DE3707808A1

DE3707808A1 - Vorrichtung zur videoerfassung des papillarleistenmusters an der fingerkuppe eines menschen

Info

Publication number: DE3707808A1
Application number: DE19873707808
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Perich; Hans Georg Schilling
Original assignee: SIM SCHILLING INTER MANDATA GM
Current assignee: SIM SCHILLING INTER MANDATA GM
Priority date: 1987-03-11
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1988-09-22

Description

Das Muster der Papillarleisten (Hautleisten; Dermatoglyphen) an der Fingerkuppe bzw. Fingerbeere eines Menschen ist ein wichtiges Identifikationsmittel. Bekannterweise werden im Rahmen der polizeilichen Ermittlungsarbeit Fingerabdrücke von Personen genommen, auf geeigneten Datenträgern gespeichert und behördenintern übermittelt.

Daneben wird auch in öffentlichen und privaten Sicherheitsbe reichen der Fingerabdruck zur eindeutigen Identifikation einer bestimmten Person herangezogen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Aufbau unaufwendige, kompakte und bedienungsfreundliche Vorrichtung zur Erfassung des Papillarleistenmusters an der Fingerkuppe eines Menschen anzugeben, die schnell ein leicht zu speicherndes, zu über mittelndes und weiterzuverarbeitendes Bildsignal von hoher Qualität liefert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Video erfassung des Papillarleistenmusters an der Fingerkuppe eines Menschen mit einem Video-Bildaufnehmer, der eine lichtempfind liche Sensorfläche hat, und mit einer faseroptischen Linse, an der eine Auflage für den Finger ausgebildet ist, deren Oberfläche faseroptisch auf die Sensorfläche scharf abgebil det wird.

Die Erfindung nutzt die Videotechnik für die Erfassung des Papillarleistenmusters. Man erhält das Videobild eines Finger abdrucks, das auf Monitoren sichtbar gemacht, in konventionel len Bildspeichern abgelegt und in Videonetzen übertragen werden kann. Damit ist ein schneller, dezentraler Zugriff auf den Datenbestand möglich. Papierkopien können leicht mit einem Videodrucker gezogen werden. Die Videotechnik er öffnet überdies weite Möglichkeiten der elektronischen Kon trastverstärkung und Bildverarbeitung und den direkten An schluß an einen Rechner.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer faseroptischen Linse, an der eine Auflage für den Finger ausgebildet ist, und die faseroptisch scharfe Abbildung der Auflagenoberfläche auf die lichtempfindliche Sensorfläche eines Video-Bildauf nehmers erreicht man bei höchst kompaktem Aufbau eine ausge zeichnete Bildqualität. Verglichen mit einer konventionellen Optik, die ungleich sperriger bauen würde, ist überdies die Bildverzerrung durch Abbildungsfehler gering und eine gute Ausleuchtung der aufzuzeichnenden Fingerfläche in unaufwendi ger Weise zu erreichen. Hervorzuheben sind auch die geringen Dämpfungsverluste und der gute Abbildungskontrast einer faser optischen Linse.

Die Oberfläche der Auflage für den Finger kann eine erste Fokalfläche, und die Sensorfläche des Video-Bildaufnehmers eine zweite Fokalfläche der faseroptischen Linse darstellen. Die Abbildung der faseroptischen Linse kann dann als in sehr guter Näherung verzerrungsfreie Versetzung des an der Ober fläche der Auflage erscheinenden Bilds des Fingers auf die Sensorfläche betrachtet werden. Daraus folgt eine ausgezeich nete Bildauflösung und ein hoher Kontrast.

Vorzugsweise entwirft die faseroptische Linse eine verklei nerte Abbildung der Auflagenoberfläche auf die Sensorfläche, wobei der Abbildungsmaßstab vorzugsweise zwischen 1 : 2 und 1 : 3 liegt. Diese Bildverkleinerung trägt der Tatsache Rech nung, daß die wirksamen Sensorflächen herkömmlicherweise zur Verfügung stehender Video-Bildaufnehmer deutlich kleiner sind, als die aufzuzeichnende Fingerfläche. Bei der hohen Transmission gegenwärtig zur Verfügung stehender faseropti scher Linsen geht mit der Bildverkleinerung eine Kontrast verbesserung einher.

Die Auflage für den Finger kann als Mulde in der faseropti schen Linse ausgebildet sein. Die Mulde ist dabei so zu dimen sionieren, daß ein Finger gerade hinein paßt. Vorteile dieser Anordnung sind die präzise Positionierung des Fingers, die Vergrößerung der erfaßten Fingerfläche hinein in die Rundun gen der Fingerkuppe und die einfachere Verhinderung eines Eintritts von Falschlicht in die faseroptische Linse.

Die Sensorfläche des Video-Bildaufnehmers kann von der Pixel ebene (Ebene der lichtempfindlichen Rasterpunkte) eines CCD- Bildsensors (ladungsgekoppelten Halbleiter-Bildsensors) oder der Fotokathodenebene einer Video-Bildaufnahmeröhre gebildet werden. Die faseroptische Linse kann der jeweiligen Sensor fläche unmittelbar vorgeordnet sein. In einer alternativen, insbesondere für CCD-Bildsensoren in Betracht kommenden Bau form befindet sich vor deren Sensorfläche eine faseroptische Ankoppelplatte, auf deren äußerer Oberfläche das aufzuzeich nende Bild anstehen muß. Hierzu wird die faseroptische Linse in unmittelbare Anlage und optische Verbindung mit der An koppelplatte gebracht. Man übermittelt so das Bild des Fingers bei geringem apparativem Aufwand und guter Bildqualität fa seroptisch über zwei Stufen.

Die Beleuchtung des Fingers bei der Aufnahme des Papillarlei stenmusters kann in Transmission erfolgen. Dank der hohen Empfindlichkeit herkömmlicher Video-Bildaufnehmer ist nur eine geringe Lichtstärke erforderlich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält vorzugsweise eine Lichtquelle, die die Fingerkuppe von der der faseroptischen Linse abgewandten Seite her beleuchtet. Weiter ist eine Abdeckung vorgesehen, innerhalb derer der Finger während der Aufnahme des Papillar leistenmusters unter lichtdichtem Abschluß zu liegen kommt. Hierdurch wird einem Eintritt von Falschlicht in die faser optische Linse vorgebeugt und die Bildqualität verbessert.

Die Erfindung sieht weiter einen Niederhalter vor, der die Fingerkuppe während der Aufnahme des Papillarleistenmusters an der Auflage hält. Der Finger wird dadurch präzise positio niert und ruhiggestellt, und es wird ein wohldefinierter Anpreßdruck auf den Finger ausgeübt, was der exakten Reprodu zierbarkeit des erfaßten Fingerabdrucks zugute kommt.

In einer bevorzugten Bauform der Erfindung sind Niederhalter, lichtdichte Abdeckung und Beleuchtung des Fingers zu einer Einheit zusammengefaßt. Es kann sich dabei um einen Deckel handeln, der in einer Stellbewegung auf die faseroptische Linse hin und davon weg betätigbar ist. Der Deckel weist eine sich an den Finger anlegende, lichtdichte elastische Manschette auf, die zusammen mit der Mulde in der faseropti schen Linse einen vollständigen optischen Einschluß des Fin gers bei der Aufzeichnung des Papillarleistenmusters sicher stellt. Weiter enthält der Deckel eine Lichtquelle, die ins besondere in der Manschette versenkt zu liegen kommen kann.

Der Deckel kann an einem schwenkbar gelagerten, motorisch verstellbaren Halter angebracht sein. Seine Stellbewegung und der Ablauf des Videoaufnahmevorgangs selbst können automa tisch gesteuert sein, wozu man insbesondere die Signale von Sensoren heranzieht, die das Vorhandensein eines Fingers an der Auflage sowie die Position des Deckels anzeigen.

Dem Video-Bildaufnehmer der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Einrichtung zur elektronischen Kontrastverstärkung nachgeschaltet sein. Zu der Vorrichtung gehört weiterhin ein Monitor, der eine Kontrolle des Aufzeichnungsergebnisses gestattet, und ein Video-Bildspeicher zum Abspeichern der aufgezeichneten Fingerabdrücke. Des weiteren können ein Vi deodrucker, ein Anschluß an ein Video-Übertragungsnetz und gegebenenfalls weitere Schnittstellen vorhanden sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnun gen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Schematisch zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer Vorrichtung zur Videoer fassung des Papillarleistenmusters an der Finger kuppe eines Menschen;

Fig. 2 eine Vorderansicht wesentlicher Teile der Vorrich tung mit Blick in Richtung II von Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine faseroptische Linse der Vorrichtung nach III von Fig. 1.

Zur der dargestellten Vorrichtung gehört eine faseroptische Linse 10, die im wesentlichen drehsymetrisch bezüglich ihrer Längsmittelachse ist und eine abgerundet konische Mantel fläche hat. Die Linse 10 ist aus einer großen Vielzahl einzel ner ummantelter Glasfasern aufgebaut, von denen jede einzelne einen Durchmesser von ca. 10 Mikrometer hat und sich im wesentlichen in Axialrichtung der Linse 10 erstreckt. Die Fasern sind in einem mehrstufigen Prozeß unter Druck und hoher Temperatur an ihrer Umhüllung miteinander verschmol zen, wobei die konische Form der Linse 10 durch ein gleich zeitiges Ziehen erhalten ist. Die Linse 10 bildet ein an ihrer einen Stirnfläche 12 anstehendes Bild verzerrungsfrei und scharf auf ihre andere Stirnfläche 14 ab. Dabei erfolgt eine Vergrößerung oder Verkleinerung, deren Abbildungsmaß stab dem Flächenverhältnis der Stirnflächen 12, 14 entspricht.

Auf der größeren Stirnfläche 12 der faseroptischen Linse 10 ist eine Mulde 16 herausgearbeitet, in die der Finger eines Menschen paßt. Es handelt sich um eine symmetrisch be züglich eines Durchmessers gestaltete Sackmulde, deren Boden 18 quer zu ihrer Längsrichtung gesehen (vgl. Fig. 2) gerundet ist, und deren geschlossenes Ende 20 ebenfalls in einer Wöl bung ausläuft.

Vor der kleineren Stirnfläche der faseroptischen Linse 10 liegt ein CCD-Bildsensor 22 für Videoaufzeichnung. Einem Halbleiterelement 24 mit der lichtempfindlichen Pixelebene ist eine faseroptische Ankoppelplatte 26 vorgeordnet, und auf dieser sitzt unmittelbar die Linse 10 auf. Auf der ande ren Seite des Halbleiterelements 24 erkennt man eine Platine 28 mit den erforderlichen elektrischen Anschlüssen. Die Pla tine 28 ist über ein Kabel 30 an eine Elektronikeinheit 32 des Video-Bildaufnehmers angeschlossen (vgl. Fig. 2).

Oberhalb der faseroptischen Linse 10 ist ein Deckel 34 vorge sehen, der als lichtdichte Abdichtung und Niederhalter für einen in die Mulde 16 eingeführten Finger dient. Der Deckel 34 hat ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse mit einer passend darin aufgenommenen Manschette 38 aus elastischem Material, insbesondere Gummi oder einem gummiähnlichen Kunst stoff. Die Manschette 38 bildet eine Rinne 40, die sich bei niedergefahrenem Deckel 34 parallel und in gleicher Länge zu der Mulde 16 an der faseroptischen Linse 10 erstreckt. Die Rinne 40 wird von einem in Längsrichtung gesehen im we sentlichen halbzylindrischen Manschettenteil 42 begrenzt, das in eine Rückwand 44 am Ende der Rinne 40 übergeht. Zu der Manschette 38 gehört weiterhin eine Dichtlippe 46, die sich über drei Seiten des Deckels 34 erstreckt und bei abge senktem Deckel 34 im Abstand von der Mulde 16 auf der größeren Stirnfläche 12 der faseroptischen Linse 10 in lichtdichte Anlage kommt. An der Öffnung der Mulde 16 ist die Rinne 40 offen.

Auf etwa halber Länge der Rinne 40 ist an der Kuppe des halb zylindrischen Manschettenteils 42 eine Öffnung 48 vorgesehen, hinter der eine am Deckel 34 angebrachte Lichtquelle bei spielsweise in Gestalt einer kleinen elektrischen Glühbirne 50 liegt. Diese dient dazu, einen in der Mulde 16 liegenden Finger bei abgesenktem Deckel 34 in Transmission vom Finger rücken her zu beleuchten.

Der Deckel 34 ist an einem Halter 52 befestigt, der seiner seits um eine gehäusefeste Achse 54 schwenkbar gelagert ist.

Ein Antriebsmechanismus zum motorischen Bewegen des Deckels 34 ist bei 56 angedeutet. Die Vorrichtung enthält nicht näher dargestellte Sensoren, die jeweils in der angehobenen bzw. abgesenkten Endstellung des Deckels 34 ein Signal geben. Ein weiterer Sensor kann ansprechen, wenn ein Finger in die Mulde 16 der faseroptischen Linse 10 eingeführt wird, so daß er diese Mulde 16 im wesentlichen voll ausfüllt.

Zur Aufzeichnung des Papillarleistenmusters wird bei abgeho benem Deckel 34 ein Finger in die Mulde 16 der faseroptischen Linse gelegt. Der letztgenannte Sensor kann dann ein Signal liefern, aufgrund dessen der Antriebsmechanismus 56 aktiviert wird, den Halter 52 verschwenkt und dadurch den Deckel 34 auf die faseroptische Linse 10 hin absenkt. Dabei legt sich die Manschette 38 lichtdicht um den Finger und auf die größere Stirnfläche 12 der faseroptischen Linse 10. Zugleich wird durch den Deckel 34 ein gewisser Anpreßdruck auf den Finger ausgeübt. Der Finger wird mit der Lichtquelle 50 in Trans mission beleuchtet, und die auf der Muldenoberfläche zu liegen kommende Fingerpartie wird durch die faseroptische Linse 10 auf deren kleinere Stirnfläche 14 und von dort über die faseroptische Ankoppelplatte 20 auf die Pixelebene des CCD- Bildsensors 22 abgebildet. Letzterer liefert ein Videobild des Papillarleistenmusters, das nach einer möglichen elektro nischen Kontrastverstärkung auf einem Monitor zur Anzeige gebracht, in einen Videobildspeicher gespeichert und mit einem Videodrucker ausgedruckt werden kann. Nach Beendigung der Aufnahme wird der Deckel 34 in Öffnungsrichtung verschwenkt, so daß der Finger wieder freikommt.

Liste der Bezugszeichen 10 faseroptische Linse
12 Stirnfläche
14 Stirnfläche
16 Mulde
18 Boden
20 Ende
22 CCD-Bildsensor
24 Halbleiterelement
26 faseroptische Ankoppelplatte
28 Platine
30 Kabel
32 Elektronikeinheit
34 Deckel
36 Gehhäuse
38 Manschette
40 Rinne
42 halbzylindrisches Manschettenteil
44 Rückwand
46 Dichtlippe
48 Öffnung
50 Glühbirne
52 Halter
54 Achse
56 Antriebsmechanismus

Claims

1. Vorrichtung zur Videoerfassung des Papillarleistenmu sters an der Fingerkuppe eines Menschen mit einem Video- Bildaufnehmer, der eine lichtempfindliche Sensorfläche hat, und mit einer faseroptischen Linse (10), an der eine Auflage für den Finger ausgebildet ist, deren Ober fläche faseroptisch auf die Sensorfläche scharf abge bildet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Auflage für den Finger eine erste Fokalfläche , und die Sensorfläche des Video-Bildauf nehmers eine zweite Fokalfläche der faseroptischen Linse (10) darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die faseroptische Linse (10) eine verkleinerte Abbildung der Auflagenoberfläche auf die Sensorfläche entwirft, wobei der Abbildungsmaßstab vorzugsweise zwi schen 1 : 2 und 1 : 3 liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage als Mulde (16) in der faseroptischen Linse (10) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorfläche von der Pixelebene eines CCD-Bildsensors (22) gebildet wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorfläche von der Fotokatho denebene einer Bildaufnehmeröhre gebildet wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorfläche eine faseroptische Ankoppelplatte (26) vorgeordnet ist, mit der die faser optische Linse (10) in unmittelbarer Anlage und optischer Verbindung steht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lichtquelle (50) enthält, die die Fingerkuppe während der Aufnahme des Papillar leistenmusters von der der faseroptischen Linse (10) abgewandeten Seite her beleuchtet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Abdeckung hat, innerhalb derer der Finger während der Aufnahme des Papillarleisten musters unter lichtdichtem Abschluß zu liegen kommt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Niederhalter hat, der die Fingerkuppe während der Aufnahme des Papillarleisten musters an der Auflage hält.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Niederhalter und Abdeckung von einem Deckel (34) gebildet sind, der in einer Stellbewegung auf die faseroptische Linse hin und davon weg betätigbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Deckel (34) eine sich an den Finger anlegende, lichtdichte elastische Manschette (38) ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (50) an dem Deckel (34) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (34) an einem schwenkbar gelagerten, motorisch verstellbaren Halter (52) ange bracht ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellbewegung des Deckels (34) und der Videoaufnahmevorgang selbst anhand des Signals von Sensoren gesteuert ist, die das Vorhandensein eines Fingers an der Auflage sowie die Deckelposition anzeigen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur elektroni schen Kontrastverstärkung und/oder einen Monitor und/ oder einen Bildspeicher und/oder einen Videodrucker und/oder einen Anschluß an ein Video-Übertragungsnetz und/oder weitere Schnittstellen hat.