RU2413299C2

RU2413299C2 - Method of recording finger papillary pattern

Info

Publication number: RU2413299C2
Application number: RU2009105339/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Юльевич Гудков (RU); Владимир Юльевич Гудков; Виктор Григорьевич Струц (RU); Виктор Григорьевич Струц
Original assignee: Закрытое акционерное общество "СОНДА Технолоджи"
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2011-02-27
Also published as: RU2009105339A

Abstract

FIELD: information technology. ^ SUBSTANCE: according to the method, a finger is put into a groove made on an optically transparent base. The finger is illuminated with radiation flux from a main source through the transparent base and radiation flux from an additional source through the tissue of the finger. Radiation from the sources has different wavelength. Reflected radiation is picked up by a receiver which is sensitive to radiation of both sources. ^ EFFECT: complete, high quality picture of the papillary pattern of a finger. ^ 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического формирования изображений, в частности для получения изображений папиллярных узоров пальцев, и может быть использовано как в гражданских, так и в полицейских системах биометрической идентификации личности.The invention relates to the field of optical imaging, in particular for obtaining images of papillary finger patterns, and can be used in both civilian and police biometric identification systems.

Известны аналоги изобретения, например, способ идентификации субъекта с помощью пластиковой карты, описанный в патенте РФ №2195020. Способ реализуется с помощью устройства, включающего в себя модуль считывания изображения с осветителем и датчиком, внешний материальный носитель дактилоскопической информации в виде пластиковой карты и блок обработки информации, связанный с датчиком в модуле считывания изображения. Датчик выполнен чувствительным для света, проходящего как через живой палец, так и через пластиковую карту, по крайней мере на одной из сторон которой имеется видимое изображение хотя бы одного отпечатка пальца пользователя, а модуль считывания изображения дополнительно включает в себя держатель пластиковой карты, плотно прижимающий видимое изображение отпечатка пальца пользователя к поверхности датчика для ввода изображения этого отпечатка с пластиковой карты, причем конструкция осветителя обеспечивает равномерное освещение датчика светом, проходящим через живой палец или пластиковую карту.Analogs of the invention are known, for example, a method for identifying a subject using a plastic card described in RF patent No. 2195020. The method is implemented using a device that includes an image reader with an illuminator and a sensor, an external material carrier of fingerprint information in the form of a plastic card, and an information processing unit associated with a sensor in the image reader. The sensor is made sensitive to light passing both through the live finger and through the plastic card, at least on one side of which there is a visible image of at least one fingerprint of the user, and the image reading module further includes a plastic card holder, which is tightly pressed a visible image of the user's fingerprint to the surface of the sensor to enter an image of this fingerprint from a plastic card, and the design of the illuminator provides uniform illumination of the sensor and the light passing through a live finger or a plastic card.

Данное техническое решение может быть применено в гражданских системах идентификации личностей, однако его использование в полицейских системах затруднительно, поскольку устройство для реализации способа позволяет получать изображение папиллярного узора подушечки пальца и не позволяет получать изображение боковых поверхностей пальца, примыкающих к подушечке, что приводит к существенной потере информации о папиллярном узоре и снижает надежность идентификации личности. Отметим, что освещение зоны контакта пальца с воспринимающей отпечатки пальца поверхностью в аналоге осуществляется через мягкие ткани пальца.This technical solution can be applied in civilian identity systems, however, its use in police systems is difficult, because the device for implementing the method allows you to get an image of the papillary pattern of the finger pads and does not allow you to get an image of the side surfaces of the finger adjacent to the pillow, which leads to significant loss information about the papillary pattern and reduces the reliability of personal identification. Note that illumination of the finger contact area with the fingerprint-receiving surface in the analogue is carried out through the soft tissues of the finger.

Известен способ отображения участков кожи, например, пальца, которые освещают через прозрачное основание при контакте исследуемого рельефа с поверхностью последнего, описанный в патенте 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. Данный способ выбран в качестве прототипа, как наиболее близкий к заявляемому. Прототипу присущ тот же недостаток, что и аналогу, а именно недостаточно полное изображение папиллярного узора пальца. Отметим, что освещение зоны контакта пальца с воспринимающей поверхностью прозрачного основания в прототипе осуществляется через прозрачное основание.A known method of displaying skin areas, for example, of a finger, which is illuminated through a transparent base upon contact of the studied relief with the surface of the latter, is described in patent EP 0785750 B1, IPC AB 5/117, G06K 9/00, publ. 1999. To improve the optical connection between the relief and the surface of the base, transparent heating elements are used in the device, which provides a more reliable imprint display. This method is selected as a prototype, as the closest to the claimed. The prototype has the same drawback as the analogue, namely, an insufficiently complete image of the papillary pattern of the finger. Note that the lighting of the contact area of the finger with the perceiving surface of the transparent base in the prototype is through a transparent base.

Известно также устройство для фоторегистрации папиллярных узоров, описанное в а.с. СССР №261737, МПК А61В 5/117, опубл. 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. Вогнутость гипотенузной грани позволяет осуществлять более полный охват поверхности пальца, т.е. подушечку и примыкающие к ней боковые поверхности пальца, что приводит к получению более полной картины папиллярного узора пальца. Отметим, что данное устройство реализует способ - прототип (освещение зоны контакта пальца с воспринимающей поверхностью через прозрачное основание (в данном устройстве через призму)). Недостатком этого устройства является то, что в нем трудно получить равномерное освещение зоны контакта пальца с призмой вследствие криволинейности воспринимающей поверхности. Кроме того, при отображении криволинейной воспринимающей поверхности на плоскую матрицу светочувствительных элементов затруднительно получить изображение, резкое по всему полю одновременно. В результате этого периферийные области изображения (боковые поверхности пальца) имеют низкое качество, что приводит к потере информации о папиллярном узоре. Увеличение резкости за счет уменьшения относительного отверстия проекционной системы, располагаемой между призмой 2 и приемником 5 отраженного излучения (не показана), ухудшает разрешающую способность и требует большей мощности источников света. Таким образом, анализ известных способов и устройств регистрации папиллярных узоров показывает, что их применение позволяет получать либо качественное изображение папиллярного узора подушечки пальца без получения изображений узоров боковых поверхностей пальца, примыкающих к подушечке, либо более полное изображение папиллярного узора пальца при низком качестве изображения периферийных областей узора (боковых поверхностей пальца). Все это приводит к потере информации о папиллярном узоре пальца, что затрудняет идентификацию личности, в особенности, в полицейских системах.Also known is a device for photo-registration of papillary patterns described in A.S. USSR No. 261737, IPC А61В 5/117, publ. 1970. The device includes a illuminator, a lens, a swivel mirror, a small screen, a swivel frosted glass, a remote screen, a camera and a working prism, the hypotenuse face of which has a concave, for example, cylindrical shape. The concavity of the hypotenuse face allows a more complete coverage of the surface of the finger, i.e. a small pillow and adjoining lateral surfaces of the finger, which leads to a more complete picture of the papillary pattern of the finger. Note that this device implements the prototype method (lighting the area of contact of the finger with the receiving surface through a transparent base (in this device through a prism)). The disadvantage of this device is that it is difficult to obtain uniform illumination of the contact area of the finger with the prism due to the curvature of the sensing surface. In addition, when displaying a curved sensing surface on a flat matrix of photosensitive elements, it is difficult to obtain an image that is sharp across the field at the same time. As a result, the peripheral areas of the image (lateral surfaces of the finger) are of poor quality, which leads to the loss of information about the papillary pattern. An increase in sharpness due to a decrease in the relative aperture of the projection system located between the prism 2 and the reflected radiation receiver 5 (not shown) degrades the resolution and requires more power from light sources. Thus, the analysis of known methods and devices for registering papillary patterns shows that their use allows you to obtain either a high-quality image of the papillary pattern of the finger pads without obtaining images of the patterns of the lateral surfaces of the finger adjacent to the pads, or a more complete image of the papillary pattern of the finger with a low image quality of the peripheral regions pattern (lateral surfaces of the finger). All this leads to the loss of information about the papillary pattern of the finger, which makes identification difficult, especially in police systems.

Задачей изобретения является получение более полной картины папиллярного узора пальца при ее высоком качестве.The objective of the invention is to obtain a more complete picture of the papillary pattern of the finger with its high quality.

Достигается это тем, что в известном способе регистрации папиллярного узора пальца, заключающемся в размещении пальца в канавке, выполненной на воспринимающей поверхности оптически прозрачного основания, освещении анализируемой поверхности пальца потоком излучения от источника через прозрачное основание и регистрации приемником отраженного излучения:This is achieved by the fact that in the known method of registering a finger papillary pattern, which consists in placing the finger in a groove made on the receiving surface of the optically transparent base, illuminating the analyzed surface of the finger with a radiation flux from the source through the transparent base and registering the reflected radiation receiver:

- одновременно с освещением пальца через прозрачное основание основным источником, анализируемую поверхность пальца освещают потоком излучения от дополнительного источника через ткани пальца;- simultaneously with illuminating the finger through the transparent base with the main source, the analyzed surface of the finger is illuminated by the radiation flux from an additional source through the finger tissue;

- длины волн излучения основного и дополнительного источников выбирают отличными друг от друга;- the wavelengths of the radiation of the primary and secondary sources are chosen different from each other;

- регистрацию отраженного излучения осуществляют приемником, чувствительным к излучению обоих источников.- registration of reflected radiation is carried out by a receiver sensitive to the radiation of both sources.

Кроме того, источник, освещающий палец через прозрачное основание, выбирают излучающим в видимом диапазоне излучения, а дополнительный - в инфракрасном диапазоне излучения.In addition, the source illuminating the finger through the transparent base is selected as emitting in the visible range of radiation, and an additional one in the infrared range of radiation.

Суть заявляемого способа поясняется на фиг.1, на которой схематично изображено устройство для его реализации. Устройство содержит последовательно расположенные и оптически связанные между собой основной источник излучения 1, оптически прозрачное основание 2 (например, призму, как показано на фиг.1), приемник 5 отраженного излучения, электрически связанный кабелем 6 с блоком обработки 7, например, ПЭВМ. На воспринимающей отпечатки пальцев грани 8 призмы 2 выполнена канавка 3, например, цилиндрической формы для размещения в ней пальца 4. Устройство содержит также дополнительный источник 9 излучения, освещающий анализируемую поверхность пальца 4 (зону контакта поверхности пальца с канавкой 3) через ткани пальца 4. Источники 1 и 9 имеют различные длины волн излучения, например источник 1 излучает в видимом диапазоне излучения, а источник 9 - в инфракрасном диапазоне. Приемник излучения 5 подбирают таким, что он чувствителен к излучению обоих источников излучения.The essence of the proposed method is illustrated in figure 1, which schematically shows a device for its implementation. The device contains sequentially located and optically interconnected main radiation source 1, an optically transparent base 2 (for example, a prism, as shown in FIG. 1), a reflected radiation receiver 5, electrically connected by a cable 6 to a processing unit 7, for example, a PC. A groove 3, for example, of a cylindrical shape, for receiving the finger 4, is made on the fingerprint-receiving face 8 of the prism 2. The device also contains an additional radiation source 9, illuminating the analyzed surface of the finger 4 (the contact area of the surface of the finger with the groove 3) through the tissue of the finger 4. Sources 1 and 9 have different radiation wavelengths, for example, source 1 emits in the visible range of radiation, and source 9 in the infrared range. The radiation receiver 5 is selected so that it is sensitive to the radiation of both radiation sources.

Работа устройства для регистрации папиллярного узора пальца происходит следующим образом. К канавке 3, выполненной на воспринимающей поверхности призмы 2 прикладывается палец 4. Источники излучения 1 и 9 включаются, например, перед размещением пальца 4 в канавке 3. Лучи света от основного источника 1 (показаны стрелками) проходят через прозрачное основание 2 и достигают границ поверхности канавки 3 и освещают зону ее контакта с пальцем. Излучение частично поглощается кожей, а частично рассеивается ею. В тех местах канавки 3, где к ней прилегают бугорки (гребни) папиллярных линий пальца, часть рассеянных лучей возвращается в прозрачное основание 2 под углами, большими предельного угла полного внутреннего отражения на границе «стекло-воздух» и попадает на приемник 5. В тех же местах поверхности канавки 3, где находятся впадины папиллярных линий, рассеянный свет, возвращенный в прозрачное основание 2 распространяется в нем под углами, заведомо меньшими предельного угла полного внутреннего отражения на границе «стекло-воздух», и не попадает на приемник 5. Таким образом, в плоскости приемника 5 излучения формируется светотеневая картина линий папиллярного узора пальца, которая преобразуется приемником в электрические сигналы, годные для дальнейшей обработки в блоке 7. Следует отметить, что источник 1 неравномерно освещает поверхность канавки 3 вследствие ее криволинейности (см. вид А), в связи с чем боковые поверхности пальца, примыкающие к подушечке, имеют значительно меньшую освещенность и резкость изображения, чем поверхность подушечки. Дополнительный источник 9 излучения компенсирует этот недостаток за счет дополнительной подсветки зоны контакта пальца с канавкой. Применение дополнительного источника с длиной волны, отличной от длины волны основного источника позволяет также добиться большей глубины резкости.The operation of the device for registering a papillary finger pattern is as follows. A finger 4 is applied to a groove 3 made on the receiving surface of the prism 2. Radiation sources 1 and 9 are turned on, for example, before placing the finger 4 in the groove 3. The light rays from the main source 1 (shown by arrows) pass through the transparent base 2 and reach the surface boundaries grooves 3 and illuminate the area of its contact with the finger. Radiation is partially absorbed by the skin, and partially scattered by it. In those places of the groove 3, where the tubercles (ridges) of the papillary lines of the finger are adjacent to it, part of the scattered rays returns to the transparent base 2 at angles greater than the maximum angle of total internal reflection at the glass-air interface and gets to receiver 5. In those at the same places on the surface of the groove 3, where the hollows of the papillary lines are located, the scattered light returned to the transparent base 2 propagates in it at angles that are obviously smaller than the maximum angle of total internal reflection at the glass-air interface, and does not fall and the receiver 5. Thus, in the plane of the radiation receiver 5, a black-and-white picture of the lines of the papillary pattern of the finger is formed, which is converted by the receiver into electrical signals suitable for further processing in block 7. It should be noted that the source 1 unevenly illuminates the surface of the groove 3 due to its curvature ( see view A), in connection with which the lateral surfaces of the finger adjacent to the cushion have significantly lower illumination and image sharpness than the surface of the cushion. An additional radiation source 9 compensates for this drawback due to the additional illumination of the contact zone of the finger with the groove. The use of an additional source with a wavelength different from the wavelength of the main source also allows for a greater depth of field.

Изображение, формируемое от основного источника, имеет по краям не только пониженную яркость, но и недостаточную резкость за счет ограниченной глубины резкости проекционной системы. При надлежащем выборе длины волны дополнительного источника более резким за счет хроматической аберрации получается формируемое им изображение периферийной зоны. При этом центральная часть имеет не только пониженную резкость, но и пониженную освещенность за счет того, что излучение, проходящее через осевую часть пальца сильнее поглощается за счет прохождения большего пути в рассеивающей среде. Поэтому изображения, формируемые от различных источников освещения, взаимодействуют только в переходной зоне, где каждое из них имеет удовлетворительную резкость, и изображения суммируют величины их яркостей. В результате рисунок папиллярного узора (подушечка + боковые поверхности) получается выровненным по яркости, контрастности и резкости на всей поверхности.The image formed from the main source has not only reduced brightness at the edges, but also insufficient sharpness due to the limited depth of field of the projection system. With the proper choice of the wavelength of the additional source sharper due to chromatic aberration, the image of the peripheral zone formed by it is obtained. In this case, the central part has not only reduced sharpness, but also reduced illumination due to the fact that radiation passing through the axial part of the finger is more absorbed due to the passage of a larger path in the scattering medium. Therefore, images generated from various light sources interact only in the transition zone, where each of them has satisfactory sharpness, and the images summarize their brightness values. As a result, the pattern of the papillary pattern (pad + side surfaces) is obtained aligned in brightness, contrast and sharpness over the entire surface.

Рассмотрим последовательность выполняемых действий в заявляемом способе на основе описанного устройства.Consider the sequence of actions in the inventive method based on the described device.

Палец 4 человека размещают в канавке 3, выполненной на воспринимающей поверхности оптически прозрачного основания 2 так, чтобы обеспечить соприкосновение пальца с поверхностью канавки. После этого одновременно освещают анализируемую поверхность пальца двумя источниками излучения - основным источником излучения через прозрачное основание 2 (источник 1) и дополнительным источником (источник 9) через ткани пальца 4. В тех местах канавки 3, где к ней прилегают бугорки папиллярных линий, излучение частично поглощается кожей, а часть рассеянных лучей выходит из прозрачного основания 2 под углами, превышающими предельный угол полного внутреннего отражения для границы «стекло-воздух». В тех же местах поверхности канавки 3, где находятся впадины папиллярных линий, излучение от источника 1, рассеянное кожей, войдя обратно в призму через воспринимающую поверхность распространяются в стекле под углами, меньшими чем предельный угол полного внутреннего отражения для границы «стекло-воздух». При этом в плоскости приемника 5 формируется светотеневая картина папиллярного узора пальца, которая преобразуется приемником в электрические сигналы, поступающие по кабелю 6 в блок обработки 7. Наличие источника 9 дополнительного освещения позволяет увеличить освещенность боковых поверхностей пальца, примыкающих к его подушечке, и улучшить резкость изображения боковых участков. Длины волн излучения источников выбирают отличными друг от друга, а регистрацию отраженного излучения осуществляют приемником 5, чувствительным к излучению обоих источников. После получения изображения папиллярного узора пальца последний убирают из канавки 3 и выключают источники 1 и 9. Последовательность действий способа завершена.The finger 4 of the person is placed in the groove 3, made on the receiving surface of the optically transparent base 2 so as to ensure contact of the finger with the surface of the groove. After that, simultaneously analyze the surface of the finger with two sources of radiation - the main source of radiation through the transparent base 2 (source 1) and an additional source (source 9) through the tissues of the finger 4. In those places of the groove 3 where the tubercles of papillary lines are adjacent to it, the radiation is partially it is absorbed by the skin, and part of the scattered rays leaves the transparent base 2 at angles exceeding the maximum angle of total internal reflection for the glass-air interface. In the same places on the surface of the groove 3, where the hollows of the papillary lines are located, the radiation from the source 1 scattered by the skin, entering the prism through the receiving surface, propagate in the glass at angles smaller than the limiting angle of total internal reflection for the glass-air interface. At the same time, a black-and-white picture of the papillary pattern of the finger is formed in the plane of the receiver 5, which is converted by the receiver into electrical signals supplied via cable 6 to the processing unit 7. The presence of an additional light source 9 can increase the illumination of the side surfaces of the finger adjacent to its pad and improve image sharpness side sections. The wavelengths of the radiation of the sources are chosen different from each other, and the registration of the reflected radiation is carried out by the receiver 5, sensitive to the radiation of both sources. After obtaining the image of the papillary pattern of the finger, the latter is removed from the groove 3 and the sources 1 and 9 are turned off. The sequence of steps of the method is completed.

Заявителем разработан опытный образец устройства, основанного на заявляемом способе. В качестве основного источника, освещающего палец через прозрачное основание, выбран источник красного излучения, а дополнительный источник выбран излучающим в инфракрасном диапазоне волн. Качество получаемых при этом изображений папиллярных узоров пальца иллюстрируется на фиг.2, где на фиг.2а изображен узор только при работе источника 1, фиг.2б - только при работе источника 9, на фиг.2в - при совместной работе источников 1 и 9. Применение схемы устройства с двумя источниками излучения, один из которых освещает палец через прозрачное основание, а другой через ткани пальца дает синергетический эффект, а именно, существенное улучшение качества изображения при увеличении площади регистрируемого папиллярного узора, что не удается достичь посредством использования аналогов и прототипа.The applicant has developed a prototype device based on the claimed method. As the main source illuminating the finger through the transparent base, the source of red radiation is selected, and the additional source is selected emitting in the infrared wavelength range. The quality of the resulting images of papillary finger patterns is illustrated in figure 2, where figure 2a shows the pattern only when the source 1, figure 2b - only when the source 9, figure 2B - when the sources 1 and 9 work together. The use of a device circuit with two radiation sources, one of which illuminates the finger through a transparent base, and the other through finger tissue gives a synergistic effect, namely, a significant improvement in image quality with an increase in the area of the registered papillary pattern, which fails to evolve a means of using analogues and the prototype.

По мнению заявителя, предлагаемое техническое решение, обладающее новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, может быть защищено патентом на изобретение.According to the applicant, the proposed technical solution having novelty, inventive step and industrial applicability can be protected by a patent for an invention.

Claims

1. The method of recording a papillary pattern of a finger, which consists in placing the finger in a groove made on the receiving surface of the optically transparent base, illuminating the analyzed surface of the finger with a radiation flux from the source through the transparent base, and registering the reflected radiation receiver, characterized in that simultaneously with illuminating the finger through the transparent the base of the main source of the analyzed surface of the finger is illuminated by a stream of radiation from an additional source through the tissue of the finger, when the volume of the wavelengths of the radiation of the sources is chosen different from each other, and registration of the reflected radiation is carried out by a receiver sensitive to the radiation of both sources.

2. The method according to claim 1, characterized in that the source illuminating the finger through the transparent base is selected to be emitting in the visible range of radiation, and an additional one in the infrared range.