множество цветных CMOS формирователей изображения с высокой плотностью пикселей могут быть использованы со светодиодным источником белого света (LED) и откорректированной по цвету оптикой или могут быть использованы с монохроматическим источником света с откорректированной по цвету линзой. В некоторых вариантах осуществления один или более CCD формирователей изображения используются вместо CMOS формирователя(ей) изображения. Также в некоторых вариантах осуществления использован 14 Мпикс монохроматический формирователь изображения. CMOS или CCD монохроматический формирователь изображения с более чем 14 Мпикс может также быть использован. В некоторых вариантах осуществления использован 12 Мпикс формирователь изображения и формирователь изображения механически ступенчато размыт менее чем на ½ пикселя, чтобы сформировать сырое изображение, которое может быть отформатировано в окончательное 1000 ppi изображение. Похожим образом, в некоторых вариантах осуществления, используется меньший, чем 12 Мпикс формирователь изображений, и формирователь изображения механически ступенчато размыт менее чем на ½ пикселя, чтобы сформировать сырое изображение, которое может быть отформатировано в окончательное 500 пикс изображение.

Датчик изображения или датчики обеспечивают цифровые выходные данные при скорости передачи кадров приблизительно 12 кадров в секунду или больше. Скорость передачи достаточно высокая, чтобы избежать искажений (например, 12 кадров/секунду (fps) для прокатанных отпечатков выше, чем 8 fps для прижимных отпечатков и 4 fps для изображений ладони). Датчики наклонены, чтобы выполнить коррекцию Шеймпфлюга трапецеидальной дисторсии изображения и изменения фокуса в вертикальном FOV, вызванных острым углом зрения.

Фиг.7 иллюстрирует оптико-механический вариант осуществления системы. Принципиальные элементы показаны на изображении в разрезе: световая панель 78, призма 75, полевая линза 74, линза 72 объектива и сборка 76 камеры. Также показанное является сборкой 79 встроенной DSP компьютерной печатной платы, которая управляет записью изображения и обеспечивает связь с центральным компьютером. Чтобы получить желаемую резкость изображения (MTF) во всем поле зрения, линзовая система объектива рассчитана с уникальным назначением - достигнуть высокой MTF по всему полю зрения, но с уклоном к нижней области, где записываются прокатанные отпечатки пальцев. Фиг.8А и 8В показывают профили MTF по всему полю зрения. Показан наклон по направлению к низу FOV.

В некоторых вариантах осуществления система сконфигурирована, чтобы прокатывать отпечатки пальцев в центре нижней области для высококачественного выполнения. Однако выполнение MTF позволяет получать приемлемые результаты при прокатывании в любом углу. MTF свыше 30% за 10 циклов на мм представляет соответствующие результаты технических характеристик.

Фиг.9 показывает возможные области 901, которые могут быть выбраны для прокатывания отпечатков пальцев. Область, нужная для прокатывания, - это 1,6 (ширина) на 1,5 (высота) дюймов. Размеры показаны приблизительно. Заметим, что показанное поле зрения - это карта плоскости объекта (около 5 х 5 дюймов), отображенная на формирователе изображения. Сдвиг коэффициента сжатия ближнего квадратного поля зрения - это функция просмотра плоскости объекта через призму под TIR углом.

Конкретные варианты осуществления системы применяют 14 Мпикс монохромный CMOS формирователь изображения (IBIS4-14000) со свертывающейся шторкой, произведенный Cypress Semiconducter. Это устройство обеспечивает адресуемость области интереса с увеличением частоты кадров, когда область интереса меньше, чем целое поле зрения. Однако повышение частоты кадров - это функция, где выбрана область интереса. В примере, показанном на Фиг.9, наивысшее увеличение частоты кадров выполняется, когда ROI выбран как нижний левый угол. Если область интереса передвигается вправо, то частота кадров уменьшается до минимума, а затем увеличивается опять в нижнем правом углу. Поэтому выполнение оптимально в углах. Различные варианты осуществления системы позволяют задавать область интереса прокатывания в любой области в нижней части основного поля зрения без эргономических затруднений.

Область интересов, большая, чем показанная для прокатываемых пальцев, может также быть назначена для записи 4-х прижатых пальцев (обычно 3,2×3,0 дюймов или 3,2×2,0 дюймов). Это желательно для повышения частоты кадров и тем самым для минимизирования эффектов движения при записи изображения прижатых пальцев.

Оптические установки предназначены для выполнения маленького пятна нерезкости - порядка 25 микрон. Это дает два преимущества выполнения: (1) очень высокий контраст при использовании формирователя изображения, обеспечивающего избыточную дискретизацию поля зрения, такую как когда на выходе системы заданы 550 ppi, и (2) хороший контраст, когда система предназначена для 1000 ppi на выходе. В некоторых вариантах осуществления, для получения 1000 ppi на выходе формирователь изображения может быть механически размыт на ½ пикселя по горизонтальной и вертикальной осям относительно изображения, записанного на каждом положении. 4 изображения затем могут быть объединены с вложенными пикселями для использования в формировании 1000 ppi изображения без помех и с высокой MTF при характеристиках 20 циклов/мм на плоскости объекта.

В одном варианте осуществления 14 Мпикс изображение с 4536 (горизонталь) × 3024 (вертикаль) пикселями поддерживает формат необработанного изображения приблизительно в 900 пикселей на дюйм по горизонтали × 600 пикселей/дюйм по вертикали. Это необработанное изображение с высокой MTF затем масштабируется до 500 ppi, показывая очень высокий контраст.

Чтобы получить гибкость при назначении области интереса для записи прокатывания, оптимизировать запись изображения в любой области интереса и обеспечить оптимальную обработку изображения в каждой области интереса, предусмотрен встроенный DSP компьютер 30, как задано в конструкции системы.

DSP компьютер принимает выходные данные камеры, формирует изображения отпечатков пальцев, которые удовлетворяют определенным требованиям ФБР, и выдает изображения центральному компьютеру для объединения в «запись», состоящую из набора изображений и текстовых данных. Эта система показана на Фиг.10.

Как показано на Фиг.10, обработка данных изображений от формирователя изображения или камеры 1028, выделенных от поверхности 1012 изображения, выполняется в компьютере 1050 цифровой обработки сигнала (DSP) специального назначения. Компьютер 1050 принимает выходные данные изображения от датчика изображения отпечатка пальца/отпечатка ладони или формирователя изображения 1028. Эти обработанные данные изображения соответствуют определенным требованиям ФБР, например спецификациям Приложения F ФБР. Обработанные изображения выдаются центральному компьютеру (не показан) через линию Firewire 1054 согласно стандарту IEEE 1394 для объединения в запись, содержащую набор изображений и текстовых данных. Захват изображения компьютера 1050 может быть осуществлен, используя технику, такую, как описана в патенте США № 5748766, озаглавленном «Способ и устройство для уменьшения размытости изображения прокатанных отпечатков пальцев», или технику, описанную в патенте США № 4933976, озаглавленном «Система для генерации изображений прокатанных отпечатков пальцев», переуступленном правопреемнику данной заявки, и которые введены здесь в качестве ссылки.

Компьютер 1050 также управляет, как представлено блоком 1058 управления, работой системы 1028 датчиков изображения и включает в себя оптические элементы и сборку камеры 1010. Оптические элементы системы 1000 изображения представлены блоком 1060. В другом варианте изобретения данные могут быть переданы центральному компьютеру перед обработкой в окончательную форму отпечатка пальца. Окончательная обработка отпечатка пальца затем была бы завершена с помощью программного обеспечения или комбинации программного и аппаратного обеспечения на центральном компьютере.

Также дополнительный ручной сканнер может быть использован в сочетании с системой 1000 изображения. Ручной сканер работает под управлением компьютера 1050. Компьютер принимает выходные данные изображения от ручного сканера. Ручной сканер может быть типа, описанного в патенте США № 6175407, озаглавленном «Устройство и способ для оптически изображаемых характеристик на поверхности руки», переуступленном правопреемнику данной заявки, и который введен здесь в качестве ссылки.

Были описаны множество выполнений и способов. Однако будет понятно, что различные модификации могут быть сделаны для описанных компонентов и способов. Например, благоприятный результат может быть получен, если этапы раскрытых способов были выполнены в разном порядке или если компоненты в раскрытых системах были скомбинированы различным образом, или заменены, или дополнены другими компонентами.

Например, оптическая структура системы изображения может использовать только одно складывающееся зеркало или два складывающихся зеркала. Также возможно, в одном варианте осуществления, исключить складывающиеся зеркала полностью как уменьшением переднего и заднего фокусного расстояния линзы объектива, так и/или упаковкой оптической системы в более длинный корпус. Линзовая система объектива может содержать определенные линзовые комбинации, другие, чем две пары дублетов и два синглета. Например, комбинация трех пар дублетов может быть использована для обеспечения более высокой CTF по всему большему FOV. Также объекты, другие, чем палец, могут быть отображены устройством изображения.

Дополнительно, вместо одного формирователя изображения могут применяться множество формирователей изображения. В другой конфигурации источник света, как обсуждалось, может быть многоцветным, обеспечивающим более чем одну длину волны света, посредством скорректированной по цвету оптики, чтобы активизировать более чем один цвет пикселя на CMOS или CCD устройстве изображения. Например, CMYK (голубой - пурпурный - желтый - черный) формирователь изображения может быть эффективно освещен источником света, что стимулировало бы три из четырех цветов формирователя изображения, но не четвертый. Цветовая коррекция в оптике была бы легче благодаря уменьшенному разбросу длин волн, которые нужно было бы поддерживать, и освещение могло бы быть выполнено двухцветными светодиодами.

Были описаны множество вариантов осуществления изобретения.

Тем не менее, будет понятно, что разные модификации могут быть проведены без отклонения от сущности и объема изобретения.

1. Система для оптического формирования изображения объекта в поле зрения, содержащая:
оптическую пластину, имеющую поверхность, принимающую объект;
источник света, установленный для освещения поверхности, принимающей объект;
систему формирования изображения, имеющую плоскость изображения и установленную для приема света от поверхности, принимающей объект, чтобы сформировать изображение объекта на поверхности, принимающей объект; и
линзовый механизм для фокусировки света от поверхности, принимающей объект, на плоскость изображения, причем система сконфигурирована для записи изображения в полном поле зрения и для записи области интереса в поле зрения, и при этом линзовый механизм является шестиэлементной линзой; и
причем система формирования изображения выполнена с возможностью обеспечения увеличенной частоты кадров в области интереса, когда область интереса меньше, чем поле зрения.

2. Система по п.1, в которой объектом является рука.

3. Система по п.2, в которой система сконфигурирована для записи, по меньшей мере, изображения отпечатка ладони и изображения отпечатка пальца.

4. Система по п.1, дополнительно включающая в себя складывающееся зеркало, чтобы направлять свет от поверхности, принимающей объект, в линзовый механизм.

5. Система по п.4, в которой имеется три складывающихся зеркала.

6. Система по п.1, в которой система формирования изображения дополнительно включает в себя монохроматический CMOS формирователь изображения.

7. Система по п.1, в которой производят изображения в 500 и 1000 пикселей на дюйм.

8. Система по п.1, в которой источник света является монохроматическим источником света.

9. Система по п.1, в которой источник света содержит сборку панели фонового освещения, включающую в себя световод.

10. Система по п.1, в которой источник света содержит панель, имеющую толщину не более 3/8 дюйма.

11. Система по п.1, дополнительно содержащая область под источником света для расположения руки или пальца и большого пальца.

12. Система для оптического формирования изображения руки, содержащая:
оптическую пластину, имеющую поверхность, принимающую объект;
источник света, установленный для освещения поверхности, принимающей объект;
систему формирования изображения, имеющую плоскость изображения и установленную для приема света от поверхности, принимающей объект, чтобы сформировать изображение объекта на поверхности, принимающей объект;
линзовый механизм для фокусировки света от поверхности, принимающей объект, на плоскость изображения, причем система сконфигурирована для записи изображения ладони и изображения отпечатка пальца в поле зрения или области интереса в пределах поля зрения, и при этом линзовый механизм включает в себя два дублета и пару синглетов; и
причем система формирования изображения выполнена с возможностью обеспечения увеличенной частоты кадров в области интереса, когда область интереса меньше, чем поле зрения.

13. Система по п.12, в которой система сконфигурирована для записи, по меньшей мере, изображения ладони и изображений прокатанных отпечатков пальца.

14. Система по п.12, дополнительно содержащая область под источником света для расположения большого пальца или пальца.

15. Система по п.12, в которой каждый из размеров x и y поверхности, принимающей объект, составляет, по меньшей мере, около 5 дюймов.

16. Способ формирования изображения руки, содержащий:
прием руки на поверхности, принимающей объект, оптической пластины;
освещение поверхности, принимающей объект, источником света;
сбор света от поверхности, принимающей объект;
фокусировку собранного света на плоскости изображения системы формирования изображения, используя линзовый механизм, включающий в себя шестиэлементную линзу или пару дублетов и пару синглетов, чтобы сформировать изображение руки, которое записывают в пределах поля зрения или области интереса в пределах поля зрения, причем изображение содержит изображение ладони руки и, по меньшей мере, пальца руки; и
обеспечение увеличенной частоты кадров записи в области интереса, когда область интереса меньше, чем поле зрения.

17. Система для оптического формирования изображения объекта в поле зрения, содержащая:
оптическую пластину, имеющую поверхность, принимающую объект;
источник света, установленный для освещения поверхности, принимающей объект;
систему формирования изображения, имеющую плоскость изображения и установленную для приема света от поверхности, принимающей объект, чтобы сформировать изображение объекта на поверхности, принимающей объект; и
линзовый механизм для фокусировки света от поверхности, принимающей объект, на плоскость изображения, причем система сконфигурирована для записи изображения в пределах поля зрения и для записи области интереса в пределах поля зрения, и при этом линзовый механизм включает в себя шестиэлементную линзу или два дублета и пару синглетов; и
причем система формирования изображения выполнена с возможностью обеспечения увеличенной частоты кадров в области интереса, когда область интереса меньше, чем поле зрения.

18. Система по п.17, дополнительно включающая в себя три складывающихся зеркала, чтобы направлять свет от поверхности, принимающей объект, в линзовый механизм.