DE19927025A1 - Anordnung zur Erfassung der Oberflächenstrukturen von Fingern und/oder Handinnenflächen - Google Patents
Anordnung zur Erfassung der Oberflächenstrukturen von Fingern und/oder HandinnenflächenInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erfassung der Oberflächenstrukturen von auf einer Bildabtastfläche (1) aufliegenden Fingern (3), Handinnenflächen oder anderen Hautpartien, wobei die Bildabtastfläche (1) an einem Abtastprisma (2) ausgebildet ist, im Inneren des Abtastprismas (2) ein Beleuchtungsstrahlengang (5) auf die Bildabtastfläche (1) gerichtet ist und das von dort reflektierte Licht auf die Empfangsfläche (11) einer optoelektronischen Detektionseinrichtung (12) trifft. DOLLAR A Bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art ist vorgesehen, daß ein Teil des Beleuchtungsstrahlenganges (5.1, 5.2) oder ein gesonderter Beleuchtungsstrahlengang auf ortsunveränderliche Referenzstrukturen (13) und von dort auf die Empfangsfläche (11) gerichtet ist, wobei der Detektion der Oberflächenstrukturen und der Detektion der Referenzstrukturen (13) gesonderte Teilbereiche (c, c¶1¶, c¶2¶) der Empfangsfläche (11) vorbehalten sind.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erfassung der Oberflächenstruktu
ren von auf einer Bildabtastfläche aufliegenden Fingern, Handinnenflächen oder ande
ren Hautpartien, wobei die Bildabtastfläche an einem Abtastprisma ausgebildet ist, im
Inneren des Abtastprismas ein Beleuchtungsstrahlengang auf die Bildabtastfläche ge
richtet ist und das von dort reflektierte Licht auf die Empfangsfläche einer optoelektro
nischen Detektionseinrichtung trifft.
Anordnungen dieser Art sind, wie andere optische Präzisionsgeräte auch, bei denen
Bildinformationen durch Scannen erfaßt werden, gerätetechnisch zu kontrollieren und
zu kalibrieren, um die Funktionsfähigkeit und die Genauigkeitsanforderungen zu ge
währleisten.
So ist beispielsweise bei einem Zeilenbildabtaster, der mit einer Bildabtastfläche, einer
Sensorzeile und einem mechanischen Antrieb zur Verschiebung der Sensorzeile ausge
stattet ist, nach Patentschrift DE 41 03 646 C1 vorgesehen, die geometrische Kalibrie
rung anhand von Referenzmarkierungen vorzunehmen, die an einem senkrecht zur
Sensorzeile liegenden Rand der Bildabtastfläche angebracht sind und die sich bei der
Bildabtastung auf der Sensorzeile abbilden. Die so im Verlaufe einer Abtastung gewon
nenen Abbildungen der Referenzmarkierungen werden dazu genutzt, die Verschiebe
geschwindigkeit zu kontrollieren und gegebenenfalls zu korrigieren und auf diese Wei
se Verzerrungen auszugleichen, die durch eine vom Sollwert abweichende Verschiebe
geschwindigkeit verursacht sind. Zur Kalibrierung von Geräten mit einem ruhenden
Flächenbildabtaster ist dieser Vorschlag allerdings nicht geeignet.
Bei Geräten, die über einen ruhenden Flächenbildabtaster, beispielsweise ein Array von
Einzelsensoren verfügen, ist es bisher üblich, daß bei der Auslieferung an den Anwen
der Referenzstrukturen beigefügt sind, die im Verlaufe der Betriebsdauer immer wieder
als Vergleichsgrundlage mit den Ergebnissen dienen, die mit derselben Anordnung
erzielt werden. Anhand dieser Referenzstrukturen können Anwender bzw. Serviceun
ternehmen von Zeit zu Zeit überprüfen, ob die Qualitätsparameter beibehalten worden
sind oder sich aufgrund irgendwelcher Einflüsse, beispielsweise durch Alterung oder
Verschleiß von Baugruppen, Abweichungen ergeben haben, die korrigiert werden müs
sen. Überprüfungen der Gerätefunktion sind häufig auch nach einer Gerätedemontage,
etwa zu Reinigungszwecken, erforderlich.
Die Referenzstrukturen sind in Form von Teststrukturen auf einen Träger aufgebracht,
beispielsweise auf eine Folie, die zur Überprüfung der Gerätefunktion auf die Bildab
tastfläche aufgelegt wird. Die Teststrukturen werden mit dem Gerät aufgenommen und
das Ergebnis der Aufnahme anschließend mit der Teststruktur verglichen. Anhand die
ses Vergleiches ist eine Aussage möglich, ob die Anordnung den Qualitätsanforderun
gen nach wie vor entspricht oder sich Veränderungen ergeben haben. Danach ist die
Folie mit den Teststrukturen von der Bildabtastfläche zu entfernen, die nun wieder der
Erfassung der Oberflächenstrukuren von Fingern bzw. Handinnenflächen zur Verfü
gung steht.
Hierbei werden sowohl für den Gerätetest als auch zur Erfassung der Oberflächenstruk
turen der Finger bzw. Handinnenflächen dieselben Bereiche der Bildabtastfläche ge
nutzt. Um eine Verfälschung des Überprüfungsergebnisses von vornherein zu vermei
den ist es erforderlich, die Bildabtastfläche vor dem Auflegen der Folie gründlich zu
reinigen. Außerdem muß die Folie vorsichtig aufbewahrt und gehandhabt werden, da
mit sie nicht beschädigt wird, und sie muß auch sorgfältig aufgelegt werden, damit der
optische Kontakt mit der Bildabtastfläche gegeben ist. In diesem Zusammenhang wird
oftmals das Einbringen eines optischen Koppelmediums, etwa Öl oder Wasser, zwi
schen die Bildabtastfläche und die Folie empfohlen. Aber auch hierbei ergibt sich die
Gefahr der Verfälschung des Ergebnisses, wenn nämlich zu große oder auch zu unter
schiedliche Schichtdicken zwischen der Bildabtastfläche und der Folie entstehen.
Die vorbeschriebene Verfahrensweise zur Kalibrierung wird beispielsweise durch das
Federal Bureau of Investigation (FBI) der USA für automatische Fingerabdruck
Identifikationssysteme vorgeschrieben, die zu erkennungsdienstlichen Zwecken einge
setzt sind, um sicherzustellen, daß diese Systeme über ihre Einsatzdauer die geforder
ten technischen Parameter erfüllen.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die Fehlerquellen und die Fehlermöglichkeiten bei der Überprüfung von Anordnungen
zur Erfassung der Oberflächenstrukturen von auf einer Bildabtastfläche aufliegenden
Fingern bzw. Handinnenflächen zu verringern.
Erfindungsgemäß ist bei Anordnungen der eingangs beschriebenen Art vorgesehen,
daß ein Teil des Beleuchtungsstrahlenganges oder ein gesonderter Beleuchtungsstrah
lengang auf Referenzstrukturen und von dort auf die Empfangsfläche der optoelektro
nischen Detektionseinrichtung gerichtet ist, wobei der Detektion der Oberflächenstruk
turen und der Detektion der Referenzstrukturen gesonderte Teilbereiche der Emp
fangsfläche vorbehalten sind.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, zu beliebigen Zeiten vor, wäh
rend oder nach der Aufnahme von Finger- oder Handabdruckbildern auch Bilder von
den Referenzstrukturen zu gewinnen, das Ergebnis einer Überprüfung der Qualitätspa
rameter zugrunde zu legen und daraus Schlußfolgerungen auf die optische und elek
tronische Güte der Anordnung zu ziehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Referenz
strukturen ortsunveränderlich auf die Bildabtastfläche aufgebracht sind, wobei den
Referenzstrukturen einerseits und der Auflage der Finger bzw. der Handinnenflächen
andererseits gesonderte, einander nicht überschneidende Teilbereiche der Bildab
tastfläche vorbehalten sind und ein gemeinsamer Beleuchtungsstrahlengang für diese
Teilbereiche vorgesehen ist. Damit werden zur Durchführung des Gerätetests nicht
mehr die Bereiche der Bildabtastfläche benötigt, die für das Auflegen der Finger- bzw.
Handinnenflächen vorgesehen sind.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß sich die Erfassung von Finger- bzw.
Handabdrücken und die Aufnahme von Bildern der Referenzstrukturen nicht mehr ge
genseitig ausschließen, demzufolge auch nicht mehr nur zeitlich nacheinander, son
dern auch gleichzeitig ausgeführt werden können. Außerdem ist eine Verfälschung der
Testergebnisse durch Verunreinigungen, die ihre Ursache im Auflegen der Finger bzw.
Hände haben, zumindest für die Bereiche der Bildabtastfläche, die den Referenzstruk
turen vorbehalten sind, ebenso ausgeschlossen wie das Auftreten von Fehlern, die sich
aus dem Einbringen optischer Zwischenschichten (Öl, Wasser) zwischen Bildabtastflä
che und einem ortsveränderlichen, mit den Referenzstrukturen versehenen Träger er
geben können. Die Nachteile des Standes der Technik sind damit aufgehoben.
Bei der letztgenannten Ausgestaltungsvariante sind die Referenzstrukturen unmittelbar
auf die Bildabtastfläche aufgebracht, d. h. sie sind in der Objektebene angeordnet. Ab
weichend davon ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die
Referenzstrukturen zwar ebenfalls ortsunveränderlich, jedoch außerhalb der Objekt
ebene, beispielsweise an der Eintrittsfläche für den Beleuchtungsstrahlengang und/oder
an der Austrittsfläche für die von der Bildabtastfläche reflektierte Strahlung positioniert
sind. So erreicht man mit höchster Zuverlässigkeit, daß die Referenzstrukturen dem
Kontakt mit dem abzubildenden Finger bzw. der Handinnenfläche entzogen sind.
Weiterhin ist die optoelektronische Detektionseinrichtung mit einer Auswerteschaltung
verknüpft, in welcher die von den Referenzstrukturen gewonnenen Bilder, die den Ist-
Zustand der Anordnung charakterisieren, einem Vergleich mit elektronisch gespeicher
ten, den Soll-Zustand vorgebenden Daten unterzogen und aus diesem Vergleich
Schlußfolgerungen auf die Einhaltung oder Nichteinhaltung der gerätespezifischen
Qualitätsparameter gezogen werden. Auf diese Weise ist eine selbsttätige Kontrolle
möglich.
Diesbezüglich liegt es im Rahmen der Erfindung, daß eine Ansteuerschaltung vorgese
hen ist, durch die beispielhaft bei jeder Inbetriebnahme und/oder jeweils nach Ablauf
einer vorgegebenen Betriebsdauer eine Aufnahme der Referenzstrukturen und der Ver
gleich der aufgenommenen Bilder mit den gespeicherten Daten veranlaßt wird. Führt
dieser Vergleich zu einem negativen Ergebnis, so kann durch Auslösen eines Warn
signals, einer Fehlermeldung am Gerätedisplay oder auch durch Ausgabe eines Aus
schaltimpulses an die Gerätesteuerung die fehlerhafte Erfassung von Finger- bzw.
Handabdrücken verhindert werden, wenn Mindestanforderungen nicht eingehalten
sind.
Zusätzlich oder auch alternativ zur vorbeschriebenen Ausgestaltung ist vorgesehen,
daß Mittel zum manuellen Auslösen der optischen Erfassung der Referenzstrukturen
vorhanden sind und damit zu willkürlich festzulegenden Zeitpunkten die Überprüfung
veranlaßt werden kann. Hierzu kann beispielhaft ein mit der Ansteuerschaltung ver
knüpfter Handtaster vorhanden sein, der vor, während oder nach der Erfassung von
Finger- bzw. Handabdrücken betätigt wird.
Weiterhin kann eine Abdeckung über den auf die Bildabtastfläche aufgebrachten Refe
renzstrukturen vorgesehen sein. So wird verhindert, daß die Referenzstrukturen der
ständigen Berührung durch aufgelegte Finger bzw. Hände ausgesetzt sind und dabei
verschmutzen.
Alternativ oder auch zusätzlich zur ortsunveränderlichen Anordnung der Referenz
strukturen an der Bildabtastfläche, der Lichteintrittsfläche oder auch der Lichtaustrittflä
che am Abtastprisma ist es denkbar, eine optische Einrichtung zur Einspiegelung
und/oder Einblendung von Referenzstrukturen in den Beleuchtungsstrahlengang vor
zusehen, so daß auch auf diese Weise Bildinformationen von Referenzstrukturen auf
die Empfangsfläche der optoelektronischen Detektionseinrichtung gelangen und in der
vorbeschriebenen Weise der Kalibrierung der Anordnung zugrunde gelegt werden kön
nen.
Als Referenzstrukturen sind beispielsweise Strichmarken verschiedener Strichbreiten
sowie unterschiedlicher Strichabstände und -ausrichtungen vorstellbar. Damit ist ins
besondere die Kontrastübertragung (Contrast Transfer Function - CTF) bestimmbar,
die als Grundlage für die Bewertung der Modulationsübertragung (Modulation Transfer
Function - MTF) dient. Denkbar ist es auch, Strukturen mit kontrastreichen Hell-Dunkel-
und Dunkel-Hell-Übergängen in horizontaler und vertikaler Richtung vorzusehen, so
daß die MTF mittels Fourieranalyse überprüft werden kann.
Ebenso ist unter den Referenzstrukturen auch ein leeres Feld vorsehbar, welches zur
Überprüfung der Linearität und des Rauschens der Anordnung dient, indem bei kon
stanter Beleuchtung der Shutter der Detektionseinrichtung in definierten Schritten ver
stellt und das jeweils erzielte Ausgangssignal mit den aus dem Speicher abrufbaren
Daten verglichen wird.
Denkbar ist weiterhin, zwei im definierten Abstand zueinander angeordnete Testmar
ken vorzusehen, die zur Überprüfung des Abbildungsmaßstabes dienen. So ist die
Überprüfung des Abbildungsmaßstabes ebenfalls in zeitlichen Abständen möglich,
indem die jeweiligen Meßergebnisse dem Vergleich mit bei der Fertigung gespeicher
ten Werten, bezogen auf die beiden Ausdehnungsrichtungen der Bildabtastfläche, zu
grunde gelegt werden.
Neben dem bisher beschriebenen Lösungsweg wird die Aufgabe der Erfindung weiter
hin auch dadurch gelöst, daß in den Beleuchtungsstrahlengang, auf die Objektfläche
und/oder in die von der Bildabtastfläche reflektierte Strahlung halbtransparente Refe
renzstrukturen eingebracht sind, dabei sowohl die zu erfassende Oberflächenstruktur
(der Finger oder Handinnenfläche) als auch die halbtransparenten Referenzstrukturen
mit der Strahlung beaufschlagt werden und die auf die Empfangsfläche der Detektions
einrichtung treffende Strahlung sowohl die Bildinformation über die Oberflächenstruk
tur als auch die Bildinformation über die Referenzstrukturen mit sich führt.
Dabei können die Referenzstrukturen so positioniert sein, daß sie von der zu erfassen
den Oberflächenstruktur überdeckt werden, d. h. weder vom Strahlengang noch von der
Empfangsfläche sind gesonderte Bereiche ausschließlich der Erfassung der Oberflä
chenstruktur einerseits und ausschließlich der Erfassung der Referenzstrukturen ande
rerseits vorbehalten.
Allerdings ist hierbei vorgesehen, die Auswerteschaltung gemäß Anspruch 6 auszubil
den. Diesbezüglich ist in der Auswerteschaltung eine erste Rechenfunktion zur Ermitt
lung eines Korrekturfaktors iij für jedes Bildelement ij vorgesehen nach kij = Soll-
Grauwert/Ist-Grauwert, wobei jedes Bildelement ij einem Einzelsensor der Empfangs
fläche entspricht. Die Soll-Grauwerte werden vorteilhaft für jeden Einzelsensor bei
gleichmäßig hellem strukturfreien Bild ermittelt und es ist weiterhin eine zweite Re
chenfunktion vorgesehen, durch welche der ermittelte Ist-Grauwert eines jeden Bild
elementes ij mit dem zugehörigem Korrekturfaktor kij multipliziert wird.
Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung erreicht man ebenfalls, daß eine Überprü
fung bzw. Kalibrierung sowohl bei aufliegenden Fingern bzw. Handflächen als auch bei
freier Bildabtastfläche vorgenommen werden kann. Denn mit der wie dargestellt aus
gebildeten Auswerteschaltung kann das von einer Oberflächenstruktur aufgenommene
Bild derart bearbeitet werden, daß der für jedes Bildelemente ij ermittelte Grauwert so
korrigiert wird, daß man ein Bild erhält, das in den Bereichen, in denen der Finger oder
die Handfläche aufliegt, nur die Strukturen des Fingers bzw. der Handfläche aufweist
und die Referenzstruktur "herauskorrigiert" worden ist. Als Voraussetzung dafür ist
einzuhalten, daß die Korrekturwerte kij so gespeichert werden, daß eine eindeutige
Zuordnung zu den entsprechenden Bildelementen ij möglich ist.
Wird nun beispielsweise ein Testlauf ohne aufgelegten Finger bzw. Handfläche ausge
führt, so ergibt sich bei richtigen Korrekturwerten kij ein strukturfreies gleichmäßig
helles Bild. Tritt dieser Fall nicht ein, so sind die Korrekturwerte kij neu einzulesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
Fig. 1 das Prinzip einer vergleichbaren Anordnung nach dem bekannten Stand
der Technik
Fig. 2 die Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung
Fig. 3 die Aufteilung der Bildabtastfläche in einer Draufsicht
Fig. 4 die Positionierung von Referenzstrukturen in einer ersten Variante
Fig. 5 Beispiele für Referenzstrukturen.
In Fig. 1 ist eine Anordnung zur Aufnahme von Fingerabdrücken dargestellt, wie sie aus
dem Stand der Technik bekannt ist. Auf die Bildabtastfläche 1 eines Abtastprismas 2
ist hier ein Finger 3 aufgelegt, von dem der Abdruck erfaßt werden soll. Das Ab
tastprisma 2 weist eine Eintrittsfläche 4 für einen Beleuchtungsstrahlengang 5 und eine
Austrittsfläche 6 für das innerhalb des Abtastprismas 2 von der Bildabtastfläche 1 re
flektierte Licht, im folgenden als Objektstrahlengang 7 bezeichnet, auf.
Der Beleuchtungsstrahlengang 5 geht von einer Beleuchtungsquelle 8 aus, die bei
spielsweise als zweidimensionale Anordnung einer Vielzahl von lichtemittierenden
Dioden (LED's) mit nachgeschaltetem Diffusor ausgebildet ist. Der Beleuchtungsstrah
lengang 5 ist im Inneren des Abtastprismas 2 unter einem Winkel α auf die Bildab
tastfläche 1 gerichtet, der die Gewinnung von Bildern des Fingerabdruckes nach dem
Prinzip der gestörten Totalreflektion ermöglicht.
Der Objektstrahlengang 7 ist durch ein Korrekturprisma 9 und ein Objektiv 10 hin
durch auf die photoempfindliche Empfangsfläche 11 einer optoelektronischen Detekti
onseinrichtung 12 gerichtet. Die Empfangsfläche 11 sei beispielhaft aus einer Vielzahl
von in einem orthogonalen Raster angeordneten einzelnen Sensoren gebildet, und die
optoelektronische Detektionseinrichtung 12 sei Teil einer CCD-Kamera, die in an sich
üblicher Weise mit einer Auswerteschaltung für die an ihrem Ausgang abgreifbaren
elektronischen Bildinformationen verknüpft ist.
Aus Fig. 1 ist weiterhin ersichtlich, daß von der Bildabtastfläche 1 lediglich ein Bereich
mit der Breite a für das Auflegen des Fingers (oder mehrerer Finger oder einer Handin
nenfläche) vorgesehen ist, während die Randbereiche ungenutzt sind. Auch von der
Empfangsfläche 11 wird lediglich ein Bereich genutzt, der in der Zeichenebene der
Fig. 1 die Breite c hat und auf den der Objektstrahlengang 7 fokussiert ist.
Um eine Kalibrierung der Anordnung vornehmen zu können ist, wie in Fig. 2 erkennbar,
vorgesehen, daß in den mit a1 und a2 bezeichneten Randbereichen der Bildabtastfläche
1, die außerhalb der für die Erfassung der Finger- bzw. Handabdruckbilder vorgesehe
nen Breite a liegen, Referenzstrukturen 13 aufgebracht sind. Auf diese Referenzstruk
turen 13 treffen Strahlungsanteile 5.1 und 5.2 des Beleuchtungsstrahlenganges 5, und
die von den Randbereichen a1 und a2 reflektierten Strahlungsanteile 5.1 und 5.2 der
Beleuchtungsstrahlung erreichen als Strahlungsanteile 7.1 und 7.2 des Objektstrahlen
ganges 7 die Empfangsfläche 11, wo sie auf mit c1 und c2 bezeichnete Randbereiche
treffen. Die Randbereiche c1 und c2 befinden sich außerhalb der Breite c, die der Erfas
sung der Finger- bzw. Handabdruckbilder vorbehalten ist.
Wie im folgenden gezeigt wird, sind die Referenzstrukturen 13 so ausgebildet, daß ihre
von der optoelektronischen Detektionseinrichtung 12 empfangenen und an die Aus
werteschaltung weitergegebenen Bilder einem Vergleich mit elektronisch gespeicherten
Daten, die als Maß für die Qualitätsparameter der Anordnung dienen, unterzogen wer
den können und im Ergebnis dieses Vergleiches auf die Einhaltung oder auf Abwei
chungen geschlossen werden kann.
Aus Fig. 3, einer Draufsicht auf die Bildabtastfläche 1, ist ersichtlich, daß der durch a
und b bestimmte Flächenabschnitt zur Aufnahme von Finger- bzw. Handabdruckbil
dern vorgesehen ist, während jeweils die Randbereiche a1, a2, b1 und b2 dem Aufbringen
von Referenzstrukturen vorbehalten sind. So wie die Randbereiche a1 und a2 der Bildab
tastfläche 1 mit den Randbereichen c1 und c2 der Empfangsfläche 11 korrespondieren,
sind auch den Randbereichen b1 und b2 der Bildabtastfläche 1 auf der Empfangs
fläche 11 Randbereiche zugeordnet, die allerdings in Fig. 2 nur in ihrer seitlichen Pro
jektion darstellbar sind, da sie außerhalb der Zeichenebene liegen und parallel zu die
ser verlaufen.
Wie die Referenzstrukturen 13 ausgebildet sein können, ist in Fig. 5 dargestellt. So die
nen die Strukturen 13.1, 13.2 und 13.3, die aus mehreren parallel verlaufenden und in
Gruppen rechtwinklig zueinander angeordneten Linien gebildet sind, der Messung des
Kontrastes, wobei das Meßergebnis mit den gespeicherten Anforderungen für die MTF
bei beispielsweise 10, 8 und 6 LP/mm horizontal und vertikal verglichen wird. Zusätz
lich werden die von den Strukturen 13.4 gewonnenen Bilder dem Vergleich mit den
MTF-Anforderungen für 1 LP/mm zugrunde gelegt. Die ermittelten Kontrastwerte sind
ein Maß für die mit der Anordnung erzielbare MTF.
Anhand der Strukturen 13.4 ist auch die Überprüfung des Abbildungsmaßstabes im
Nahbereich durch Ausmessen der Mittenabstände der Linien möglich, wobei beispiel
haft die Ortsfrequenz von 1 LP/mm zugrunde liegt.
Anhand der Struktur 13.5 kann mittels Fourieranalyse der Hell-Dunkel- und der Dunkel-
Hell-Übergänge in horizontaler und vertikaler Richtung die MTF bestimmt und mit den
in gespeicherter Form vorliegenden Sollwerten für diese Übergänge verglichen werden.
Der Mittenabstand der Strukturen 13.6 ist sehr genau bekannt. Durch Auszählen der
Bildpunkte zwischen den Mitten dieser Strukturen 13.6 und Verhältnisbildung zum
Mittenabstand wird der Abbildungsmaßstab und die geometrische Verzerrung ermit
telt.
Ein leeres Feld 13.7 kann einer Linearitätsprüfung zugrunde gelegt werden, sofern bei
konstanter Beleuchtung der Shutter der Detektionseinrichtung in definierten Schritten
verstellt und das jeweils verfügbare Ausgangssignal mit gespeicherten Vorgaben ver
glichen wird.
Das Vorhandensein aller Graustufen schließlich ist mit einer Struktur 13.8 möglich.
Dabei ist die Neigung der Linien gegenüber den Linien der übrigen Strukturen so ge
wählt, daß alle Graustufen auftreten und damit ihre Überprüfung sichergestellt ist.
Die Überprüfung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist anhand der Struktur 13.7 möglich,
indem in einem ausreichend großen Flächenabschnitt das räumliche Rauschen und an
ausgewählten Einzelsensoren der Empfangsfläche 11 das zeitliche Rauschen bestimmt
und die so erzielten Werte auf Einhaltung der zulässigen Abweichungen gegenüber
gespeicherten Vorgaben überprüft werden.
Ein von der Einhaltung der vorgegebenen Parameter bzw. deren Nichteinhaltung ab
hängiges, an der Auswerteschaltung verfügbares Ausgangssignal kann zur Auslösung
eines akustisch, optisch oder anderweitig wahrnehmbaren Hinweises für das Bedie
nungspersonal genutzt werden.
In Ausgestaltungen der Erfindung nach Fig. 4 ist vorgesehen, daß die Referenzstruktu
ren 13 nicht oder nur zum Teil auf die Bildabtastfläche 1, sondern auch auf die Eintritts
fläche 4 aufgebracht sind. Dabei sind die Referenzstrukturen 13 jeweils in Abschnitten
der Eintrittsfläche 4 positioniert, die außerhalb des Bereiches liegen, durch den das zur
Aufnahme der Finger- bzw. Handabdrücke erforderliche Licht in das Abtastprisma 2
eintritt.
Alternativ hierzu können Referenzstrukturen 13 auch auf die Austrittsfläche 6 des Ab
tastprismas 2 aufgebracht sein. Die Positionierung auf der Eintrittsfläche 4 und auch auf
der Austrittsfläche 6 hat den Vorteil, daß die Referenzstrukturen 13 einer Berührung
durch die auf die Bildabtastfläche 1 aufzulegenden Finger bzw. Hände entzogen sind
und somit einer Verschmutzung bzw. Verfälschung des Referenzsignales vorgebeugt
wird. Alternativ zu letztgenannter Ausgestaltung können, wie in Fig. 2 schematisch an
gedeutet, über den auf die Bildabtastfläche 1 aufgebrachten Referenzstrukturen 13
schützende Abdeckungen 14 vorhanden sein.
1
Bildabtastfläche
2
Abtastprisma
3
Finger
4
Eintrittsfläche
5
Beleuchtungsstrahlengang
5.1
,
5.2
Strahlungsanteile
6
Austrittsfläche
7
Objektstrahlengang
7.1
,
7.2
Strahlungsanteile
8
Beleuchtungsgänge
9
Korrekturprisma
10
Objektiv
11
Empfangsfläche
12
optoelektronische Detektionseinrichtung
13
Referenzstrukturen
13.1
. . .
13.8
Strukturen
14
Abdeckung
Claims (12)
1. Anordnung zur Erfassung der Oberflächenstrukturen von auf einer Bildabtastfläche
(1) aufliegenden Fingern (3), Handinnenflächen oder sonstigen Hautpartien, wobei
die Bildabtastfläche (1) an einem Abtastprisma (2) ausgebildet ist, im Inneren des
Abtastprismas (2) ein Beleuchtungsstrahlengang (5) auf die Bildabtastfläche (1) ge
richtet ist und die von dort reflektierte Strahlung auf die Empfangsfläche (11) einer
optoelektronischen Detektionseinrichtung (12) trifft, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil des Beleuchtungsstrahlenganges (5.1, 5.2) oder ein gesonderter Be
leuchtungsstrahlengang auf Referenzstrukturen (13) und von dort auf die Emp
fangsfläche (11) gerichtet ist, wobei der Detektion der Oberflächenstrukturen und
der Detektion der Referenzstrukturen (13) gesonderte Teilbereiche (c, c1, c2) der
Empfangsfläche (11) vorbehalten sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrukturen
(13) ortsunveränderlich auf das Abtastprisma (2), bevorzugt auf dessen Eintrittsflä
che (4), besonders bevorzugt auf dessen Austrittsfläche (6), ganz besonders bevor
zugt auf dessen Bildabtastfläche (1) aufgebracht sind, wobei den Referenzstruktu
ren (13) einerseits und den zu erfassenden Oberflächenstrukturen andererseits ge
sonderte, einander nicht überschneidende Teilbereiche (a, a1, a2) vorbehalten sind
und ein gemeinsamer Beleuchtungsstrahlengang (5) für diese Teilbereiche (a, a1, a2)
vorgesehen ist.
3. Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in den Beleuchtungsstrahlengang (5) und/oder in die von der Bildabtastfläche (1)
reflektierte Strahlung halbtransparente Referenzstrukturen eingebracht sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die halbtransparenten
Referenzstrukturen ortsunveränderlich auf das Abtastprisma (2) aufgebracht oder
in den Strahlengang eingespiegelt sind, wobei sich die zur Erfassung der Oberflä
chenstrukturen und die zur Erfassung der Referenzstrukturen vorgesehenen Quer
schnittsbereiche des Strahlenganges und auch die zur Detektion der Oberflächen
strukturen und die zur Detektion der Referenzstrukturen vorgesehenen Flächenab
schnitte der Empfangsfläche (11) überschneiden.
5. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die optoelektronische Detektionseinrichtung (12) mit einer Auswerteschaltung
verknüpft ist, in welcher die von den Referenzstrukturen (13) gewonnenen Bilder
einem Vergleich mit gespeicherten Daten unterzogen und aus dem Vergleich
Schlußfolgerungen auf die Einhaltung oder Nichteinhaltung vorgegebener Geräte
parameter gezogen werden.
6. Anordnung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerte
schaltung eine erste Rechenfunktion zur Ermittlung eines Korrekturfaktors iij für
jedes Bildelement ij vorgesehen ist nach kij = Soll-Grauwert/Ist-Grauwert, wobei
jedes Bildelement ij einem Einzelsensor der Empfangsfläche (11) entspricht, die
Soll-Grauwerte für jeden Einzelsensor bei gleichmäßig hellem strukturfreien Bild
ermittelt werden und weiterhin eine zweite Rechenfunktion vorgesehen ist, durch
welche der ermittelte Ist-Grauwert eines jeden Bildelementes ij mit dem zugehöri
gen Korrekturfaktor kij multipliziert wird, wobei sich ein von den Referenzstruktu
ren freies Bild der Oberflächenstruktur ergibt.
7. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ansteuerschaltung vorgesehen ist, durch die bei jeder Inbetriebnahme
und/oder jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen Betriebsdauer eine Erfassung der
Referenzstrukturen (13) und der Vergleich mit den gespeicherten Daten ausgelöst
wird.
8. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ansteuerschaltung vorgesehen ist, durch die manuell die Erfassung der
Referenzstrukturen (13) ausgelöst und damit zu beliebigen Zeitpunkten der Ver
gleich mit den gespeicherten Daten vorgenommen werden kann.
9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abdeckungen (14) für
die auf der Bildabtastfläche (1) aufgebrachten Referenzstrukturen (13) vorgesehen
sind.
10. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die auf das Abtastprisma (2) aufgebrachten Referenzstrukturen (13) gedruckt,
geritzt, geätzt, in Form eines Filmes aufgeklebt oder anderweitig optisch wirksam
aufgebracht sind.
11. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine optische Einrichtung zur Einspiegelung und/oder Einblendung der Refe
renzstrukturen (13) in den Beleuchtungsstrahlengang (5) oder in den von der Bild
abtastfläche (1) reflektierten Strahlengang vorgesehen ist.
12. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,
daß als Referenzstrukturen (13) Strichmarken verschiedener Strichbreiten sowie mit
unterschiedlichen Strichabständen und Strichausrichtungen vorhanden und zur
Kontrolle des Bildkontrastes, der MTF, des Abbildungsmaßstabes, der geometri
schen Verzerrung, der Graustufenlinearität, der Grauwertanzahl und/oder des
Signal-Rausch-Verhältnisses ausgelegt sind.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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