MXPA05004168A - Metodo y arreglo para deteccion sin contacto de datos de superficies desiguales. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a un metodo y arreglo para la deteccion sin contacto de datos de superficies desiguales. La finalidad de la invencion es describir un metodo y un dispositivo de la forma mencionada anteriormente, que permita la exploracion sin contacto de superficies desiguales, especialmente un relieve formado en las tiras de la piel y la produccion de una imagen de alto contraste de las superficies que es verdadera a original. De acuerdo con la invencion, la superficie se explora sin hacer contacto con la superficies opticamente efectivas, en donde la superficie se ilumina de una manera tipo tira o tipo rejilla y se producen imagenes parciales de los objetos por la luz reflejada en puntos discretos, que se valuan de forma selectiva y se combinan a fin de formar una imagen completa. La invencion se refiere a un metodo a un arreglo que detecta datos en superficies desiguales, especialmente para la determinacion de datos biometricos en caras y dedos, que comprende una fuente de luz para iluminar la superficie desigual, un sistema optico de formacion de imagenes y un dispositivo de valuacion para el procesamiento electronico de imagenes.

Description

MÉTODO Y ARREGLO PARA DETECCIÓN SIN CONTACTO DE DATOS DE SUPERFICIES DESIGUALES Campo De La Invención La invención se refiere a un método y un arreglo para la detección de datos de superficies desiguales, en particular para la adquisición de datos biométricos en caras y dedos, usando una fuente de luz para iluminación de la superficie desigual, un sistema óptico de formación de imágenes y una instalación de análisis para el procesamiento de imágenes electrónicas.

Antecedentes de la Invención La adquisición de datos biométricos se requiere para muchas aplicaciones. En particular, se requiere para la identificación de personas y para el control de la autorización, la adquisición exacta y aprueba de falsificación de estos datos tanto como sea posible. Debido a sus múltiples ventajas, frecuentemente se usan de este modo, los métodos sin contacto. Con referencia a esto, se describe en la técnica anterior un conjunto de posibilidades . De acuerdo a la EP 0 194 783 Bl , se conoce un dispositivo para la detección de datos de superficies desiguales, donde una placa transparente exhibe dos superficies opuestas, en donde una superficie desigual que tiene depresiones y salientes, que se va a detectar, se presiona contra una de las superficies niveladas, que comprenden una fuente de luz para la iluminación de la superficie desigual en la sección de contacto a través de la placa transparente y un elemento óptico para la guía de la luz, que se dispersa por la superficie desigual, al detector de luz . La fuente de luz se arregla de una manera tal que ilumina la sección de contacto a un ángulo de iluminación que es más pequeño que un ángulo crítico, a fin de que la luz incidente de la fuente sobre la sección de contacto no se refleje totalmente, por lo que una parte de la luz, que se dispersa en las salientes de la superficie desigual, se somete a una reflexión total interior al menos en la segunda superficie de la placa, a fin de propagarse en una dirección contra el elemento óptico, en tanto que la luz que se dispersa en las depresiones no se somete a ninguna reflexión total interior, por lo que las dos clases de luz dispersada se separan espacialmente, en donde el elemento óptico se arregla para guiar sólo la luz dispersada en las salientes al detector. Adicionalmente , la EP 0 359 554 Bl se describe un arreglo para la determinación de huellas digitales, con el cual se forman en imágenes las ondas del dedo en un receptor de luz. El arreglo posee una fuente de luz, un medio para guiar los rayos de luz que corren desde la fuente de luz sobre la superficie del dedo que se va detectar, un sistema óptico de formación de imágenes que crea una imagen de una parte irradiada de la muestra, una instalación de detector de luz para detectar la imagen y una instalación para la producción de una señal de detección. Al usar el arreglo, se debe determinar si la muestra es un objeto biológico o una imitación. Por lo tanto, se proporciona el detector de luz con un área de receptor de luz que se divide en zonas de modo que una imagen de la parte irradiada se crea en el área de receptor de luz. El detector de luz posee salidas ópticas separadas para la pluralidad de rayos de luz recibidos, respectivamente. La discriminación de si es la materia de un objeto auténtico, es decir, un dedo vital, o una imitación, se lleva a cabo al analizar el curso de la luz, en donde se puede explotar el fenómeno que, en el caso de un dedo autentico, la luz entra parcialmente al dedo en el caso de una imitación no entra en el mismo de modo que resultan diferentes cursos de luz. Además, de acuerdo a EP 1 073 988 Bl, se conoce un sistema para el reconocimiento de las líneas de dedos y manos, que sirven para la identificación de personas. Usando este sistema, las líneas de dedos y/o manos, los patrones de las arrugas dérmicas, los patrones del sub-cutis o similares se adquieren óptimamente para la adquisición de una imagen al usar una fuente de luz, un filtro de polarización y una cámara, sin movimientos mecánicos del arreglo. La adquisición óptica se lleva a cabo por medio de filtros de polarización colocados en la ruta óptica de iluminación y en la ruta óptica de la formación de imágenes y por medio de una cámara arreglada de forma fija. En el caso de los arreglos conocidos, es desventajoso que sea algo bajo el contraste para la formación de imágenes de las estructuras, de modo que se hace muy difícil un análisis seguro de las imágenes.

Descripción de la Invención La invención se fundamenta por el problema de especificar un método y aparato del tipo inicialmente redactado que permita la exploración sin contacto de superficies desiguales, en particular de un relieve hecho de arrugas dérmicas, y crear una imagen de las superficies, fiel a la original con alto contraste. De acuerdo con la invención, el problema se soluciona por un método que comprende los atributos dados en la reivindicación 1 y por un aparato que comprende los atributos dados en la reivindicación 11. Las modalidades ventajosas se dan en las respectivas reivindicaciones dependientes.

La invención sirve de manera preferente para la exploración óptica de arrugas dérmicas. Las arrugas dérmicas están en relieve y constituyen un relieve característico. Se distinguen por sí mismas por un mayor brillo que los espaciados adyacentes. Por la superficie brillosa, la luz se refleja direccionalmente a una mayor fracción en donde es pequeña la coloración de la luz reflejada. En contraste, los espaciados reflejan difusamente con una coloración roja. Puesto que las superficies brillosas reflejan direccionalmente, es decir, la luz se reverbera de acuerdo con la ley de reflexión, esto significa que las fuentes de luz se reflejan por sí mismas en el área de reflexión. Las arrugas dérmicas de esta manera reflejan la luz que viene de la fuente de luz. Para lograr una imagen verdadera a original y de alto contraste de las arrugas, se tiene que asegurar que sólo se forme en imagen el borde superior de la arruga. Puesto que la pendiente de las arrugas de los dedos varía hasta aproximadamente 50° a lo largo del dedo, para la iluminación de las arrugas exteriores que están inclinadas a un mayor grado, la fuente de luz se coloca de forma diferente que la fuente de luz propuesta para la iluminación del centro del objeto. De manera conveniente, la cámara se arregla de forma perpendicular al objeto de modo que la fuente de luz que sirve para la iluminación se debe arreglar directamente próxima a la cámara. Sin embargo, la cámara colocada de esta manera no ilumina ya mas las arrugas exteriores en sus bordes superiores, sino lateralmente de los bordes. Esto provoca una aparente deformación de las arrugas en la imagen. A fin de iluminar las áreas de borde del objeto, las fuentes de luz se deben arreglar por lo tanto más hacia afuera. Una modalidad ventajosa de la invención usa el color de la luz con el cual se ilumina el objeto a fin de incrementar el contraste de la imagen. Si el objeto se ilumina de forma direccional usando luz blanca, las arrugas de los dedos aparecen como blanco brilloso, pero los espaciados como rojo difuso. Al filtrar por color durante la formación de imágenes y/o por iluminación coloreada, se puede aumentar el contraste. En el método de acuerdo con la invención, un objeto que se va a detectar se ilumina de una manera tal que, en cada área del objeto, se refleja el borde superior de las arrugas dérmicas. A fin de identificar un dedo, la iluminación se lleva a cabo de una manera tal que la superficie normal en cada área del dedo constituye la línea de bisección del ángulo entre la iluminación y el objetivo de la cámara con el eje del dedo como el punto angular. Pero la fuente de luz no debe de ser de este modo extensiva, ni debe exceder un grado de 15 mm transversal al eje del dedo. El método se puede realizar usando diferentes arreglos. En particular, estos arreglos son adecuados para realizar las siguientes funciones: -mover la iluminación en una ruta arreglada alrededor del objeto, -mover la cámara en una ruta arreglada alrededor del objeto, -arreglar varias cámaras alrededor del objeto, -arreglar varias iluminaciones conmutables, -arreglar varias iluminaciones diferentemente coloreadas y varias cámaras selectivas de color, -arreglar varias iluminaciones diferentemente coloreadas y una cámara de color en un arreglo, en donde se satisface la condición de ángulo, anterior. Los espaciados entre las arrugas dérmicas individuales no necesitan ser brillosos, pero tampoco oscuros. En la imagen, aparecen coloreados en rojo. Sin embargo, la estructura del objeto es difícilmente reconocible. El contraste de la imagen se puede incrementar adicionalmente al crear una imagen congruente a las imágenes de las arrugas dérmicas en el intervalo espectral rojo o infrarrojo, respectivamente, y al sustraer esta imagen de la imagen de estructura como un valor uniforme de oscuridad. Usando el arreglo de acuerdo con la invención, se ilumina una parte del objeto preferentemente grande por el arreglo dado de una manera tal que la fuente de luz refleja por si mismo siempre exactamente en el borde superior de la arruga dérmica. Sólo en este caso, resulta una imagen verdadera a original. Si la iluminación se llevo a cabo usando una fuente de luz suficientemente grande, en realidad se asegurara en todas partes que el borde superior de las arrugas refleje cualquier parte de la fuente de luz. Pero la superficies laterales brillan, también, conforme las iluminan las partes restantes de la fuente de luz responsables de otras áreas. En este caso, las arrugas dérmicas aparecen anchas, el contraste entre estas puede perderse completamente y los bordes de las arrugas se forman en imagen de una manera deformada. Es posible diseñar la fuente de luz de una manera tal que solo se emiten rayos de luz que se encuentran en un eje del objeto. Esto se puede lograr, por ejemplo al usar luz paralela que se enfoca por medio de un lente cilindrico. De forma reconocida, esto requiere un cierto esfuerzo. Adicionalmente , el objeto necesita ser colocado de una manera exactamente céntrica. A fin de prevenir que la luz perturbante caiga sobre las superficies laterales, la fuente de luz se puede mover o las fuentes de luz se encienden una después de la otra. Entonces, para cada situación, se toma una imagen separada . Una modalidad ventajosa se diseña para arreglar varias cámaras de cuyas imágenes individuales se compone una imagen completa que usa solo las partes de imagen exactamente iluminadas. La dificultad que se presenta de este modo, que los límites no se ajusten exactamente debido a las diferencias inevitables de las perspectivas individuales, se pueden solucionar usando un programa de computo apropiado. Por lo tanto, es ventajoso crear una imagen separada usando solo una cámara para cada fuente de luz y concatenar las áreas exactas respectivas de las imágenes individuales a una imagen completa. De este modo, no se requiere una gran fracción de las imágenes. Esto se logra, por ejemplo, al usar una cámara CMOS, de la cual se puede leer cada píxel arbitrario de una manera selectivamente separada. Entonces, para cada situación de iluminación, se puede leer secuencialmente la imagen bien iluminada de la matriz, como se conoce, donde esta área debe consistir para cada fuente de luz. Con esto, la creación de la imagen es mucho más rápida que la creación de una imagen completa al unirlas conjuntamente. De forma práctica, esto se puede hacer tan rápido como si se tomara una imagen completa. Durante la formación de la imagen, la iluminación se conmuta de forma sincrónica a través de las situaciones de iluminación. Otra modalidad usa fuentes de luz coloreadas de modo que se lleva a cabo la separación vía extractos de color individuales. Aquí, después de tomar la imagen, de cada extracto de color, el área óptimamente iluminada se toma y se crea una imagen completa en una memoria intermedia de cuadros como imagen de blanco y negro. Es ventajoso aquí que el procedimiento se realice de forma simultánea. El esfuerzo en el programa de cómputo y la menor resolución de la cámara de color tienen que ser considerados como desventajosos . Una modalidad especialmente ventajosa para el reconocimiento de dedos esta constituida por un arreglo, en donde se lleva a cabo una conmutación sucesiva de la situación de iluminación y se lee una cámara CMOS de forma sincrónica y selectiva. De manera ventajosa, la cámara se arregla o se diseña la lectura, respectivamente, de una manera tal que las áreas paralelas al eje del dedo se leen siempre de forma simultánea. De forma determinante, la fuente de luz también se arregla de forma longitudinalmente paralela a esta. De esta manera, el dedo se explora de forma sincrónica y selectiva, línea por línea en donde las líneas se alinean paralelamente al eje del dedo. En lo siguiente, la invención se explica adicionalmente considerando un ejemplo de una modalidad. El ejemplo se refiere al reconocimiento de la estructura de las arrugas dérmicas de un dedo. En la figura apropiada, se muestra por: La Figura 1 una ilustración esquemática de un arreglo con una cámara y varias fuentes de luz arregladas alrededor del dedo, Figura 2 un arreglo con diodos de referencia adicionalmente unidos, que reflejan color rojo, y La Figura 3 una modalidad con varias cámaras. En el caso del arreglo representado en la Figura 1, el dedo 1 que se va explorar se iluminando usando una fuente de luz que consiste de ocho filas 3 de LED y se forma en imagen usando una cámara 2 centralmente arreglada. Las filas 3.1 a 3.4 y 3.1' a 3.4' de LED se arreglan en una ruta aproximadamente circular alrededor del dedo 1, en donde las filas adyacentes de LED exhiben siempre diferentes colores, respectivamente. Los colores se repiten después de una estancia en la cual no toma lugar la interacción mutua. En la presente modalidad, se usan las filas de LED de cuatro diferentes colores 3.1 a 3.4 y 3.1' a 3.4' respectivamente. La cámara 2 se proporciona con una instalación que crea una imagen separada para cada color. También es posible que las fuentes de luz se arreglen en un arreglo de diodos emisores de luz.

En la Figura 2 se representa una modalidad ventajosa, donde, entre las filas 3.1 a 3.4 y 3.1' a 3.4' de LED, respectivamente, una fila 3.R adicional de LED que emite luz roja se arregla entre las filas adyacentes, respectivamente. Con esto, en la cámara 2, se puede crear una quinta imagen de extracto de color que exhibe una estructura débil solamente sirve como una referencia del brillo para la unión por calculo conjunta de los extractos individuales de color a una imagen completa. Usando la cámara 1, para cada fuente de luz, se crea una imagen separada y las imágenes individuales se concatenan a una imagen completa. Esta unión conjunta se lleva a cabo usando una unidad electrónica de formación de imágenes no representada en la presente. De manera preferente, para la cámara 1 se usa una cámara CMOS en la cual se pueden leer los pixeles de forma selectiva y se pueden presentar adicionalmente . Para cada fila 3 LED, el área de matriz que se asigna al borde apropiado se lee sucesivamente. Durante la formación de imágenes, se conmutan de forma sincrónica las situaciones de luz . La Figura 3 muestra una modalidad en la cual se usan varias cámaras 2. En esta variante, una imagen completa se compone de las imágenes individuales obtenidas por todas las cámaras 2, por medio de la unidad electrónica de formación de imágenes, en donde la imagen completa usa solamente las partes de la imagen exactamente iluminadas. De este modo, la iluminación y/o receptores se pueden fusionar por medio de divisores de haces.

Lista de Números de Referencia 1 Dedo 2 Cámara 3 LED 3 , .1 LED de color 1 3 , .2 LED de color 2 3 , .3 LED de color 3 3 , .4 LED de color 4 3. ,R LED para color de referencia (rojo

Claims (20)

1. REIVINDICACIONES 1. Método para la detección de datos de superficies desiguales, en particular para la adquisición de datos biométricos en caras y dedos, usando una fuente de luz para la iluminación de la superficie desigual, un sistema óptico de formación de imágenes y una instalación de análisis para el procesamiento electrónico de imágenes, caracterizado en que la superficie se explora sin contacto con las superficies ópticamente efectivas al iluminarlas de una manera en forma de tira y al usar luz reflejada en ubicaciones discretas, creando imágenes parciales del objeto, que se realizan de forma selectiva y se componen a una imagen completa.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la fuente de luz se mueve en una ruta alrededor del objeto y en que para las ubicaciones discretas se toma respectivamente una imagen separada que se compone y analiza posteriormente.
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que se arreglan varias fuentes de luz alrededor del objeto en forma de arco, que se encienden una después de la otra y para cada circustancia se toma una imagen separada, que se compone y analiza posteriormente.
4. 4. Métodos según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que el objeto se forma en imagen por varias cámaras y una imagen completa se compone de las imágenes individuales, en donde sólo las áreas iluminadas seleccionadas de las imágenes individuales se usan para la imagen completa.
5. 5. El método según la reivindicación 3, caracterizado en que usando sólo una cámara para cada fuente de luz, se crea una imagen separada y áreas seleccionadas respectivas de las imágenes individuales se unen conjuntamente a una imagen completa.
6. 6. El método según de una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que la luz reflejada por las áreas iluminadas en forma de tira se analiza usando diferentes longitudes de onda y se compone a una manifestación total.
7. 7. El método según la reivindicación 6, caracterizado en que las superficies se iluminan de forma direccional con luz blanca y una imagen de la superficie se adquiere por una cámara, en donde una serie de imágenes de diferentes longitudes de onda se crea por áreas individuales de filtración de color durante la toma, en donde, después de tomar una imagen, de cada extracto de color, el área se selecciona a la cual se asigna una ubicación deseada en el objeto y se crea una imagen total en una memoria intermedia de cuadros como una imagen de blanco y negro de los extractos individuales de color.
8. 8. El método según la reivindicación 6, caracterizado en que las áreas iluminadas en forma de tira se iluminan usando luz de diferentes longitudes de onda entre las imágenes individuales de las áreas se unen con untamente a una imagen completa.
9. 9 . El método según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado en que sólo se usa una cámara que crea una imagen separada para cada fuente de luz, en donde la iluminación se conmuta completamente de forma sincrónica en tanto que se toma las imágenes de modo que sólo se exponen áreas seleccionadas adicionalmente y que, por medio de una unidad de control' electrónico, se lee una área seleccionada de la matriz para cada situación de iluminación.
10. 10. El método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que, para la detección de un dedo, el dedo se explora línea por línea de forma selectiva, en donde las líneas se alinean de manera paralela al eje del dedo .
11. 11. Arreglo para la detección sin contacto de datos de superficies desiguales, en particular para la verificación biométrica de dedos, que comprende una fuente de luz para iluminar la superficie desigual, un sistema óptico de formación de imágenes y una instalación de análisis para el procesamiento electrónico de imágenes, caracterizado en que, perpendicularmente a la superficie que se va detectar, se arregla una cámara electrónica y en que, bilateralmente por debajo de ésta, se arreglan fuentes de luz en forma de línea en una fila y que la cámara electrónica se acopla a una unidad de control electrónico que asigna imágenes parciales de las fuentes de luz individuales a ubicaciones deseadas en el objeto y procesa las imágenes parciales a una imagen completa.
12. 12. El arreglo según la reivindicación 11, caracterizado en que se usan diodos emisores de luz como fuente de luz . •
13. 13. El arreglo según la reivindicación 11 o 12 caracterizado en que se usa una cámara que crea una imagen separada para cada fuente de luz, en donde las fuentes de luz se encienden una después de la otra y se procesan adicionalmente solo áreas seleccionadas de la imagen y, por medio de una unidad de control electrónico, para cada situación de iluminación, se lee una área de la matriz de forma sucesiva que se asigna a la ubicación deseada en el obj eto .
14. 14. El arreglo de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado en que se usa una cámara CMOS como una cámara.
15. 15. El arreglo de conformidad con la reivindicación 11 o 12 caracterizado en que se arreglan varias cámaras lado a lado en una fila.
16. 16. El arreglo de conformidad con una de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado en que se arregla una fuente de luz blanca de forma perpendicular al centro de la superficie que se va a detectar y a lo largo, se arreglan varias cámaras en una fila, que toman imágenes espectralmente filtradas.
17. 17. El arreglo de conformidad con una de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado en que las fuentes de luz radian a diferentes longitudes de onda en donde entre las fuentes de luz que emiten la misma longitud de onda al menos una fuente de luz se arregla la cual radia a una diferente longitud de onda.
18. 18. El arreglo de conformidad con una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado en que los diodos emisores de luz radian a longitudes de onda en un intervalo de aproximadamente 400 mm aproximadamente 3 um.
19. 19. El arreglo de conformidad con una de las reivindicaciones 11 a 18, caracterizado en que una fuente de luz adicional que radia luz roja se arregla en la fila de fuentes de luz como una iluminación de referencia.
20. 20. El arreglo de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado en que la fuente de luz adicional emite luz de la longitud de onda de 560 y/o 800 nm.