BR112017013669B1

BR112017013669B1 - Sistema compacto para registrar padrões de cristas papilares

Info

Publication number: BR112017013669B1
Application number: BR112017013669-4A
Authority: BR
Inventors: Anton Sergeevich Prytkov; Anatoly Andreevich Leyrikh
Original assignee: ''abilma'' Limited Liability Company
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2023-12-26
Also published as: BR112017013669A2; UA117988C2

Abstract

a presente invenção refere-se ao campo de identificação biométrica. o resultado técnico consiste na diminuição das dimensões gerais e no aumento da confiabilidade de um sistema para registrar padrões de cristas papilares, enquanto fornece custos reduzidos, alta qualidade de imagem, rápida velocidade de funcionamento e consumo de energia reduzido. o presente sistema compreende uma fonte luminosa, um elemento que define a posição de uma superfície de leitura, um sistema óptico e um receptor de imagem de elementos múltiplos, em que a superfície de leitura é ligada opticamente ao receptor de imagem através de raios que passam através de um elemento óptico guia, que compreende uma superfície de refração e uma superfície refletiva, por meio de refração consecutiva sobre a superfície de refração, reflexão sobre a superfície refletiva e reflexão interna total sobre a superfície de refração.

Description

TÉCNICA PERTINENTE

[0001] A presente invenção refere-se a área de biometria, particularmente a sistemas para a gravação automática de padrões de crista.

TÉCNICA ANTERIOR

[0002] A Figura 1 mostra um diagrama de um sistema típico para gravar padrões de crista. Uma fonte de luz 1 irradia para um componente 2 que determina a posição da superfície de leitura 3 para que a matéria seja gravada, como as linhas de crista no dedo ou da palma da mão. Na superfície de leitura, o fluxo luminoso que provêm de uma fonte de luz acaba por levar uma imagem desse padrão de crista baseado nas diferenças na reflexão de áreas que correspondem aos vãos e picos dos padrões de crista. O sistema óptico, por regra, inclui uma lente coletora 4, um sistema de espelhos 5, uma lente objetiva 6, vidro protetor 7 e microlentes 8 sobre o sensor de imagem, toma esse fluxo e cria uma imagem do padrão de crista na superfície sensível à luz 9 de um sensor de imagem de múltiplos elementos. O sensor de imagem converte a imagem a partir de uma imagem óptica em uma imagem digital eletrônica na forma de uma matriz de valores de intensidade proporcional ao fluxo radiante incidente sobre o elemento sensível à luz correspondente e transmite essa imagem à memória eletrônica 10. A unidade de processamento 11 padroniza a escala desta imagem eletrônica criando, desse modo, a imagem de saída do sistema.

[0003] O componente que determina a posição da matéria a ser gravada é, por regra, projetado como um prisma retangular isósceles opticamente transparente. Porém, existem variantes no projeto do sistema para gravar padrões de crista, em que prismas de forma complexa, componentes cilíndricos ou placas planas paralelas atuam como o componente que determina a posição da superfície de leitura. Em variantes mais raras, o elemento de corpo do sistema é o componente que indica a posição da superfície de leitura.

[0004] O número de espelhos no sistema óptico pode variar e determina a forma e dimensões gerais do sistema.

[0005] O sensor de radiação, por regra, é construído como uma barra ou matriz de transistores semicondutores de óxido metálico ou dispositivos acoplados por carga.

[0006] Uma desvantagem comum desses sistemas é o seu tamanho considerável. Isso se deve ao fato de que o eixo geométrico óptico preferencialmente se estende a partir da superfície de leitura em um ângulo perto de 45° e a lente objetiva para a formação de imagem da qualidade exigida deve ser colocada a uma distância considerável da superfície de leitura. Com o objetivo de flexionar o eixo geométrico óptico a fim de reduzir as dimensões gerais do sistema, são utilizados os espelhos.

[0007] Ao mesmo tempo, o uso generalizado de identificação biométrica e os requisitos aumentados para reduzir o tempo de digitalização conduziram recentemente à necessidade de digitalizadores portáteis para impressão digital e palmar com uma área de leitura grande, enquanto tem uma pequena espessura que fornece uma portabilidade confortável.

[0008] Porém, esse problema não foi resolvido utilizando-se digitalizadores ópticos, visto que qualquer configuração dos espelhos não permitiu uma deflexão eficiente do eixo geométrico óptico imediatamente após a saída do elemento receptor na direção paralela à superfície de leitura, sem detrimento das dimensões na direção perpendicular à superfície de leitura. Portanto, apesar da redução no tamanho de sistema bastante implantada com sucesso mostrado no documento de patente n° US 8320645 depositado em 27 de novembro de 2012, IPC G06K9/00, são utilizados três espelhos e a altura do dispositivo (na direção perpendicular à superfície de leitura) é significante.

[0009] Existem algumas variantes para o projeto de sistemas para gravar padrões de crista que proporcionam a resolução e tamanho exigidos da área de leitura enquanto têm relativamente pouca altura.

[0010] Desse modo, o documento de patente n° US 5859420 depositado em 12 de janeiro de 1999, classificado sob o IPC G01B11/124, revela um sistema em que as dimensões do sistema para gravar padrões de crista são reduzidas, substituindo-se o prisma receptor com um prisma de tipo pirâmide relativamente fino com diversas facetas de saída, que se referem a canais separados para formar partes da imagem do objeto registrado, que depois são combinados em uma imagem de saída.

[0011] Esse sistema é a analogia mais próxima da invenção proposta. Apesar da redução em tamanho, esse modelo aumenta o número de componentes no sistema, que, por sua vez, aumenta os custos, reduz a confiabilidade e produtividade, e também aumenta o consumo de energia do dispositivo. Além disso, com esse modelo, é inevitável ter as áreas de distorção de imagem que correspondem à passagem de raios através dos limites das etapas de prisma, o que é inaceitável na maioria de aplicações de sistemas de identificação.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[0012] O objetivo da presente invenção é fornecer um sistema para gravar padrões de crista que têm dimensões pequenas em geral, alta confiabilidade e baixo custo, enquanto fornece imagens de alta qualidade, uma alta velocidade de funcionamento e redução no consumo de energia.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0013] O dito objetivo é alcançado no sentido de que o sistema para gravar padrões de crista inclui uma fonte de luz, um elemento que determina a posição da superfície de leitura de padrões de crista, um sistema óptico, um sensor de imagem de múltiplos elementos, em que a superfície de leitura é ligada opticamente ao receptor de imagem através de raios que passam através de um elemento óptico guia, que compreende uma superfície de refração e uma superfície refletiva por meio de refração consecutiva sobre a superfície de refração, reflexão sobre a superfície refletiva e reflexão interna total sobre a superfície de refração.

[0014] Para compensar o cromatismo que ocorre no elemento guia, o sistema óptico pode utilizar uma cunha óptica, preferencialmente localizada na trajetória óptica entre a superfície de leitura e a lente objetiva, de modo a formar a imagem sobre o receptor de imagem. Outra opção para compensar o cromatismo que ocorre no sistema óptico é arranjar, entre a superfície fotossensível do receptor de imagem e a lente objetiva que forma a imagem nesta superfície, uma placa transparente cujas superfícies são defletidas a partir da linha normal para o eixo geométrico da lente objetiva.

RESULTADOS DA INVENÇÃO

[0015] O resultado técnico fornecido pelo conjunto de características listadas consiste na diminuição das dimensões gerais e o aumento da confiabilidade de um sistema para registrar padrões de cristas papilares, enquanto fornece custos reduzidos, alta qualidade de imagem, rápida velocidade de funcionamento e consumo de energia reduzido.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0016] Uma modalidade da invenção pode ser vista no modelo mostrado na Figura 2. Uma fonte de luz, que toma a forma de um painel de luz 1 construído como díodos emissores de luz, brilha sobre o prisma 2 produzido a partir de material opticamente transparente. Passando através da face da perna de entrada do prisma 21, a luz é incidente em um ângulo de reflexão interno total sobre a face de hipotenusa 3, determinando por si mesmo a superfície de leitura de padrões de crista. A matéria a ser registrada, tal como a impressão digital ou palmar da mão, é colocada nesta superfície. Nos pontos que correspondem aos picos dos padrões de crista, o fluxo luminoso da fonte luminosa é absorbido parcialmente pelo objeto a ser gravado; nas áreas remanescentes é totalmente refletida pela fase de hipotenusa do prisma. Dessa forma, o fluxo luminoso se torna um transportador da imagem do padrão de crista a ser gravado. A luz passa subsequentemente através da face da perna de saída 22 do prisma na direção do elemento guia 4 feito na forma de prisma. Refratando- se na superfície 41 a luz é refletida sobre a superfície 42, que tem um revestimento de espelho e novamente chega à superfície 41. Visto que a luz refletida sobre a superfície 42 cai sobre a superfície 41 em um ângulo de reflexão interno total, a mesma se reflete sem perdas e deixa o elemento guia através da superfície 43. Junto com isso, as áreas de luz de trabalho na superfície 41 se cruzam durante a passagem e reflexão, o que é impossível quando se utiliza um sistema de espelho. Depois a luz passa através da cunha óptica 5 que compensa o cromatismo que ocorre depois que passa o elemento guia. A lente objetiva 6 forma uma imagem da matéria a ser gravada na superfície sensível à luz 7 da câmara monocromática construída como uma matriz de transistores em um semicondutor de óxido metálico.

[0017] Em outra modalidade do sistema, para todos os feixes de matéria provenientes da superfície de leitura para o receptor de imagem, a condição de reflexão interna total sobre a superfície 42 é satisfeita. Nesse caso, a aplicação de um revestimento de espelho sobre a superfície não é exigida.

[0018] Ainda em outra modalidade variante da invenção, os feixes de matéria provenientes da superfície de leitura para o receptor de imagem passam através das superfícies 22, 41 e 43 em um ângulo que é próximo à normal. Nesse caso, não há aberração cromática significante na saída do elemento guia e o cromatismo residual pode ser compensada pela lente objetiva que forma a imagem sobre o receptor de imagem. Para esse propósito, a lente objetiva utiliza uma lente na forma de meniscos de espessura considerável ou um componente acromático dotado de duas lentes com sinais opostos de potência óptica e feita de diferentes materiais. Outra opção para compensar o cromatismo que ocorre no sistema óptico é arranjar entre a superfície fotossensível do receptor de imagem e a lente objetiva que forma a imagem nesta superfície uma placa transparente, cujas superfícies são defletidas a partir da linha normal para o eixo geométrico da lente objetiva.

[0019] Os requerentes fabricaram diversos espécimes de digitalizadores de padrão de crista com uma superfície de leitura de tamanho de 82 x 82 mm e com uma resolução nesta superfície equivalente a 19,6 pontos/milímetro (500 pontos por polegada) enquanto que a altura total do dispositivo foi menor que 50 mm. Um dispositivo com os ditos parâmetros foi o primeiro digitalizador portátil conhecido de padrões de crista para quatro dedos, que teve a capacidade de produzir uma qualidade de imagem em conformidade com a norma FBI EBTS Apêndice F. Dados experimentais confirmaram que ao utilizar o elemento guia anteriormente descrito, é possível produzir sistemas para gravar padrões de crista que ultrapassam significativamente os análogos em termos de dimensões gerais.

[0020] Devido ao fato de que o elemento guia representa um componente estrutural único em que todas as superfícies de trabalho são interconectadas rigidamente, o sistema aperfeiçoa a qualidade de imagem e confiabilidade de funcionamento em comparação com os sistemas em que deslocamentos recíprocos de componentes podem conduzir à deterioração de características de imagem.

[0021] Devido à diminuição do número de componentes de sistema, reduzir o consumo de materiais através da diminuição das dimensões totais, de modo a simplificar a montagem e o ajuste, leva à redução de custos dos dispositivos.

[0022] Devido ao fato de que o sistema não precisa realizar nenhum processamento de software para combinar diversas imagens a partir de diferentes canais em uma saída, o desempenho é aprimorado e o consumo de energia dos dispositivos é reduzido.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0023] A técnica anterior e a essência da invenção são explicadas nas Figuras.

[0024] A Figura 1 é um diagrama esquemático típico do projeto de um sistema de gravação de padrão de crista.

[0025] A Figura 2 é um diagrama esquemático de um sistema de gravação de padrão de crista que tem dimensões pequenas devido à utilização de um elemento guia entre a superfície de leitura e a lente objetiva de modo a formar a imagem sobre o receptor de imagem.

Claims

1. Sistema para gravar padrões de crista caracterizado pelo fato de que compreende uma fonte luminosa (1), um prisma (2) feito de material opticamente transparente, que define a posição de uma superfície de leitura (3), um sistema óptico, um receptor de imagem de múltiplos elementos e um elemento óptico guia (4), compreendendo uma superfície de refração (41), uma superfície refletiva (42) e uma superfície de saída (43), em que a superfície de leitura (3) é ligada opticamente ao receptor de imagem de modo que os raios que passam pela fonte de luz (1) através do prisma (2) e o elemento óptico guia (4) para o receptor de imagem de múltiplos elementos, são consecutivamente refratados na superfície de refração (41), refletidos sobre a superfície refletiva (42) e submetidos a uma reflexão interna total sobre a referida superfície de refração (41) antes de deixar o elemento óptico guia (4) através da sua superfície de saída (43).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema óptico compreende adicionalmente uma cunha óptica (5).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender ainda lentes objetivas (6) arranjadas de modo que a cunha óptica (5) é localizada na trajetória óptica entre a superfície de leitura (3) e a lente objetiva (6), para formar a imagem sobre o receptor de imagem de múltiplos elementos.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que entre a superfície fotossensível do receptor de imagem de múltiplos elementos e a lente objetiva (6) que forma a imagem nesta superfície, é localizada uma placa transparente, cujas superfícies são defletidas a partir da linha normal para o eixo geométrico da lente objetiva.