DE2520481A1

DE2520481A1 - Fingerabdruck-vergleichsvorrichtung

Info

Publication number: DE2520481A1
Application number: DE19752520481
Authority: DE
Inventors: Harold Green; Stephen J Halasz
Original assignee: Veriprint Systems Corp
Current assignee: Veriprint Systems Corp
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1975-05-07
Publication date: 1975-11-20
Also published as: CH620535A5; BE828913A; FR2270643A1; NL7505447A; GB1506611A; FR2270643B1; DE2520481C2; CA1047649A; JPS5155198A; SE406859B; BR7502849A; US3928842A; SE7505372L; NL182365C; JPS5711063B2

Description

ε 7, Mai 19/5

Veriprint Systems -Corporation 20747 Dearborn, Chatsworth Kalifornien, U. S. Δ.

"!"ingerabdruck-Vergleichsvorrichtung"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf automatische elektro-optische Mustervergleichsvorrichtungen und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Vergleich eines Paars von Fingerabdrucken durch Überlagerung ihrer Bilder, Nachweis einer nicht kohärenten, an den Pingerabdruckbildern reflektierten oder durch sie durchgelassenen Strahlung, und Vergleich dieser Strahlung mit einem gegebenen Schwellwert der Ausgangskorrelation.

Fingerabdrucke sind seit mehr als hundert Jahren als eine der zuverlässigsten Kenngrößen zur Identifizierung von Personen und zu ihrer Unterscheidung bekannt. Ein mit einem

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Vergrößerungsglas ausgerüsteter Experte kann innerhalb weniger Minuten visuell einen latenten Fingerabdruck mit einem bekannten Fingerabdruck-Exemplar auf Ähnlichkeiten der kennzeichnenden Eigenheiten vergleichen, die jeden Fingerabdruck einer bestimmten Person zuzuordnen gestatten. Diese kennzeichnenden Eigenheiten oder Details bestehen im wesentlichen aus Unterbrechungen und Abweichungen van normalen Verlauf der Erhebungen, deren Verästelungen, Schleifen und Bögen, die die bekannte Fingerabdruck-Klassifikation ermöglichen. Übereinstimmung von nicht mehr als einem Dutzend dieser Verzweigungen und Endungen von Erhebungen, Inseln, Spitzen und anschließenden Linien wird als ausreichend für eine eindeutige Identifikation angesehen.

Solange der Vergleich visuell von einer geschulten Person durchgeführt werden muß, werden Fingerabdrücke zur Identifizierung und Feststellung fast nur im Bereich kriminalistischer Nachforschungen und von Polizeidienststellen verwendet. Es steht schon lange fest, daß bei Automatisierung der Identifizierung die Fingerabdrücke für mehrere andere Zwecke zur Personenfeststellung verwendet werden könnten, beispielsweise zur Kontrolle des Zugangs zu überwachten oder gesicherten Anlagen, Erkennungsmaßnahmen bei Bankgeschäften, Kreditgeschäften, Warenabgaben und anderen kommerziellen Transaktionen, zur raschen Abfertigung bei der Sozialfürsorge und im Gesundheitswesen, usw. Das große Interesse an diesen Möglichkeiten hat zur Entwicklung zahlreicher automatischer Systeme

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zum Vergleich, von Fingerabdrucken geführt, die den oben erwähnten Zwecken dienen können. Dabei wird verlangt, daß das System voll automatisch arbeitet, äußerst zuverlässig ist, und keinerlei technische Erfahrung und überlegungsmäßige Entscheidungen von Seiten der Bedienungsperson erfordert. Zweckmäßigerweise sollte das System in einer kleinen, kompakten, völlig unabhängig arbeitenden Einheit enthalten sein, die sich verhältnismäßig preisgünstig in großen Stückzahlen herstellen läßt und bei ihrer Verwendung nur sehr wenig Wartungsarbeiten braucht. Keines der bisher entwickelten Systeme genügt all diesen Anforderungen.

Gegenwärtig sind zwei Grundtypen derartiger Systeme ■ bekannt, nämlich Systeme mit digitaler Ausfilterung und Peststellung von Mustern und andere Systeme, die kohärente optische Korrelation verwenden, wobei der erstere Typ überwiegend verwendet wird.

In beiden Systemen wird entweder die Kopie des Fingerabdrucks der zu identifizierenden Person oder der Pingerabäruck selbst "gelesen". Die Übertragung des Pingerabdrucks geschieht dabei beispielsweise sichtbar auf eine der bekannten mit Tinte hergestellten Pingerabdruckkarten, oder auf eine Glasplatte, auf ein Diapositiv, oder auf thermoplastischen oder chemisch behandelten PiIm, oder elektromagnetisch auf eine Spezial-Metallplatte, oder auf den Schirm einer Kathodenstrahlröhre. Der direkt abgenommene Pingerabdruck wird meistens mit einem optischen System nachgewiesen, das ein reflektierendes Prisma

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enthält.

In bekannten Digitalsystamen wird ein halbautomatisches Verfahren verwendet, wobei die Bedienungsperson die Kenngrößen des Fingerabdrucks von Hand einem Komputer eingibt oder die Eingabe elektronisch mit einer an eine Kathodenstrahlröhre angeschlossenen Sonde durchführt. Vollautomatische Digitalumsetzer weisen die Einzelheiten und Kenngrößen von Fingerabdrucken mit einem Lichtpunktabtaster nach und verkoden sie. Verschiedene Algorithmen sind entwickelt worden, sodaß der Komputer die von der Fingerabdruck-Kopie oder dem unmittelbaren Abdruck erhaltenen Daten mit entsprechenden Daten vergleichen kann, die von einem Fingerabdruck-Exemplar elektronisch abgeleitet wurden.

Um die Zeit zu verkürzen, die benötigt wird, um die charakteristischen Daten zu verarbeiten, wird gewöhnlich eine Auswahlfunktion verwendet, die die Anzahl der tatsächlich zur Identifizierung benutzten Eigenheiten begrenzt. Normalerweise wird bei der Bildverarbeitung irgendeine Form der Bildverstärkung oder B"ildüberhöhung verwendet, um üntergrundrauschen auszuschalten, das andernfalls das herausgearbeitete elektronische Bild abschwächen und verwirrende Charakteristiken ergeben würde. In einigen der modernen Digitalsysteme wird elektronische Verarbeitung verwendet, um damit eine lineare oder radiale Fehlausrichtung, Änderungen in der Abäruckqualitatj, geometrische Verzerrungen am Fingerabdruck infolge der elastischen Verformung des Daumens oder der Fingerfläche und

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ähnliche Bildfehler zu kompensieren. Trotz dieser Verbesserungen konnten in keinem der rein digital arbeitenden Systeme die Schwierigkeiten völlig überwunden werden, die sich aus der Orientierung und der lageeinstellung des Bildes, dem Bildkontrast, Veränderungen der Einstellschärfe und der Helligkeit und Verzerrungen der Abdruckstärke ergeben.

Digitale Systeme zur Fingerabdruck-Identifizierung basieren hauptsächlich auf rascher optischer Abtastung und Datenverarbeitungsverfahren, während kohärente optische Korrelationssysteme hauptsächlich von Holographie, Ϊourier-Filterung und ähnlichen Analogtechniken Gebrauch machen. Bei all diesen Verfahren werden die zu vergleichenden optischen Fingerabdruckbilder in zweidimensional Hologramme, Fourier-Tr ans formierte oder analoge Diapositive umgewandelt, von denen eine Einheit als kohärentes Lichtfilter für die andere wirkt. Die Identifizierung der Abdrücke geschieht dabei über den Vergleich der Amplitude der gefilterten Ausgangssignale mit einem vorgegebenem Korrelationsschwellwert.

Zwar werden bei der kohärenten optischen Verarbeitung zahlreiche der Schwierigkeiten überwunden, die sich aus der seitlichen Bildverschiebung und Variationen in der Bildabdruckqualität ergeben, doch ist dieses Verfahren stark beeinflußt von ungenügender Ausrichtung bei der Drehung der Bilder. Außerdem geht bei dem mit dem Fourier-Filter arbeitenden Verfahren wichtige Information über die Phasenzusammenhänge der Transformation verloren, und da sehr verschieden-

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artige Fingerabdruckmuster die gleiche Amplituden-Transformierte haben können, ergeben sich unannehmbar hohe Raten einer falschen IdentitäsVerneinung aus den Zugeständnissen, die gemacht werden müssen, um eine ausreichend zuverlässige Angleichung der Bilder zu erzielen. Zwar wird in einem echte Hologramme .benutzenden System die Information über die Phasenzusammenhänge nicht zerstört, doch haben die hierfür benötigte mechanische Präzision und Zuverlässigkeit bisher .dieses 'Verfahren nur für laborzwecke durchführbar gemacht.

Einige Mischsysteme sind ausprobiert worden, in denen digitale Verfahren mit kohärenten optischen Verfahren kombiniert wurden. Dabei wurden einige der oben angegebenen Schwierigkeiten überwunden, doch sind diese Systeme insgesamt noch nicht zufriedenstellend.

Die vorliegende Erfindung wird den oben angeführten Anforderungen gerecht in Bezug auf eine rasch arbeitende, völlig automatische Mehrzweck-Vergleichsvorrichtung für Fingerabdrucke, und vermeidet oder reduziert die nachteiligen Polgen, die sich aus den bekannten Systemen eigentümlichen Mängeln ergaben, wenn digitale Filterung, Mustererkennung und kohärente optische Korrelationsverfahren verwendet wurden.

Erfindungsgemäß wird eine Analogvorrichtung mit nicht kohärentem statt mit kohärentem Licht verwendet. Die beiden zu vergleichenden Fingerabdrucke werden in der Vorrichtung an den gegenüberliegenden Enden eines optischen Systems eingesetzt. Einer der Fingerabdrücke oder beide können durchsichtig oder undurchsichtig sein. Der erste Fingerabdruck wird

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von einer hellen, nicht kohärenten Lichtquelle beleuchtet. Eine Maske oder ein anderes Teil zur Verkleinerung des Lichtstrahls ergibt einen abgegrenzten Ausschnitt aus dem beleuchteten Pingerabdruck, der dann über eine Linsenanordnung an den zweiten Fingerabdruck übertragen wird. Der Bildausschnitt wird dem zweiten Fingerabdruck überlagert oder durch ihn durchgelassen. '

Ein zweiachsiger optischer Abtastmechanismus bewegt das beleuchtete Bild über den zweiten Abdruck in Form eines rasterartigen Abtastmusters mit ausreichender Liniendichte, sodaß die Korrelationsstellung sicher festgestellt wird, wenn die beiden Fingerabdrücke identisch sind. Zur Berücksichtigung des Einrastfehlers infolge Verdrehung der beiden Abdrücke wird entweder das beleuchtete Bild des ersten Abdrucks oder der zweite Abdruck selbst gedreht und die rasterförmige Abtastung dann wiederholt. Ein lichtempfindlicher Detektor weist die nicht kohärente Strahlung nach, die vom zweiten Abdruck reflektiert oder durch ihn durchgelassen wurde.

Die reflektierte oder durchgelassene Lichtmenge ist eine Funktion der Stellung des beleuchteten Bildes auf dem zweiten Abdruck. Diese Lichtmenge variiert in etwas zufälliger Weise, wenn die beleuchteten Abschnitte des Bildes auf verschiedene dunkle Abschnitte des Abdrucks fallen, doch fallen während der Abtastung des Bildes am Abdruck in einer und nur einer Stellung das Bild und der Abdruck zusammen. Dann kommen alle hellen Abschnitte des Bildes auf helle Abschnitte des Abdrucks

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zu liegen, und nur dunkle Abschnitte des Bildes liegen auf dunklen Abschnitten des Abdrucks. Bei dieser eindeutigen Überlagerung von Bild und Abdruck sind Reflexion oder Durchlass des Lichts maximal. Bei Bedarf kann das beleuchtete Bild des ersten Abdrucks zur Umkehrung oder zum Negativ des zweiten Abdrucks in an sich bekannter Weise gemacht werden. In diesem Fall ist die am zweiten Abdruck reflektierte oder von ihm durchgelassene lichtmenge am Überlagerungspunkt minimal, Wenn beispielsweise ein Paar identischer positiver undurchsichtiger, mit Tinte hergestellter Fingerabdrucke zu untersuchen ist, und wenn angenommen wird, daß die Erhebungen und Täler der Abdruckstruktur gleiche Breite haben und daß die Erhebungen schwarz und die dazwischen liegenden Täler weiß erscheinen, beträgt die gesamte durchschnittliche Reflexion des zweiten Pingerabdrucks etwa 50$. Das bedeutet, daß etwa die Hälfte der vom Bild auf den zweiten Fingerabdruck fallenden Lichtmenge von den schwarzen Abschnitten des zweiten Abdrucks absorbiert wird, während gleichzeitig die Hälfte dieser Lichtmenge von den weißen Abschnitten reflektiert wird. Am Punkt, an dem das Bild und der zweite Abdruck übereinstimmen, fällt die gesamte von den weißen Abschnitten des Bildes durchgelassene Lichtmenge auf ebensolche weiße Abschnitte des zweiten Abdrucks und damit wird die gesamte durchgelassene Strahlung reflektiert, ohne daß durchgelassen Strahlung von den schwarzen Abschnitten des zweiten Abdrucks

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absorbiert wird.

Der plötzliche Anstieg der reflektierten Strahlung von einem Durchschnittswert von etwa 50$ auf fast 100$ ergibt als typisches Signal eine Korrelationsspitze, die im Augenblick der Übereinstimmung des Bildes mit einem gleichartigen Abschnitt des Abdrucks auftritt. Sonst ist die Amplitude einer Signalspitze nur ein Maß für die Korrelation zwischen dem Bild und dem Ausschnitt des abgetasteten Abdrucks.

Räumliche Filterung und elektronische filterverfahren werden in der vorliegenden Erfindung verwendet, um unerwünschtes Rauschen und Störsignale auszuschalten oder zu unterdrücken, um das Korrelationssignal zu verstärken, und um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.

Bei der räumlichen Filterung wird eine Maske zur Verkleinerung des Bildes oder eine entsprechende"Vorrichtung genügend weit von einem der Brennpunkte in der linsenanordnung entfernt angebracht, um eine Faltung .mit dem Bild des ersten Abdrucks zu erzielen. Diese optische Faltung ergibt eine Bildverdeutlichung, die zufällige Korrelationsspitzen unterdrückt. Derartige zufällige Korrelationsspitzen treten als Signale auf, wenn die scharfe Kante eines nicht verdeutlichten Bildes über die Linien auf dem zweiten Abdruck läuft.

Der Linienabstand auf Fingerabdrucken hat eine bestimmte räumliche Frequenz, die eine bestimmte zeitabhängige Frequenz des Ausgangssignals bei der Abtastung in einem Rastermuster zur Folge hat. Die elektrische Bandbreite des Ausgangs des

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Photodetektors wird entsprechend abgestimmt, sodaß sich ein optimales Filter ergibt,-das das Verhältnis des Spitzenwerts des Korrelationssignals zum Rauschen erhöht. Das Filter unterdrückt niederfrequente Signale, die sich aus groben Strukturen oder Sprungstellen in nicht zusammenpassenden Abdrücken ergeben köniien und die oberhalb des Schwellwerts erscheinen könnten. Das Signal wird dadurch in einer von Vorlaufschaltungen bekannten Weise differenziert, um den plötzlichen Durchgang der Korrelationsspitze zu überhöhen; gleichzeitig wird dadurch das weiße Rauschen oder von Photonen erzeugte Rauschen des Photodetektors unterdrückt.

Die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Fingerabdruck-Vergleichsvorrichtung zur Verwendung in Banken oder für ähnliche kommerziele Zwecke.

Figur 1a zeigt eine typische Identifikationskarte mit dem Fingerabdruck des Karteninhabers und einen Beleg, beispielsweise einen Scheck, auf dem der Fingerabdruck der berechtigten Person aufgedruckt ist. ^s

Figur 2 ist ein Querschnitt längs der in Figur 1 mit 2-2 bezeichneten Linie und zeigt die Hauptbestandteile der Vergleichsvorrichtung, wobei jedoch bestimmte Bauteile, Schaltungen und Elektronikteile weggelassen sind.

Figur 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der

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der Hauptbestandteile der in Figur 1 dargestellten Vergleichsvorrichtung.

Figur 4 ist eine teilweise perspektivische Ansicht der in Figur 3 dargestellten Bestandteile, die von der rechten, rückwärtigen Ecke der in Figur 3 dargestellten Vergleichsvorrichtung aus gesehen sind.

Figur 5 ist eine schematische Aufsicht auf das optische System der in Figur 1 dargestellten Vergleichsvorrichtung, wobei die Vorrichtungen zur Bildprojektion und zum Strahlungsnachweis gestrichelt angedeutet sind.

Figur 6 ist die schematische Darstellung eines einfachen Linsensystems.

Figur 7 ist die schematische Darstellung eines zusammengesetzten Linsensystems mit einer Maske zur Bildbegrenzung.

Figur 8 ist eine schematische Darstellung eines zusammengesetzten Linsensystems mit einer Maske oder Blende zur Bildbegrenzung, die so eingesetzt ist, daß das durchgelassene Bild deutlicher erscheint.

Figur 9 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Bildverdeutlichung oder Bildüberhöhung mit Hilfe eines Linsenzwischenraums .

Figur 10 ist eine graphische Darstellung des Verdeutlichungseffekts am beleuchteten Bild.

Figur 11 ist eine graphische Darstellung der Stellen, die im Intervall der Raumfrequenzen eingenommen werden von

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bedeutsamer Information über den Fingerabdruck, irrelevanten starken Änderungen im Abdruo-kmuster und dem Frequenzverhalten des nicht überhöhten, nicht verdeutlichten Bildes bei dessen Nachweis mit einem Photodetektor.

Figur 12 ist eine graphische Darstellung der Reduktion der unerwünschten Signale durch Bildverdeutlichung.

Figur 13 zeigt ein typisches Abtastraster.

Figur 14 zeigt das Muster des Abtastrasters der Figur 13 nach Drehung.

Figur 15 ist eine schematische Ansicht eines Umkehrprismas.

Figur 16 ist eine schematische Ansicht einer Bildrotationsvorrichtung mit Spiegeln.

Figur 17 ist die graphische Darstellung eines typischen Abtastsignals, das von der Nachweisvorrichtung bei der Abtastung des Bildes und dem abgetasteten. Abdruck erzeugt wird, ehe die Signale elektrisch weiterverarbeitet werden.

Figur 18 zeigt das Signal der Figur 17 nach elektrischer Weiterverarbeitung des Signals.

Figur 19 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Signalverarbeitung, die in der in Figur 1 dargestellten Vergleichsvorrichtung durchgeführt wird.

Figur 20 ist eine perspektivische Ansicht verschiedener anderer modular aufgebauter Teile der vorliegenden Erfindung.

Figur 21 ist schließlich eine schematische Ansicht einer anderen Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Prisma mit Totalreflexion, um einen Fingerabdruck einzufangen,

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und mit einem Umkehrprisma zur Umkehrung des projizierten Bildes.

Soweit möglich werden die gleichen Bezugsziffern für Bestandteile verwendet, die sich in Aufbau und Funktion gleichen.

Figur 1 zeigt eine typische Einheit zur Überwachung von Geschäftsvorgängen in Form eines Prüfgeräts für Schecks oder Kundenkreditkarten in Banken, Restaurants oder anderen Geschäftsunternehmen. In der einfachsten Form ist Vergleichsvorrichtung 11 in einem Gehäuse 12 aus Metall, Kunststoff, Holz oder einem anderen geeigneten Material untergebracht. Das Gerät kann völlig unabhängig aus im Innern des Geräts angebrachten Batterien gespeist werden, wird jedoch zweckmäßigerweise über ein Netzkabel an das Leitungsnetz angeschlossen. Ein Paar Schlitze 14, 15 dient zur Aufnahme der Erkennungskarte bzw. Kundenkreditkarte 16 bzw. des Schecks, der Rechnung oder eines anderen Belegs 17 des Kunden. Grüne bzw. rote Lämpchen 18, 19 zeigen an, ob eine positive oder negative Identifikation vorliegt. Ein Kippschalter 21 mit Rückstellfeder leitet bei jedem Niederdrücken einen Abtastvorgang ein und kehrt in die Stellung "bereit" zurück, nachdem der Abtastvorgang beendet worden ist. Da integrierte Schaltungen und Halbleiterbauteile verwendet werden, braucht kein Schalter für Vorheizung vorgesehen zu werden.

Wie in Figur 1a dargestellt, dienen als Mittel zur Identifizierung eine Bankkarte mit Unterschrift, eine Kennkarte

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des Kunden oder eine Kundenkreditkarte 16 mit dem Fingerabdruck des Bankkunden, Geschäftskunden oder Kreditkarteninhabers, dessen Fingerabdruck bei der Kennkartenausgabe nachgeprüft wurde» Bin Pingerabäruck 23 des gleichen Fingers des zu identifizierenden Kunden wird unter Aufsicht eines Angestellten der Bank bzw. des Geschäfts an einer hierfür vorgesehenen Stelle des Schecks oder des Belegs 17 angebracht. Pur die Beschreibung des Betriebs der Vergleichsvorrichtung 11 wird angenommen, daß die Vorrichtung in einer Bank zur Überprüfung von Schecks verwendet wird, wobei es sich bei Karte 16 um eine Karte mit der Unterschrift und bei Beleg 17 um einen Scheck handelt.

Zwar ist im Rahmen der Erfindung die Ausrichtung der beiden Fingerabdrucke 22, 23 aufeinander nicht besonders kritisch, doch sollte die Lageeinstellung des Abdrucks 23 auf Scheck 17 mit einiger Sorgfalt vorgenommen werden, um die Gefahr der unbegründeten Zurückweisung gering zu halten. Mehrere an sich bekannte Vorrichtungen zur Fingerabdrucknahme sind zur Zeit für diesen Zweck verfügbar. Aufbau und Betrieb dieser Vorrichtungen sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Fingerabdrucke 22, 23 können auf undurchsichtige Oberflächen aufgebracht werden oder können in der Form von Diapositiven vorliegen. lie vorliegende Erfindung kann beiden Möglichkeiten angepaßt werden..Unabhängig von der speziell verwendeten Form muß versucht werden, den größtmöglichen

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Kontrast zwischen den Erhebungen und Tälern des Abdrucks zu erzielen und ein Verschmieren und Verzerren des Abdrucks gering zu halten.

Die erfindungsgemäße Vergleichsvorrichtung kann mit Fingerabdrucken jeder Farbe arbeiten, doch wurde festgestellt, daß sich die günstigsten Kontrastverhältnisse mit schwarzen Abdrücken auf einem weißen Untergrund ergeben, und daß schwarze Abdrücke mit einer größeren Anzahl von verschiedenen Hintergrundmaterialien verwendet werden können als irgendeine andere Farbe.

Wie aus Figuren 2, 3 und 4 ersichtlich, ist Gehäuse 12 abnehmbar an einem ChasaLs 27 befestigt, an dem die verschiedenen Bauteile angebracht sind. Das an Chassis 27 befestigte Rahmengestellt 28 dient zur Aufnahme der nicht dargestellten Schaltungen, die zweckmäßigerweise als Brettchen mit gedruckten Schaltungen und-Halbleiterbauteilen ausgeführt sind. Sin Transformator 29 dient zur Stromversorgung der verschiedenen elektrischen und elektromechanischen Bauteile.

Unter Schlitz 15 ist Halter 31 aufrecht an Chassis 27 zur Aufnahme des Schecks 17 angebracht. Die Bauweise des Halters 31 richtet sich nach den jeweiligen Verhältnissen; in der abgebildeten Vergleichsvorrichtung umfaßt der Halter eine undurchsichtige Frontplatte 32 mit einer Öffnung 33, die auf den Fingerabdruck 23 auf Scheck 17 ausgerichtet ist. Ein Paar Führungen 34, 35 hält die Kanten des Schecks 17 fest, während eine Blattfeder 36 den Scheck 17 flach gegen

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Frontplatte 32 gedrückt hält. Eine nicht dargestellte, von einer Feder angedrückte Platte kann innerhalb der Führung 35 vorgesehen werden, um Änderungen der Breite der Schecks zu kompensieren und um damit die Ausrichtung des Abdrucks 23 auf Öffnung 33 zu gewährleisten.

Die Beleuchtungsvorrichtung 37 der Vergleichsvorrichtung muß eine ausreichende Beleuchtungsintensität an der Oberfläche des Fingerabdrucks 23 liefern, sodaß das Abdruckbild auf die Oberfläche des Fingerabdrucks 22 auf Karte 16 mit der Unterschrift projiziert werden kann zur Weiterverarbeitung der Signale.

Eine verhältnismäßig hohe Beleuchtungsintensität wird benötigt, da undurchsichtige Projektionssysteme bekanntlich einen niedrigen Wirkungsgrad haben. Die von bekannten Glühlampen mit Wolframwendel, die ausreichende Lichtintensität erzeugen könnte, abgegebene Hitze würde zum Verkohlen oder Verbrennen des Papiers des Schecks 17 führen. Die sich aus einer zuverlässigen Kühlvorrichtung ergebenden Folgen lassen Glühlampen als ungeeignet für das angestrebte System ausscheiden, und eine SpezialVorrichtung muß zur Beleuchtung verwendet werden.

Beleuchtungsvorrichtung 37 der vorliegenden Erfindung besteht aus einer Wolframjodid-Lampe 38 mit hoher Strahlungsintensität und einem Reflektor, der die von der Lampe abgegebene Strahlung auf den von Öffnung 33 freigegebenen Abschnitt

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des Fingerabdrucks 23 wirft. Reflektor 39 hat zweckmäßigerweise eine elliptische reflektierende Oberfläche und niedrige Blendenzahl.

Bei Reflektor 39 handelt es sich um ein dichroitisches Filter, das nur das sichtbare Licht der Lampe 38 reflektiert und die von der Lampe abgegebene Infrarot-Strahlung nach hinten und zur Seite von der Oberfläche des Schecks 17 wegrichtet.

Um die sich aus der linearen und geometrischen Verzerrung des Fingerabdrucks 23 ergebenden Folgen abzumildern, wird nur ein verhältnismäßig kleines Gebiet des Fingerabdrucks 23 über Fingerabdruck 22 abgetastet* Untersuchungen und die Erfahrung haben gezeigt, daß ein Gebiet mit einem Durchmesser von etwa 8 mm ausreicht, um eine für eine klare Identifizierung ausreichende Anzahl von Fingerabdruckeigenheiten zu erhalten. Gleichzeitig ist dieses Gebiet noch so klein, daß die von Verzerrungen herrührenden Schwierigkeiten in tragbaren Grenzen bleiben. Die Wahrscheinlichkeit einer linearen oder geometrischen Verzerrung ist in einem derartigen Gebiet bedeutend geringer als wie im Gebiet des gesamten Fingerabdrucks .

Theoretische Überlegungen und Versuche zeigen ferner, daß das Korrelationsausgangssignal stark verändert wird durch Veränderungen der Form und der Größe des Abschnitts des Fingerabdrucks 23, der auf Fingerabdruck 22 projiziert wird. Neben der dargestellten kreisförmigen Öffnung 33 sind andere Bildformen eventuell zweckmäßig, so beispielsweise ein schmaler

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rechteckiger Ausschnitt des Abdrucks 23 auf Abdruck 22. Dazu wird dann Öffnung 33 entweder rechteckig gemacht oder eine Blende mit Rechteckform wird in den optischen Strahlengang zwischen Abdrucken 23 und 22 eingesetzt.

Hauptzweck des optischen Untersystems der Vergleichsvorrichtung 11 ist es, einen Teil des Fingerabdruckmusters des Abdrucks 23 auf Abdruck 22 zu projizieren. Eine weitere, notwendige Punktion des optischen Untersystems ist es, Streulicht vom projizierten Bild fernzuhalten und. eine gewisse räumliche Filterung durchzuführen.

Das optische Untersystem umfaßt einen ortsfesten ebenen Spiegel 46, der so angeordnet ist, daß er einen Winkel von 45° mit der Oberfläche des Schecks 17 bildet. Zum Untersystem gehören ferner eine aus einer Projektionslinse und einem räumlichen Filtersystem bestehende Anordnung 47, die das beleuchtete Bild des Abdrucks 23 von Spiegel 46 aufgestrahlt erhält, und ein Abtastsystem 48, das in der abgebildeten Ausführungsform ein Paar beweglicher ebener Spiegel 49_f 51 enthält.

Eine Blende oder Maske 52 ist zwischen Frontplatte 32 und Spiegel 46 eingesetzt; durch die Öffnung 53 in der Blende wird eine Verbesserung des beleuchteten Bilds des Fingerabdrucks 23 erhalten, das auf Spiegel 46 auffällt. Gleichzeitig wird dadurch das in das optische System eintretende unerwünschte Streulicht in seiner Intensität reduziert.

Figur 6 zeigt eine bekannte Linsenanordnung, die zur

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Projektion eines Teils des Fingerabdrucks 23 auf Abdruck 22 zur Abtastung verwendet werden kann« Die Kenngrößen der Linsen 55 dieser Anordnung sind an sich bekannt. Um Streulicht abzuhalten, wird eine Anordnung aus zwei zusammengeschalteten Linsengruppen der in Figur 7 dargestellten Art verwendet. Hie erste Linsengruppe 56 projiziert ein reelles Bild auf eine Blende 57, die eine Öffnung 58 umfaßt. Die Blende unterbricht das unerwünschte Streulicht und nur der gewünschte BiIdausschnitt fällt auf Öffnung 58. Die den gewünschten Bildabschnitt enthaltende Öffnung 58 wird mit der zweiten Linsengruppe 59 auf Fingerabdruck 22 zur Abtastung projiziert.

Falls das projizierte Bild gleichmäßig in der Art einer gleichmäßig ausgeleuchteten Scheibe beleuchtet wäre, ergäben sich bei der Abtastung des Abdrucks 22 starke, jedoch falsche Signale, sobald eine Kante eine Unregelmäßigkeit im Abdruck 22 bei der Abtastung überschneidet. Vom Standpunkt der Mathematik bedeutet dies, daß die beleuchtete Scheibe eine Faltung mit jeder Einzelheit des Abdrucks 22 ergeben und damit verhältnismäßig starke Signalschwankungen erzeugen würde.

Diese Faltung läßt sich mit der bekannten Fourier-Transformation als Multiplikation darstellen. Die Fourier-Transformierte einer Scheibe ist eine Bessel-Funktion der ersten Ordnung, die durch ihr Argument dividiert ist. Figur 11 zeigt im Prinzip die Stellen im Raumfrequenzintervall der interessierenden, vom Fingerabdruck erhältlichen Information, irrelevante

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starke Änderungen im Abdruc tornister, und das Frequenzverhalten der Öffnung. Wie ersichtlich:, spricht die Öffnung sowohl auf zufällige, irrelevante Änderungen mit großen Maßstab und auf relevante, von der Abdruckstruktur herrührende Signale an.

Es wurde festgestellt, daß die Fourier-Transformierte der Öffnung etwa rechteckig wird und daß der größte Teil der unerwünschten Kurve in der in Figur 12 dargestellten Weise unterdrückt werden kann, wenn das projizierte Bild so überhöht und verdeutlicht wird, daß die Beleuchtung nicht über das ganze Bildfeld gleichmäßig ist sondern etwa linear vom Mittelpunkt des Bildfelds nach außen abfällt. Die verbleibende Kurve läßt sich dann leicht elektronisch weiterfiltern.

Figur 10 stellt die Wirkung der Verdeutlichung auf das projizierte Bild dar. Kurve 61 ist kennzeichnend für die Beleuchtung, die einem Bild ohne Bildüberhöhung entspricht. Die Beleuchtung ist an den Kanten scharf begrenzt und überdeckt ein Feld mit Durchmesser ja. Bei der Verdeutlichung oder Überhöhung des gleichen Bildes ergibt sich eine Beleuchtungskurve 62, die sich über einen scheinbaren Durchmesser Jd erstreckt.

Verschiedene Verfahren können eingesetzt werden, um das projizierte Bild zur Bildverdeutlichung an den Rändern zu verwischen. Eines dieser Verfahren ist in Figur 8 dargestellt. Dabei ist Blende 57 von der Brennebene 63 der ersten Linsengruppe 56 abgesetzt, sodaß öffnung 58 um den auf die Achse konvergierenden Strahl angesetzt ist. Das bedeutet, daß der

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gestrichelte Abschnitt des in Figur 7 dargestellten Bildes absichtlich abgeschnitten wird, sodaß nur ein Teil dieses Lichts durch Öffnung 58 in der in Figur 8 dargestellten Weise fällt.

Ein anderes Yerfahren, mit dem das projizierte Bild teilweise verwischt werden kann, ist in Figur 9 dargestellt. Dabei ist ein Paar von Linsen 64, 65 so im Abstand voneinander angebracht, daß nur der gestrichelte Abschnitt des von der optischen Achse abgelegenen Bildes von Linse 65 gebrochen wird. Andere, hier nicht beschriebene Verfahren können verwendet werden, um dieses Ergebnis zu erzielen.

Wie weiter unter Bezugnahme auf Figuren 2, 3 und 4 ersichtlich, wird unabhängig von dem für die Raumfilterung verwendeten System das nachfokussierte, Verdeutlichte Bild des Fingerabdrucks 23 über das Abdruckexemplar 22 abgetastet. Die Abdruck 22 tragende Karte 16 ist in einer zur Ebene des Abdrucks 23 parallelen Ebene angebracht und wird in dieser ■ Stellung von Halterung 71 gehalten, deren oberes Ende nach oben durch Schlitz Η in Gehäuse 12 verläuft. Öffnung 72 in Halterung 71 ist auf Abdruckexemplar 22 ausgerichtet. Halterung 71 ist so bemessen, daß die die Unterschrift tragende Karte 16 gut hineinpaßt, daß die Karte jederzeit leicht eingesetzt und entnommen werden kann, daß aber seitliche Verschiebungen der Karte 16 in der Halterung verhindert werden.

Die Abtastung wird aus zwei Gründen in der vorliegenden

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Erfindung durchgeführt. Erstens wird das Bild des Abdrucks 23 dem Abdruckexemplar 22 überlagert. Die beiden Abdrücke werden gegeneinander bewegt, wenn identische Eigenheiten in den beiden Abdruckmustern nachgewiesen werden sollen. Um lineare Ausrichtungsfehler der Abdrücke zu vermeiden, muß das Abtastmuster ein endliches Gebiet mit einer Abtastliniendichte überdecken, die sicherstellt, daß die Korrelationsstellung tatsächlich erfaßt wird. TJm einer Verdrehung der beiden Abdrücke 22, 23 Rechnung zu tragen, muß das Abtastmuster um kleine Winkelbeträge weitergedreht und die Abtastung wiederholt werden, bis ein bestimmter Bereich von Winkelverschiebungen überdeckt worden ist.

Zweitens muß die Abtastung ein eindeutiges Korrelationssignal liefern, das leicht nachgewiesen und mit an sich bekannten elektronischen Verfahren verstärkt werden kann. Die Dauer dieses Signalimpulses entspricht dem kurzen Zeitabschnitt, in dem die beiden Abdruckmuster während des Abtastvorgangs momentan überlagert sind.

Die Folge, in der die Abtastung durchgeführt wird, ist willkürlich. In der dargestellten Ausführungsform wird eine Abtastung in Vertikalrichtung mit erhöhter Geschwindigkeit vorgenommen. Eine langsamere Abtastung in Horizontalrichtung findet dann statt, um das abgetastete Gebiet in einem Raster der in Figur 13 dargestellten Art zu überdecken. Wie aus Figur H ersichtlich, wird nach Abschluß der in Figur 13 angedeuteten rasterförmigen Abtastung eine Verdrehung um einen

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kleinen Winkel θ vorgenommen und eine neue Abtastung in Form des Rastermusters wird durchgeführt. Diese Abtastfolge wird fortgesetzt, bis eine bestimmte Drehung durchgeführt worden ist und die zulässige Toleranz in der Winkeleinstellung überdeckt worden ist.

Statt einer schrittweisen Drehung kann das Abtastmuster kontinuierlich weitergedreht werden, vorausgesetzt, daß die Drehgeschwindigkeit bedeutend geringer ist als die Abtastgeschwindigkeit, sodaß der Korrelationspunkt zwischen den abgetasteten Bildabschnitten nicht verloren geht. Auch ist es möglich, das beleuchtende Bild mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit zu drehen und die Drehachse durch ein Rastermuster zu bewegen, das dem in Figur 13 dargestellten ähnelt.

Wie aus Figuren 2, 3 und 4 ersichtlich, umfaßt der Abtastmechanismus Spiegel 49, 51» zugeordnete Antriebsmechanismen, und einen dem Kartenhalter 71 zugeordneten Drehmechanismus

Spiegel 49 ist an der Welle 75 eines resonanten elektromechanischen Drehmomentgebers, beispielsweise einem Galvanometer 76, befestigt, um rasch schwingen zu können. Die Schwingung kann mit einer geeigneten Frequenz vor sich gehen, die einige Dutzend bis einige Tausend Hertz betragen kann, je nach der Geschwindigkeit, mit der die Vorrichtung arbeiten soll.

Spiegel 51 ist an Welle 77 befestigt. Eine Exzenternocke wird von Motor 79 angetrieben und treibt ihrerseits Mitnehmerarm 81, der an Welle 77 angebracht ist. Ebenso ist ein Rück-

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stellarm 82 an Welle 77 befestigt, dessen äußeres Ende mit Feder 83 verbunden ist. Dadurch führt Spiegel 51 eine begrenzte Hin- und Herbewegung aus mit einer Frequenz, die geringer ist als die des schwingenden Spiegels 49.

Spiegel 49 und 51 sind so ausgerichtet, daß Spiegel 51 sich im Strahlengang des von linsenanordnung 47 erzeugten Bildes des Abdrucks 25 befindet. Spiegel 51 projiziert dieses Bild auf die Oberfläche des Spiegels 49» der wiederum optisch auf Öffnung 72 in Halterung 71 ausgerichtet ist.

Aus Figuren 2, 3 und 4 ist ersichtlich, daß bei dieser Anordnung die Hin- und Herbewegung und die Schwingungen der Spiegel 51 und 49 das Bild des Abdrucks 23 auf Abdruck 22 überlagern und das Bild über Abdruck 23 in dem in Figur 13 dargestellten rasterartigen Muster abtastend bewegen. Die mit Spiegeln 49 und 51 erzielte Abtastung und die entsprechenden Antriebsmechanismen lassen sich durch sehr verschiedene andere Vorrichtungen herstellen, die für die zur Beschreibung verwendeten Teile eingesetzt werden können. Länge und Breite des Abtastrasters sowie die vertikalen und horizontalen, bei jedem Überstreichen des Abdrucks 22 durch das Bild durchlaufenen Abstände stehen in Beziehung mit der erwarteten Pehlanpassung der beiden Fingerabdruckstellungen. Typischerweise haben länge und Breite des Rasters eine Größenordnung von etwa 2,5 cm oder weniger.

Entweder gleichzeitig mit der vertikalen und horizontalen Abtastung oder nach den Abtastungen, am Ende jedes Raster-

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durchgangs, wird das Bild des Abdrucks 23 gegen den Abdruck

22 verdreht. In der vorzugsweisen Ausführungsform wird dies am einfachsten erreicht durch Drehung der Kartenhalterung 71 um eine Achse, die auf der Oberfläche des Abdrucks 22 senkrecht steht und durch den Mittelpunkt des Abdrucks 22 verläuft.

Halterung 71 ist drehbar auf Welle 84 angebracht, die nach hinten von der Rückseite der Halterung 71 von einem Punkt ausgeht, der auf die Mitte der Öffnung 72 ausgerichtet ist. Ein Elektromotor 85 treibt Welle 84 über ein Antriebsgetriebe 87 mit Zahnrädern 88. Zwei Mikroschalter 89, 91 werden von dem an Welle 84 befestigten Stift 92 ausgelöst.

Halterung 71 befindet sich in der in Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Stellung, wenn Karte 16 eingesetzt wird. Bei Beginn der Abtastung dreht Motor 85 Halterung 71 in mehreren zeitlich aufeinander abgestimmten Schritten in der in Figur 3 gewählten Darstellung im Uhrzeigersinn weiter. Wenn Stift 92 Schalter 89 auslöst, ist die Abtastung abgeschlossen und Antriebssystem 73 wird abgestellt. Die an Welle 84 befestigte Feder 94 dreht Halterung 71 in die andere Richtung, bis ein Stillstand an dem am Chassis befestigten Anschlag 93 eintritt. Stift 92 löst Mikroschalter 91 aus, was das Ende des Vergleichsvorgangs anzeigt und zum Abschalten des gesamten Systems führt.

Die Verdrehung des Abtastrasters des profilierten Bildes

23 um Abdruck 22 kann in anderer Weise- bewirkt werden, so mit

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dem in Figur 15 dargestellten Umkehrprisma oder mit der in !Figur 16 dargestellten Spiegelanordnung.

Die Drehgeschwindigkeit muß in jedem Fall begrenzt werden, sodaß kein Punkt im projizierten Bild sich um mehr als ein auflösbares-Element in der Zeit bewegt, die einem vollen Abtastmuster entspricht. Die insgesamt benötigte Winkeldrehung hängt von der zu erwartenden Winkelfehlanpassung der beiden Abdrücke ab. Die Fehlanpassung beträgt typischerweise nicht mehr als +15°.

In einem typischen Abtast programm, das eine mögliche Korrelation zwischen den beiden Abdrücken in einem Zeitraum von 4 Sekunden feststellen soll, kann die Oszillationsfrequenz der vertikalen Abtastung 200 Hz und die der horizontalen Abtastung 2 Hz betragen, wodurch sich 100 Abtastlinien pro Bild ergeben. Da die Liniendichte von Fingerabdrucken etwa 20 Linien pro Zentimeter beträgt, ist bei einer Gesamtbildbreite von 1,8 cm die Liniendichte zur eindeutigen Feststellung des Korrelationspunkts ausreichend, falls überhaupt ein solcher vorliegt.

Wenn gleichzeitig einer der Abdrücke mit einer Winkelgeschwindigkeit von 2° pro Rasterbild gedreht wird, wird bei einer Drehgeschwindigkeit von 8° pro Sekunde eine Abtastung über einen Winkelbereich von 32° in den dafür vorgesehenen 4 Sekunden durchgeführt, da für jedes Rasterbild 0,25 Sekunden gebraucht werden. In diesen 4 Sekunden wird der Abdruck in der Form von 16 aufeinander folgenden Rasterbildern abgetastet.

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Die obigen Angaben stellen nur Beispiele dar, und verschiedene Kompromisse zwischen Abtastgeschwindigkeit und Abtastzeit oder Abtastwinkel und Zeit sind möglich.

Eine Nachweisvorrichtung 96 ist vorgesehen zur Feststellung der Änderungen in der Lichtenergie, die durch Pingerabdruck 22 durchgelassen oder an ihm reflektiert wird, während das beleuchtete Bild des Abdrucks 25 abgetastet wird. Die hierbei auftretenden Veränderungen werden in ein entsprechendes elektrisches Analogsignal umgewandelt.

In der in Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsform des Detektors, für die Fingerabdrucke 22 und 23 auf undurchsichtiges Papier aufgedruckt sind, besteht die Nachweis vor richtung 96 hauptsächlich aus einem Photodetektor 97, der in der Nähe der Ebene des Fingerabdrucks 22 so angeordnet ist, daß er in der bestmöglichen Weise der von der Ebene des Fingerabdrucks 22 reflektierten lichtenergie exponiert wird.

Die Bewegung des beleuchteten Bildes des Abdrucks 23 in der Ebene des Abdrucks 22 verändert den Abstand zwischen dem projezierten Bild und dem Photodetektor. Falls diese Abstandsänderung nicht korrigiert würde, würde sie die auf den Photodetektor auffallende Strahlung gemäß dem bekannten quadratischen Abstandsgesetz verändern. Dies würde wiederum eine Scheinmodulation des Ausgangssignals des Detektors ergeben.

Um dies zu vermeiden, ist ein Spiegel 98 in der Nähe des Abdrucks 22 an der dem Detektor 97 gegenüberliegenden Seite der Öffnung 72 angebracht. Spiegel 98 hat zur Folge, daß

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Photodetektor 97 zwei sich bewegende Bilder "sielrfc", nämlich das direkte Bild und ein zweites, reflektiertes Bild. Wenn sich das direkte Bild von Photodetektor 97 wegbewegt, bewegt sich das in Spiegel 98 reflektierte Bild auf Photodetektor 97 zu und umgekehrt. Insgesamt ergibt sich damit, daß sich die Wirkung der Relativbewegung auf die vom Photodetektor empfangene Strahlung heraushebt und die dadurch hervorgerufene Scheinmodulation des Signals wird vermieden. Das gleiche Ergebnis wird erhalten durch das Einsetzen einiger um Öffnung 72 verteilter Detektoren, die dann statt des Spiegels verwendet werden.

Das Ausgangssignal des Photodetektors 97 wird an geeignete Schaltungen angeschlossen, die Rauschen und unerwünschte Signale ausfiltern und das gewünschte Korrelationssignal herausarbeiten, falls ein derartiges Korrelationssignal auftritt.

Figur 5 zeigt schematisch die Zusammenhänge zwischen dem Beleuchtungssystem, dem optischen System und dem Nachweis- und Abtastsystem der beschriebenen Ausführungsform. Außerdem ist in Figur 5 gestrichelt die Anordnung von Untersystemen angegeben, die in einem erfindungsgemäßen Identifikationssystem verwendet werden können, wenn statt der undurchsichtigen Abdrücke 22, 23 Diapositive verwendet werden. Die in diesem Pail vorzunehmende Abänderung des Systems ist verhältnismäßig einfach.

Zusätzlich zu den öffnungen 32 und 72 in Halterungen 31

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bzw. 71 sind Öffnungen 101 bzw. 102 an den Rückseiten der beiden Halterungen angebracht. Lampe 38' und Reflektor 39' sind hinter Öffnung 101 in Halterung 31 angebracht und das intensive, sichtbare Licht wird durch öffnung 101, Abdruck 23 und Öffnung 33 mit Kondensorlinsen 103 gerichtet. Detektor 97" ist hinter Öffnung 102 in Halterung 71 angebracht und weist Veränderungen der durch Öffnung 72 fallenden Beleuchtungsintensität nach, wobei die Strahlung durch durchsichtigen Abdruck 22 und Öffnung 102 fällt und durch Feldlinse 104 gebündelt wird. Da der Detektor 97' ia einer Stellung angebracht werden kann, die koachsial mit dem durch Abdruck 22 fallenden Lichtstrahl ist, wird Spiegel 98 in dieser Anordnung nicht benötigt.

Figur 21 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein "lebender" Abdruck anstelle des undurchsichtigen Fingerabdrucks 23 oder eines Diapositivs verwendet wird.

Hierbei wird von einer bekannten Lichtquelle 111 ausgehendes Licht durch Linse 112 gesammelt und durch ein Prisma 113 mit Totalreflexion geschickt. Das von Prisma 113 emittierte Licht wird mit einer Feldlinse 114 gebündelt und in bekannter Weise durch ein optisches System 47 zur Projektion und räum-' liehen Filterung weiterprojiziert, das dem in Figuren 2, 3 und 4 dargestellten System ähnelt. Das derart optisch vorbehandelte Bild wird über eine Abtastvorrichtung 48' mit Spiegeln, die der vorher beschriebenen Ausführungsform ähnelt,

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und' dann durch, ein verdrehtes Umkehrprisma 115 weitergeleitet und auf Fingerabdruckexemplar 22' gerichtet. Nachweisvorrichtung 96' ist neben Abdruck 22' angebracht und funktioniert in der oben beschriebenen Weise, um ein Ausgangs signal entsprechend den Änderungen der von Abdruck 22' reflektierten Strahlung zu erzeugen. Der "lebendige" Fingerabdruck wird in bekannter Weise dadurch erhalten, daß der Finger 116 der zu identifizierenden Person so auf die Oberfläche des Prismas 113 gelegt wird, .daß die die Oberfläche berührenden Erhebungen des Fingerabdrucks das auf sie auffallende, im Prismeninnern reflektierte Licht streuen.

In jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung "sieht" Detektor 97 bei der Abtastung des Bildes des Abdrucks 23 über Abdruck 22 eine gewisse zufällige Veränderung der reflektierten Strahlung. Figur 17 zeigt ein typisches, von derartigen Veränderungen herrührendes Detektorsignal. Derartige zufällige Veränderungen treten sowohl bei zusammenpassenden als auch bei nicht zusammenpassenden Fingerabdrücken auf. Wenn jedoch die Fingerabdrücke zusammenpassen, tritt im Augenblick der Überdeckung des Bildes des Abdrucks 23 mit Abdruck 22 ein scharfer Korrelationsimpuls 118 in Form einer Spitze auf.

Als Maß der Korrelation gilt das Verhältnis der Amplitude des Impulses 118 zum Effektivwert des zufälligen, nicht korrelierten Signals. Diese Wahl wird getroffen, da die Amplitude des durch zufällige Änderungen hervorgerufenen Signals proportional ist sämtlichen Einflüssen aufgrund der Abdruck-

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qualität und der Beleuchtung, die die Höhe des Korrelationsimpulses bestimmen. Das zufällige Signal stellt damit den Normalisierungsfaktor dar.

Die Absolutwerte des hochfrequenten Korrelationsimpulses und der niederfrequenten zufälligen Signale können über mehrere Größenordnungen variieren, doch bleibt das Verhältnis der beiden Signalamplituden verhältnismäßig konstant. Zusätzlich können Störsignale durch verschiedene bei der Abtastung auftretende Ursachen erzeugt werden, und diese Signale können größer sein als der Korrelationsimpuls 118 und diesen verdecken. Um derartige Störsignale und Abtastrauschen zu unterdrücken und um eine genaue Verhältnismessung durchzuführen, werden in der erfindungsgemäßen Anordnung die Signale neben der vorher beschriebenen räumlichen Filterung noch zusätzlich verändert. Dadurch wird das gesamte Signal:Rausch-Verhältnis verbessert und das System kann auch noch eine Korrelation in schlechten Fingerabdrucken nachweisen, was zur Erhöhung der Genauigkeit und der Reproduzierbarkeit beiträgt. Figur 18 ist ein typisches Beispiel des in Figur 17 dargestellten Signals nach der oben beschriebenen Signalumformung.

Wie aus der vereinfachten Darstellung der Figur 19 ersichtlich, besteht die erste Stufe einer Schaltung zur Signalumwandlung aus einem bekannten Vorverstärker mit niedrigem Rauschpegel und einem Hochpaßfilter 121, das dem Detektor 97 nachgeschaltet ist, um das gewünschte Signal stärker hervor-

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treten zu lassen und um unerwünschte niederfrequente Signalverzerrungen und Untergrundrauschen zu unterdrücken. Das in Figur 18 dargestellte Signal wird von dieser Stufe mit optimaler Filterung erzeugt.

Ein anderes wichtiges Kennzeichen der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Signalumformung ergibt sich aus dem Verfahren zur Ableitung des Verhältnisses der Korrelationsspitze 18 zum normalisierten Rauschen.

Dazu wird ein Verstärker 122 mit automatischer Regelung des Verstärkungsgrads verwendet, der sich auf den Pegel der Rauschsignale einstellt und den Ausgangspegel auf einen bestimmten Wert hält, unabhängig von dem vom Detektor 97 nachgewiesenen Eingangssignalpegel und unabhängig von einer Dauer beleuchtung, die von Streulicht herrühren kann und auf Detektor 97 trifft. Verstärker -122 spricht so rasch an, daß er den Veränderungen des Signalpegels bei der Abtastung verschiedener Teile des Musters folgt; Verstärker 122 spricht jedoch nicht so rasch an, daß die automatische Verstärkungsregelung den Korrelationsimpuls 118 bei dessen Auftreten erfaßt.

Da der Pegel der zufälligen, nicht korrelierten Signale unabhängig von der Abdruckqualität und der Beleuchtung konstant gehalten wird, wird ein Schwellwert 123 auf einem Pegel oberhalb des zufälligen Ausgangspegels eingestellt. Typischerweise ist der Schwellwert '5-6 Mal so groß wie der Pegel der zufälligen Ausgangssignale. Wenn die Fingerabdrücke

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zusammenpassen, ist die Korrelationsspitze 118 gewöhnlich 8-15 Mal größer als der von den zufälligen Signalen hervorgerufene Pegel. Wenn die Fingerabdrucke nicht zusammenpassen, sind die größten beobachteten Korrelationsspitzen zumeist nicht größer als der fünffache Wert des zufälligen Signalpegels.

Gelegentlich werden Paare nicht zusammengehöriger Abdrücke gefunden, die jedoch so ähnlich sind, daß das beleuchtete Bild der Abdruckprobe eine hohe Korrelationsspitze an einer bestimmten Stelle des Vergleichsabdrucks ergibt. Jedoch ist die statistische Wahrscheinlichkeit dafür, daß dies eintritt, für die für die Vergleichsvorrichtung vorgesehenen Anwendungsfälle innerhalb akzeptabler Grenzen. Doch sogar diese seltenen Fälle können mindestens teilweise ausgeschaltet werden durch Anheben des Schwellwerts.

Eine Betätigungsvorrichtung 124 in der Form eines Relais, eines gesteuerten Silizium-Gleichrichters oder dergleichen spricht auf den den Schwellwert überschreitenden Korrelationsimpuls an und löst eine Anzeige aus, beispielsweise ein grünes Licht, um eine positive oder annehmbare Identifizierung kenntlich zu machen.

Schalter 21 gibt den Befehl zur Abtastung und löst den Abtastmechanismus, einschließlich Motor 85, aus. Am Ende des Abtastvorgangs dient Mikroschalter 91 als Fühler für die Beendigung der Abtastung und schaltet das System ab. Wenn zu diesem Zeitpunkt keine positive Korrelation festgestellt

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wurde, wird ein Absehaltsignal durch Gatter 125 geschickt, wodurch das rote Licht 19 zum Aufleuchten gebracht wird, das mangelnde Übereinstimmung zwischen Probeabdruck 23 und Vergleichsabäruck 22 anzeigt.

Aufgrund ihrer Bauweise und Betriebsweise ist die erfin- " dungsgemäße Vergleichsvorrichtung geeignet für verschiedene spezielle Anwendungsfälle. Einige dieser Anwendungsfälle sind in Figur 20 dargestellt.

Wenn die Untersysteme zur Abtastung und zum Nachweis in einer modularen Einheit 127 zusammengefaßt werden, können verschiedene Vorrichtungen in der Form der Einheit 128 zur Eingabe verwendet werden. Der feste, in Figuren 2, 3 und 4 dargestellte Halter für den Abdruck oder das Projektionssystem für den "lebenden" Abdruck der Figur 20 können wahlweise verwendet werden.

Statt der einfachen Anzeige mit Lämpchen 18, 19 kann eine Ausgangseinheit 129, die eine Druckausgabe 131 liefert, der Abtasteinheit 127 zugeschaltet werden, die ihrerseits wieder mit Tasten 132 zur Aufzeichnung von Buchungen verwendet werden kann, beispielsweise in einem Restaurant, einem Kaufhaus oder anderen Geschäftsunternehmen.

Aus der obigen, notwendigerweise beschränkten Beschreibung einiger vorzugsweiser Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung folgt, daß die Bauweise und die Verwendungszwecke der Vorrichtung im Rahmen der Erfindung abgeändert werden können, wie dies durch die folgenden Patentansprüche definiert ist.

509847/0888 opitimai ,«„

ukfgfnal inspected

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

_V1y Vorrichtung zum raschen automatischen Vergleich zweier Muster, die ohne bestimmte Ausrichtung auf einer begrenzten ebenen Fläche aufliegen, gekennzeichnet durch eine intensive, nicht kohärente Lichtquelle, die ein erstes der beiden Muster beleuchtet; eine zwischen die Muster eingesetzte optische Projektionsvorrichtung, die das Bild des ersten Musters dem zweiten Muster überlagert und die erste und zweite koachsiale Linsen umfaßt, die so angeordnet sind, daß die Peripherie des Bildes des ersten, von der ersten Linse auf die^zweite Linse projezierten Musters von der ■ zweiten Linse abgeschwächt wird; eine zwischen die optische Projektionsvorrichtung und das zweite Muster eingesetzte Abtastvorrichtung, durch die das zweite Muster in einem sich wiederholenden Abtastraster vom Bild des ersten Musters überstrichen wird; eine Drehvorrichtung, die das Abtastmuster gegen das zweite Muster um eine Achse verdreht, die durch das zweite Muster senkrecht zu der von ihm definierten Ebene verläuft; eine neben dem zweiten Muster angebrachte i <?ττητ·τ·ϊ nhtimff. rH « auf dip S+rahliiTlfl¹ ans iml fiht. die

vorrichtung, die auf die Strahlung anspricht, die aus der Überlagerung des Bildes des ersten Musters mit dem zweiten Muster hervorgeht, und die ein elektrisches Signal abgibt, dessen Amplitude und Frequenz die Strahlungsdichte kennzeichnen; an die Nachweisvorrichtung angeschlossene Mittel zur elektrischen Signalverarbeitung, die die Amplitude des Signals mit einem bestimmten Korrelationsschwellwert vergleichen; und eine auf die Mittel zur Signalverarbeitung ansprechende Anzeigevorrichtung, die von den Mitteln zur Signalverarbeitung ausgelöst wird, wenn das Signal den Schwellwert überschreitet, um damit die Übereinstimmung der beiden Muster anzuzeigen.

3. Vorrichtung zum raschen automatischen Vergleich zweier Muster, die ohne bestimmte Ausrichtung auf einer begrenzten ebenen Fläche aufliegen, gekennzeichnet durch eine intensive, nicht kohärente Lichtquelle, die ein erstes der beiden Muster beleuchtet; eine zwischen die Muster eingesetzte optische Projektionsvorrichtung, die das Bild des ersten Musters dem zweiten Muster überlagert; mit der optischen Projektionsvorrichtung zusammenwirkende Bildüberhöhungsmittel zur räumlichen Ausfilterung des Bildes; eine zwischen die optische Projektionsvorrichtung und das zweite Muster eingesetzte Abtastvorrichtung, durch die das zweite Muster in einem sich wiederholenden Abtastraster vom Bild des ersten Musters überstrichen wird und die zwei im Strahlengang des von der optischen Projektionsvorrichtung projizierten Bildes des ersten

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Musters angeordnete Reflektoren aufweist, die zur Ausführung von Drehschwiiigungen um zueinander senkrechte Achsen gelagert sind und von zwei Antriebsvorrichtungen in oszillierender Drehung um diese Achsen gehalten werden, wodurch auf das Bild des ersten Mustere eine Abtastbewegung übertragen wird; eine Drehvorrichtung, die das Abtastmuster gegen das zweite Muster um eine Achse verdreht, die durch das zweite Muster senkrecht zu der von ihm definierten Ebene verläuft; eine neben dem zweiten Muster angebrachte Nachweisvorrichtung, die auf die Strahlung anspricht, die durch Überlagerung des Bildes des ersten Musters mit dem zweiten Muster erzeugt wird, und die ein elektrisches Signal abgibt, dessen Amplitude und Iretiuenz die Strahlungsdichte kennzeichnen; an die Hachweisvorrichtung angeschlossene Mittel zur elektrischen Signalverarbeitung, die die Amplitude des Signals mit einem vorbestimmten Korrelationsschwellwert vergleichen; und eine auf die Mittel zur Signalverarbeitung ansprechende Anzeigevorrichtung, die von den Mitteln zur Signalverarbeitung ausgelöst wird, wenn das Signal den Sohwellwert überschreitet, um damit die Übereinstimmung der beiden Muster anzuzeigen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Halterungen für das erste und zweite Muster und Vorrichtungen zur Drehung einer der Halterungen um eine Achse, die durch das zugeordnete Muster verläuft und senkrecht auf der Ebene dieses Musters steht, wodurch das rasterförmige Abtastmuster um das zweite Muster rotiert.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3> gekennzeichnet durch optische Mittel, mit denen das Abtastraster gegen das zweite Muster verdreht wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5> gekennzeichnet durch ein in den Strahlengang des Bildes des ersten Musters eingesetztes Umkehrprisma und durch Vorrichtungen zur Drehung dieses Umkehrprismas um seine optische Achse.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine in den Strahlengang des Bildes des ersten Musters eingesetzte K-Spiegelanordnung und eine Antriebsvorrichtung zur Drehung der K-Spiegelanordnung um ihre optische Achse.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen an der Kante des zweiten Musters angebrachten Photodetektor zum Empfang von Strahlung direkt vom zweiten Muster und einen an der Kante des zweiten Musters vom Photodetektor abgesetzt angebrachten Reflektor, um Strahlung vom zweiten Muster in den Photodetektor zu reflektieren.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur elektrischen Signalverarbeitung in Serie geschaltet einen Vorverstärker, ein Hochpaßfilter, einen Verstärker mit automatischer Eegelung des Verstärkungsgrads und eine Schwellwertstufe umfassen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertstufe einstellbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung für das erste Muster ortsfest ist, daß die

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Halterung für das zweite Muster drehbar um eine Achse angeordnet ist, die durch das zweite Muster und senkrecht zur Ebene des Musters verläuft, und daß eine Antriebsvorrichtung die Halterung für das zweite Muster um die oben definierte Achse dreht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung das Abtastraster bei der Beendigung aufeinanderfolgender rasterförmiger Abtastbilder um einen bestimmten Betrag weiterdreht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung das Abtastraster kontinuierlich während aufeinanderfolgender rasterförmiger Abtastbilder weiterdreht.

H. Vorrichtung zum raschen automatischen Vergleich zweier Muster, die ohne bestimmte Ausrichunng auf einer begrenzten ebenen fläche aufliegen, gekennzeichnet durch eine ein erstes der beiden Muster mit nicht kohärentem Licht beleuchtende Glühlampe; eine optische Projektionsvorrichtung, die das Bild des ersten Musters in einen optischen Strahlengang projiziert; eine Vorrichtung zur Bildüberhöhung, die im optischen Strahlengang eingesetzt ist und das Bild an seiner Peripherie verwischt; eine Halterung für das zweite Muster, mit der das Muster um eine durch das Muster gehende, zu ihm senkrechte Achse gedreht werden kann; zwei im optischen Strahlengang angebrachte, oszillierende Reflektoren, die zusammenwirkend das überhöhte Bild über dem zweiten Muster in einer wieder-

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holten rasterförmigen Abtastung überstreichen; einen Photodetektor, der so angebracht ist, daß er die von der Überlagerung des überhöhten Bildes mit dem zweiten Muster erzeugte Strahlung nachweisen kann und darauf ein elektrisches Signal liefert; eine an den Photodetektor angeschlossene, von ihm betriebene Schaltung zur Signalverarbeitung, die in Reihe geschaltet einen Vorverstärker, ein Hochpaßfilter, einen Verstärker mit automatischer Regelung des Verstärkungsgrads und eine Schwellwertstufe enthält; und eine vom Ausgangssignal der Schaltung zur Signalverarbeitung betätigte Anzeigevorrichtung, die ausgelöst wird, wenn das Ausgangssignal einen bestimmten Schwellwert überschreitet, um damit die Übereinstimmung der beiden Muster anzuzeigen.

15. Vorrichtung zum raschen automatischen Vergleich zweier Muster, die ohne bestimmte Ausrichtung auf einer begrenzten ebenen Fläche aufliegen, gekennzeichnet durch ein Chassis; eine erste, am Chassis befestigte Halterung zur lösbaren Aufnahme eines ersten der beiden Muster; eine zweite, gegen die erste versetzte Halterung zur lösbaren Aufnahme des zweiten Musters; eine am Chassis neben der ersten Halterung angebrachte Glühlampe hoher Lichtintensität; einen am Chassis befestigten elliptischen dichroitischen Reflektor mit einer sehr niedrigen Blendenzahl, der von der Lampe ausgehende, nicht kohärente Strahlung hoher Intensität auf das erste Muster wirft; eine am Chassis neben dem ersten Muster angebrachte undurchsichtige Blende mit einer Öffnung zur Begrenzung

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des Bildes des ersten Musters, das durch die Blende sichtbar ist; eine am Chassis zwischen den Mustern angebrachte optische Projektionsvorrichtung mit im Abstand voneinander angebrachten ersten und zweiten Linsen und mit einer zweiten undurchsichtigen Blende mit einer in ihr angebrachten Öffnung zur Bildüberhöhung, wobei die zweite Blende zwischen den Linsen angebracht ist und ihre Öffnung auf der optischen Achse der Linsen im Abstand vom Brennpunkt der ersten Linse gelegen ist; einen am Chassis befestigten ersten Reflektor, der so angeordnet ist, daß er das durch die erste Blende sichtbare Bild des ersten Musters auf die zweite Linse wirft; einen im Strahlengang des vom Projektor entworfenen Bildes angebrachten zweiten Reflektor, der auf dem Chassis begrenzte Drehschwingungen um eine zum Strahlengang senkrechte Achse ausführen kann;einen neben dem zweiten Reflektor auf dem Chassis im Strahlengang des vom zweiten Reflektor reflektierten Bildes angebrachter dritter Reflektor, der eine begrenzte oszillierende Drehbewegung um eine Achse ausführen kann, die parallel ist zum Strahlengang des vom Projektor erzeugten Bildes, wobei der zweite und der dritte Reflektor so gegenüber der zweiten Halterung angeordnet sind, daß das vom zweiten Reflektor reflektierte Bild dem zweiten Muster überlagert wird; zwei am Chassis angebrachte, an den zweiten bzw. dritten Reflektor angekoppelte Antriebe für die Reflektoren, die dadurch das Bild des ersten Musters über dem

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zweiten Muster in einer sich wiederholenden rasterförmigen Abtastung überstreichen; eine am Chassis angebrachte Befestigung für die zweite Halterung zu deren begrenzter Drehung um eine Achse, die durch das zweite Muster senkrecht zu ihm verläuft; einen am Chassis befestigten Motor zum Antrieb der zweiten Halterung, um damit das zweite Muster gegen das rasterförmige Abtastmuster zu verdrehen; einen am Chassis neben der Kante des zweiten Musters angebrachten Photodetektor, der auf die nicht kohärente Strahlung anspricht, die sich aus der Überlagerung des beleuchteten Bildes des ersten Musters mit dem zweiten Muster ergibt; einen am Chassis neben der Kante des zweiten Musters dem Photodetektor abgelegen angebrachten vierten Reflektor, der licht vom zweiten Muster auf den Photodetektor reflektiert; eine an den Ausgang des Photodetektors angeschlossene Schaltung zur Signalverarbeitung, die einen Vorverstärker, ein Hochpaßfilter, einen Verstärker mit automatischer Regelung des Verstärkungsgrads und eine Schwellwertstufe enthält; und eine an die Schaltung zur Signalverarbeitung angeschlossene, von ihr betätigte Anzeigevorrichtung, die ausgelöst wird, wenn das Ausgangssignal des Verstärkers mit automatischer Verstärkungsgradregelung einen bestimmten Korrelationsschwellwert überschreitet, um damit die Übereinstimmung der beiden Muster anzuzeigen«

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