DE19602380A1 - Vorrichtung und Verfahren zur verzerrungsfreien Erfassung von Finger- und Handabdrücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur verzerrungsfreien Erfassung, Untersuchung und Identifikation von Finger- und Handabdrücken, mit einer optischen Einrichtung mit Auflageprisma zur Abdruckübertragung und einer Einrichtung mit einer Kamera zur Aufnahme des Abdrucks und ein Verfahren zur verzerrungsfreien Erfassung von Finger- und Handabdrücken.

Um das Abnehmen von Fingerabdrücken gegen über dem seit langem bekannten unsauberen ungenauen und zeitraubenden Verfahren durch Einfärben des Fingers und dessen Abrollen auf einer Papierunterlage zu verbessern, sind bereits Vorrichtungen vorgeschlagen worden die eine Betrachtung, Dokumentation und Auswertung von Fingerabdrücken auf optischer Basis erlauben. Solche Vorrichtungen sind z. B. in der Zeitschrift "Philips Technische Rundschau", 25 (2) und der DE-OS 25 38 524 beschrieben. Diese bekannten Vorrichtungen bedienen sich zur Erzeugung eines Abdruckbildes der Totalreflektion und seiner Aufhebbarkeit. Hierfür wurde in fast jedem Fall ein reflektierendes Prisma mit ebener oder konkav geformter Auflage- und Kontaktfläche für den Finger verwendet. Um damit ein identisches Abdruckbild erzeugen zu können, ist in solchen Vorrichtungen zwischen Reflektionsprisma und Spiegeln eine optische Linse angeordnet. Hinter dem reflektierenden Prisma befinden sich ein oder mehrere Spiegel oder spiegelähnliche Elemente, über die die optischen Strahlen auf eine integrierte Brennebene geleitet werden. Bei Einrichtungen und Verfahren zur maschinellen Mustererkennung und Identifikation ist auch schon vorgeschlagen worden, auf die Herstellung eines unverzerrten Abdrucks zu verzichten, was für die Auswertung und Vergleichbarkeit jedoch einen erheblichen Nachteil darstellt. Die bekannten Vorrichtungen leiden darüber hinaus an einer Reihe weiterer erheblicher Nachteile, die eine umfangreiche Anwendung optischer Abdruckeinrichtungen bisher verhinderten bzw. nicht ermöglichten. Da diese Systeme eine optische Linse und hinter dem reflektierenden Prisma einen Spiegel oder ähnliche Elemente besitzen, erfordern sie eine integrierte Brennebene und damit den Anschluß speziell dafür eingerichteter Dokumentations- oder Aufzeichnungsgeräte, was bei allen bekannten Vorrichtungen erhebliche Herstellungs- und Betriebskosten bedeutet. Bei der in der Zeitschrift "Philips Technische Rundschau" beschriebenen Vorrichtung sind z. B. aufgrund der integrierten Brennebene nur sehr teure Sofortbildaufnahmen möglich, die zudem nur eine Bildgröße der Abdruckbilder erlauben. Der Anschluß von handelsüblichen Dokumentations- und Aufzeichnungsgeräten ist nicht möglich. Die Verwendung von Spiegeln läßt ferner nur relativ große, unhandliche und somit schwer transportable Vorrichtungen zu, die zudem gegenüber Erschütterungen, Stößen usw. sehr empfindlich sind, was bei diesen Vorrichtungen als weiterer Nachteil empfunden wird.

Um diese Nachteile zu beseitigen ist durch die DE 34 21 220 A1 eine Vorrichtung zur Abbildung von schiefwinklig zur Abbildungsebene angeordneten Gegenständen unter Verwendung eines Reflektionsprismas vorgeschlagen worden, das von einer Lichtquelle beaufschlagt wird und dem abzubildenden Gegenstand zugeordnet ist. Bei dieser Vorrichtung besteht der Nachteil, daß bei konkav gewölbter Ausbildung der Auflagefläche zur Erzeugung eines "abgerollten" Abdrucks insbesondere bedingt durch einen starken Astigmatismus selbst bei einer hohen Anzahl optischer Korrekturelemente wie Prismen und Linsen eine verzerrungsfreie Bildfeldebnung nicht zu erzielen ist. Neben den hohen Herstellungskosten bewirkt die Vielzahl störanfälliger Korrekturelemente hohe Wartungs- und Betriebskosten.

Zur Beseitigung dieser Nachteile ist es nach der DE 36 22 454 A1 bekannt, eine Vorrichtung mit einer optischen Einrichtung mit reflektierendem Prisma zu verwenden, das von einer Lichtquelle beaufschlagt wird und dem abzubildenden Gegenstand zugeordnet ist, wobei zwischen dem Reflektionsprisma und dem abbildungsseitigen Endabschnitt der optischen Vorrichtung Ablenkprismen oder Ablenkkeile zur anamorphotischen Vergrößerung des abzubildenden Gegenstands sowie zum Ausgleich des Astigmatismus und eine optische Linse angeordnet und die optische Einrichtung mit Fingerabrollfläche ausgangsseitig mit einer Zwischenoptik verbunden ist, an die eine Videokamera angeschlossen ist, die mit einem Videorecorder und/oder mittels eines Analog/Digitalwandlers mit einem Rechner verbunden ist, der mit einem Drucker und einer Leiter zur Datenfernübertragung in Verbindung steht.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch diese Vorrichtung zwei wesentliche Nachteile aufweist. Abdrücke erscheinen seitenverkehrt gegenüber einem mit Farbe aufgenommenen Fingerabdruck auf der unmittelbaren Bild-Darstellung auf einem Bildschirm. Die Vorrichtung besteht ferner aus zwei Teilen, die mit einem Anschlußmittel verbunden sind. Dies machte die Vorrichtung sehr anfällig gegenüber leichten Verdrehungen der Aufnahme-Vorrichtung, die z. B. eine Video-Kamera oder CCD-Kamera sein kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine seitenverkehrte Darstellung von Abdrücken und eine Qualitätsbeeinträchtigung der Abdruckaufnahmen durch Verdrehung der Aufnahme- Vorrichtung verhindert wird.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe bezüglich der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß der Erfindung erfolgt nach optischer Erfassung von Finger- und Handabdrücken die Umwandlung des analogen Abdruck-Bildes in ein digitales Bild und dann die Anzeige des digitalen Abdruck-Bildes ggf. optional über einen Computer-Bildschirm. Zu Zwecken der Personen-Identifikation ist es möglich, die Abdruck-Bilder zu speichern, zu verbessern, per Datenleitung zu übertragen, auszudrucken und auszuwerten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen schematischen dargestellten Vorrichtungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Abdruck-Bildumkehrung,

Fig. 2 bis 5 weitere Ausbildungen einer Vorrichtung in schematischen Darstellungen in einer Seitenansicht,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs bei der Erfassung von Abdrücken.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung 1. An dem Gehäuse 6 der Vorrichtung 1 ist ein Auflageprisma 7 und ein Ablenkprisma angeordnet, dem im optischen Strahlengang ein Spiegel 13 oder weitere Spiegel 13 nachgeschaltet sind. Hierdurch erfolgt eine Bildumdrehung, so daß Abdrücke von Fingern oder Händen von der nicht näher dargestellten Kamera nicht seitenverkehrt aufgenommen werden. Es ist auch möglich zur Umsetzung der Bildpunkte einen elektronischen Baustein zu verwenden, der der Kamera oder der in dem Gehäuse 6 anzuordnenden Kameraelektronik 12 nachgeschaltet ist. Die Bildumdrehung kann auch durch eine spezielle Software mit üblicher Hardware wie z. B. Personalcomputer durchgeführt werden. Hierbei wird ebenfalls eine Umsetzung der Bildpunkte von links nach rechts und umgekehrt bewirkt.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 2, an deren Gehäuse 6 ebenfalls ein Auflageprisma 7 angeordnet ist. Im optischen Strahlengang sind dem Auflageprisma 7 zwei Ablenkprismen 8, 9 und eine Linse 14 nachgeschaltet. Der Linse 14 ist eine elektronische Abdruckbildaufnahmeeinrichtung zugeordnet, die z. B. als CCD-Chip ausgebildet sein kann. Diese elektronische Abdruckbildaufnahmeeinrichtung ist mit einer Kameraelektronik 12 verbunden, die sich ebenfalls in dem Gehäuse 6 befindet. Die Kameraelektronik 12 kann aber auch außerhalb des Gehäuses 6 angeordnet werden und ist mit der eigentlichen nicht mehr dargestellten Kamera verbunden.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung 3, die sich gegenüber der Vorrichtung 2 durch Fortfall der Ablenkprismen 8, 9 auszeichnet. Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung 4 ermöglicht gegenüber der Vorrichtung 3 durch entsprechende Schrägstellung der elektronischen Abdruckbildaufnahmeeinrichtung 11 eine seitliche Verkanntung der Bildebene. Die Vorrichtung 5 gemäß Fig. 5 zeichnet sich durch ein kleineres Gehäuse 6 aus, da die vom Auflageprisma 7 kommenden optischen Strahlen durch einen Spiegel 13 rechtwinklig zur optischen Linse 14 umgelenkt werden. Die elektronische Abdruckbildaufnahmeeinrichtung 11 befindet sich im Gehäuse 6, während die Kameraelektronik 12 außerhalb des Gehäuses 6 angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, die elektronische Abdruckbildaufnahmeeinrichtung 11 ebenfalls außerhalb des Gehäuses 6 anzuordnen.

Der Verfahrensablauf bei der Erfassung, Untersuchung und Identifikation von Finger- und Handabdrücken ist schematisch in Fig. 6 dargestellt.

Die Vorrichtungen 1 bis 5 ermöglichen durch die Verwendung einer entsprechenden Hardware und Software die Digitalisierung und Speicherung analog aufgenommener Abdruckbilder. Diese werden plan, d. h. ohne Abrollen aufgenommen. Sofern ein Abrollen durchgeführt wird, läuft eine Scan-Linie mit dem Abrollvorgang des Fingers mit und erzeugt das Digitalbild oder aber die dunklen Grauwerte des Fingers werden aufaddiert. Es ist möglich, das Abdruckbild in Echtzeit oder aber mit Zeitverzögerung zu erzeugen. Durch die Integration der wesentlichen Bauelemente in ein Gehäuse 6 ist es möglich, Komplettvorrichtungen zu erzielen, die allenfalls zur Weiterverarbeitung der aufgenommen Abdruckbilder mit einer Peripherie verbunden sind. Die Vorrichtungen 3 bis 5 stellen durch Fortfall der Ablenkprismen 8, 9 eine vorteilhafte kleine kostengünstige Lösung dar, bei denen das Abdruckbild direkt von der elektronischen Abdruckbildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wird. Sobald eine gewisse optische Verzeichnung auftritt kann diese in einem folgenden Schritt durch Software-Interpolation ausgeglichen werden. Es ist aber in bestimmten Anwendungsfällen auch möglich, das Abdruckbild mit der bestehenden Verzeichnung auszuwerten, wobei vorteilhafterweise die Blende der optischen Einrichtung vor der Kamera so eng wie möglich eingestellt wird, um die bestmögliche Tiefenschärfe zu erzielen. Es ist ebenso möglich, durch Verkanntung der elektronischen Abdruckbildaufnahmeeinrichtung 11 die Bildverzeichnung auszugleichen.

Vorteilhaft ist die Verwendung einer monochromatischen Lichtquelle oder einer Lichtquelle mit kleinem Ausschnitt aus dem Spektrum wie z. B. rotes LED-Licht. Hierdurch wird ein schärferes Abdruckbild erzielt, da normales Licht durch die Prismen leicht in seine Bestandteile aufgeteilt wird, was im Abdruckbild zu geringen Unschärfen führt.

Besonders vorteilhaft ist es, das gewünschte Abdruckbild als Differenzbild zu erzeugen. Für eine homogene Bildqualität ist eine gleichmäßige Ausleuchtung des Bildhintergrundes bzw. eine sehr homogene Beleuchtungsfläche des Reflektionsprismas erforderlich. Dies wird in der Praxis oft nicht komplett erreicht, ebenso wie eine leichte Verschmutzung des Reflektionsprismas oft zu einem sehr störenden, inhomogenen Bildhintergrund führen kann.

Um dies zu vermeiden bzw. eine klare Abgrenzung und Hervorhebung des Fingerabdrucks gegenüber dem Bildhintergrund - unabhängig von etwaigen Störungen - zu erreichen, wird ein Differenzbild erzeugt, welches vor der Aufnahme des Finger- oder Handabdrucks von der leeren Reflektions-Oberfläche des Prismas aufgenommen wird. Nach Aufnahme eines Abdrucks werden die Grauwerte dieses Bildes vom Finger- oder Handabdruckbild abgezogen, wodurch sich ein klarer, fehlerfreier Bildhintergrund ergibt, der keine Verfälschungen oder Störungen des Finger- oder Handabdruckbildes mehr beinhaltet. Dieser Vorgang des Abziehens eines Differenzbildes von dem eigentlichen Abdruckbild kann auch Online erfolgen, so daß sich damit ein Online-Differenzbild-Verfahren ergibt.

Dies hat den Vorteil, daß das Bild mit klarem Hintergrund nicht erst nach der Aufnahme des Finger- oder Handabdrucks erfolgt, sondern bereits während der Aufnahme ein fehlerfreies Bild gezeigt wird. Differenzbild und Online-Differenzbild des Abdrucks können durch Software z. B. auf einem PC erzeugt werden, sofern eine speziell angepaßte Hardware-Elektronik vorhanden ist.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur verzerrungsfreien Erfassung, Untersuchung und Identifikation von Finger- oder Handabdrücken, mit einer optischen Einrichtung mit Auflageprisma zur Abdruckübertragung und einer Einrichtung mit einer Kamera zur Aufnahme des Abdrucks, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (6) der Vorrichtung (1, 2, 3, 4, 5) im optischen Strahlengang eine Abdruckbild-Umkehreinrichtung (10) und eine elektronische Abdruckbildaufnahmeeinrichtung (11) angeordnet ist, die mit der Kameraelektronik (12) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdruckbild- Umkehreinrichtung (10) als Spiegel (13) oder Spiegelgruppe ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdruckbild- Umkehreinrichtung (10) als elektronischer Baustein zum Umsetzen von Bildpunkten ausgebildet ist, der der Kamera oder Kameraelektronik (12) nachgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Abdruckbild-Umkehreinrichtung (10) als Rechner ausgebildet ist, der mit einem Programm für die Abdruckbild-Umkehrung geladen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem optischen Strahlengang vor der elektronischen Abdruckbildaufnahmeeinrichtung (11) eine Linse (14) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflageprisma (7) mit einer monochromatischen Lichtquelle beaufschlagt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflageprisma (7) mit einer Lichtquelle mit kleinem Spektralausschnitt beaufschlagt ist.

8. Verfahren zur verzerrungsfreien Erfassung, Untersuchung und Identifikation von Finger- oder Handabdrücken, mit einer optischen Einrichtung mit Auflageprisma zur Abdruckübertragung und einer Einrichtung mit einer Kamera zur Aufnahme des Abdrucks, dadurch gekennzeichnet, daß erst die Grauwerte der unberührten Reflektions- Oberfläche des Auflageprismas aufgenommen werden, dann ein Finger- oder Handabdruckbild hergestellt wird und dann zur Erzielung eines Differenzbildes von diesem Abdruckbild die zuerst ermittelten Grauwerte abgezogen werden.