RU2306859C2

RU2306859C2 - Device for registration of papillary pattern

Info

Publication number: RU2306859C2
Application number: RU2005135943/14A
Authority: RU
Inventors: Владимир Юльевич Гудков (RU); Владимир Юльевич Гудков; Анатолий Семенович Боков (RU); Анатолий Семенович Боков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "СОНДА Технолоджи"
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-09-27
Also published as: RU2005135943A

Abstract

FIELD: optics.

SUBSTANCE: device can be used for forming dactyloscopic image by using computer technology used by jurisdiction organizations. Device has radiation source, prism with input, output and perceiving surfaces, photodetector system which is electrically connected with image processing unit and elastic optical-transparent material which makes space with prism. Space is filled with immersion fluid. High-molecular immersion fluid can be used for the purpose.

EFFECT: improved precision of finger prints.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического формирования изображения с помощью вычислительной техники, в частности к устройствам для получения дактилокарт, используемых правоохранительными органами.The invention relates to the field of optical imaging using computer technology, in particular to devices for producing fingerprints used by law enforcement agencies.

Известно устройство, содержащее воспринимающую отпечатки пальцев поверхность, оптически связанные между собой проекционную оптическую систему, источник света, систему фотоприемных элементов и отклоняющую оптическую систему, погруженную в иммерсионную жидкость, заполняющую кювету, в которой возможно перемещение отклоняющей оптической системы, синхронное с перемещением источника света и системы фотоприемных элементов, с которой электрически связан блок обработки изображения (патент РФ №2190352, МПК⁷ А61В 5/117, опубл. 2002).A device is known comprising a fingerprint-receiving surface, an optically coupled projection optical system, a light source, a photodetector system, and a deflecting optical system immersed in an immersion liquid filling a cuvette in which a deflecting optical system can be moved synchronously with the light source and a system of photodetector elements to which the image processing unit is electrically connected (RF patent No. 2190352, IPC ⁷ AB 5/117, publ. 2002).

Недостатком устройства является наличие подвижной механической части, которая затрудняет изготовление герметичной и долговечной кюветы.The disadvantage of this device is the presence of a movable mechanical part, which makes it difficult to manufacture a sealed and durable cell.

Известно устройство, содержащее блок обработки изображения, соединенный электрически с системой фотоприемных элементов, оптически связанной с проекционной оптической системой, источником света и призмой с четырьмя гранями, причем воспринимающая отпечатки пальцев грань находится под острым углом к отражающей грани, входная и выходная грани образуют тупой угол, кроме того, входная грань расположена под углом 80-100 градусов к воспринимающей отпечатки пальцев грани (патент РФ №2185096, МПК⁷ А61В 5/117, опубл.2002).A device is known comprising an image processing unit electrically connected to a photodetector system optically coupled to a projection optical system, a light source and a prism with four faces, the fingerprint receiving face being at an acute angle to the reflecting face, the input and output faces form an obtuse angle in addition, the input face is located at an angle of 80-100 degrees to the fingerprint receiving face (RF patent No. 2185096, IPC ⁷ A61B 5/117, publ. 2002).

Недостатком устройства является относительная сложность изготовления многогранной призмы со строго определенным расположением граней.The disadvantage of this device is the relative complexity of manufacturing a multifaceted prism with a strictly defined arrangement of faces.

Известно устройство регистрации отпечатков пальцев, содержащее призму, одна из граней которой освещена под углом полного внутреннего отражения источником света, проекционную оптическую систему в виде телескопической системы, фотоприемник, выполненный в виде прямоугольной матрицы фотоэлементов, и блок обработки изображения (заявка РФ №93002977/14, МПК⁶ А61В 5/117). Данное устройство выбрано в качестве прототипа.A device for recording fingerprints containing a prism, one of the faces of which is illuminated at an angle of total internal reflection by a light source, a projection optical system in the form of a telescopic system, a photodetector made in the form of a rectangular matrix of photocells, and an image processing unit (RF application No. 93002977/14 , IPC ⁶ A61B 5/117). This device is selected as a prototype.

Недостатком прототипа является то, что воспринимающая отпечатки пальцев поверхность (гипотенузная грань призмы) является поверхностью жесткого материала (стекла). Такое устройство обладает рядом недостатков:The disadvantage of the prototype is that the surface receiving the fingerprints (hypotenuse face of the prism) is the surface of a rigid material (glass). Such a device has several disadvantages:

- при прокатке пальца по жесткой поверхности легко произвести передавливание папиллярных линий и тем самым исказить рисунок кожного узора;- when rolling a finger on a hard surface, it is easy to squeeze papillary lines and thereby distort the pattern of the skin pattern;

- при съеме контактных отпечатков пальцев папиллярные линии считываются только в небольшой области контакта пальца и грани призмы, что уменьшает количество дактилоскопических признаков узора, необходимых для надежной идентификации личности;- when taking contact fingerprints, papillary lines are read only in a small area of finger contact and the edge of the prism, which reduces the number of fingerprint signs of the pattern necessary for reliable identification of the person;

- на краях контактной области кожи пальца и воспринимающей поверхности папиллярные линии эластично растягиваются и искажают обычный рисунок кожного узора.- on the edges of the contact area of the skin of the finger and the perceiving surface, the papillary lines elastically stretch and distort the usual pattern of the skin pattern.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение качества зарегистрированного фотоприемником изображения. Достигается это тем, чтоThe problem solved by the present invention is to improve the quality of the image recorded by the photodetector. This is achieved by the fact that

- над гранью призмы (гипотенузной), воспринимающей отпечатки пальцев, натягивается эластичный оптически прозрачный материал;- over the face of the prism (hypotenuse) that receives fingerprints, stretched elastic optically transparent material;

- зазор между эластичным оптически прозрачным материалом и призмой заполняется иммерсионной жидкостью, устанавливающей оптический контакт эластичного оптически прозрачного материала и призмы;- the gap between the elastic optically transparent material and the prism is filled with immersion fluid, which establishes the optical contact of the elastic optically transparent material and the prism;

- эластичный оптически прозрачный материал освещается излучением под углом, близким к углу полного внутреннего отражения. Кроме того:- elastic optically transparent material is illuminated by radiation at an angle close to the angle of total internal reflection. Besides:

- применяется высокомолекулярная иммерсионная жидкость, предотвращающая нарушение оптического контакта при вытеснении иммерсионной жидкости из зазора между эластичным оптически прозрачным материалом и призмой.- high molecular weight immersion liquid is used to prevent disturbance of optical contact when the immersion liquid is displaced from the gap between the elastic optically transparent material and the prism.

Сущность предлагаемого устройства схематично иллюстрируется чертежом, где представлен общий вид устройства.The essence of the proposed device is schematically illustrated by the drawing, which shows a General view of the device.

Устройство для регистрации папиллярного узора содержит последовательно расположенные источник излучения 1, призму 2 (призма АВС), имеющую входную поверхность ВС, выходную поверхность АС и поверхность АВ, которая оптически контактирует с иммерсионной жидкостью 3 и эластичным оптически прозрачным материалом 4, герметично натянутым на отверстие кюветы 5, герметично установленной на призму 2, систему фотоприемных элементов 6, электрически соединенную кабелем 7 с блоком обработки изображения 8. К эластичному материалу 4, наружная поверхность которого является воспринимающей поверхностью ED, прикладывается палец 10. Другой эластичный материал 9 герметично прикрывает дополнительный паз кюветы 5. Излучение (показано пунктирными стрелками) от источника излучения 1 падает на воспринимающую поверхность ED под углом, близким к углу полного внутреннего отражения.A device for registering a papillary pattern contains a sequentially located radiation source 1, a prism 2 (prism ABC) having an input surface AC, an output surface AC and an surface AB that is optically in contact with an immersion liquid 3 and an elastic optically transparent material 4, hermetically stretched over the opening of the cell 5, hermetically mounted on a prism 2, a system of photodetector elements 6, electrically connected by a cable 7 to the image processing unit 8. To the elastic material 4, the outer surface of which is the receptive surface of ED, finger 10 is applied. Another elastic material 9 hermetically covers the additional groove of the cell 5. Radiation (shown by dashed arrows) from the radiation source 1 falls on the receptive surface of ED at an angle close to the angle of total internal reflection.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Излучение от источника 1 входит в призму 2 через входную поверхность ВС под углом, обеспечивающим минимальные потери (обычно перпендикулярно), проникает через иммерсионную жидкость 3 к эластичному оптически прозрачному материалу 4 и отражается от его наружной поверхности ED, контактирующей с воздухом, после чего возвращается через иммерсионную жидкость 3 в призму 2 и выходит через выходную поверхность призмы АС под углом, обеспечивающим минимальные потери, попадая на систему фотоприемных элементов 6. Показатель преломления иммерсионной жидкости 3 близок к показателям преломления материала призмы 2 и эластичного оптически прозрачного материала 4. Поэтому отражение и преломление на поверхностях, контактирующих с иммерсионной жидкостью 3, пренебрежимо малы, и излучение без потерь доходит до воспринимающей поверхности ED и претерпевает на ней полное внутреннее отражение. В тех точках воспринимающей поверхности ED, которые имеют контакт с папиллярными линиями пальца 10, полное внутреннее отражение нарушается, так как излучение поглощается кожей, что приводит к возникновению в плоскости фотоприемных устройств светотеневой картины, копирующей папиллярные линии пальца 10. Электрический сигнал с системы фотоприемных элементов 6 через кабель 7 вводится в блок обработки изображений 8 (компьютер) для последующей обработки.The radiation from the source 1 enters the prism 2 through the input surface of the aircraft at an angle that ensures minimal loss (usually perpendicular), penetrates through the immersion liquid 3 to the elastic optically transparent material 4 and is reflected from its outer surface ED in contact with air, and then returns through immersion liquid 3 into the prism 2 and exits through the output surface of the AS prism at an angle that ensures minimal loss, falling on the system of photodetector elements 6. The refractive index of the immersion fluid bone 3 is close to the refractive indices of the prism 2 and the elastic material of the optically transparent material 4. Therefore, the reflection and refraction at the surfaces in contact with the immersion liquid 3 are negligible and the radiation lossless receiving surface comes to ED and undergoes total internal reflection therein. At those points of the receiving surface ED that are in contact with the papillary lines of the finger 10, the total internal reflection is impaired, because the radiation is absorbed by the skin, which leads to the appearance of a black-and-white pattern in the plane of the photodetector devices that copies the papillary lines of the finger 10. The electrical signal from the photodetector system 6 through the cable 7 is inserted into the image processing unit 8 (computer) for further processing.

Под давлением пальца 10 поверхность ED эластичного оптически прозрачного материала 4 слегка прогибается, деформируется и слегка охватывает палец, а иммерсионная жидкость 3 из кюветы 5 вытесняется (частично) в дополнительный паз, герметично прикрытый другим эластичным материалом 9. При удалении пальца с поверхности ED эластичный оптически прозрачный материал 4 восстанавливается в прежнюю форму.Under the pressure of the finger 10, the surface ED of the elastic optically transparent material 4 slightly bends, deforms, and slightly covers the finger, and the immersion liquid 3 from the cell 5 is displaced (partially) into an additional groove hermetically covered by another elastic material 9. When removing the finger from the surface of the ED, the elastic optical the transparent material 4 is restored to its previous shape.

При сильном надавливании иммерсионная жидкость 3 может вытесниться из-под эластичного оптически прозрачного материала 4. Если эластичный оптически прозрачный материал 4 соприкоснется с поверхностью призмы 2, оптический контакт может быть нарушен. Воспрепятствовать этому явлению может высокомолекулярная иммерсионная жидкость, которая за счет большой длины молекул не выдавливается из-под эластичного оптически прозрачного материала 4 даже при сильном надавливании.With strong pressure, the immersion liquid 3 can be forced out from under the elastic optically transparent material 4. If the elastic optically transparent material 4 is in contact with the surface of the prism 2, the optical contact may be broken. This phenomenon can be prevented by a high molecular weight immersion liquid, which, due to the large length of the molecules, is not squeezed out from under the elastic optically transparent material 4 even with strong pressure.

Степень эластичности оптически прозрачного материала 4 выбирается такой, чтобы перспективные искажения изображения узора пальца были допустимы. Величину перспективных искажений можно ограничить малой величиной зазора между эластичным оптически прозрачным материалом 4 и призмой 2.The degree of elasticity of the optically transparent material 4 is selected so that the perspective distortion of the image of the finger pattern is acceptable. The magnitude of the perspective distortions can be limited by the small gap between the elastic optically transparent material 4 and the prism 2.

В качестве эластичного оптически прозрачного материала 4 может быть использована прозрачная силиконовая резина толщиной 0,1-0,3 мм. В качестве другого эластичного материала 9 может быть использована обычная резина толщиной 0,1-0,2 мм. Величина зазора между эластичным материалом 4 и призмой 2 выбирается из условия отсутствия механического контакта между материалом 4 и призмой 2 при надавливании пальца. Как показали конструкторские проработки на опытном образце устройства, величина зазора должна составлять 14-18 мм, т.е. соответствовать диаметру дистальной фаланги среднестатистического пальца взрослого человека.As elastic optically transparent material 4 can be used transparent silicone rubber with a thickness of 0.1-0.3 mm As another elastic material 9, conventional rubber with a thickness of 0.1-0.2 mm can be used. The gap between the elastic material 4 and the prism 2 is selected from the condition of the absence of mechanical contact between the material 4 and the prism 2 when pressing a finger. As shown by the design studies on the prototype device, the gap should be 14-18 mm, i.e. correspond to the diameter of the distal phalanx of the average adult finger.

Отметим преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.Note the advantages of the proposed device in comparison with the prototype.

Так как воспринимающая поверхность эластичная и гибкая, вероятность передавливания папиллярных линий значительно уменьшается и качество вводимого в компьютер изображения повышается. За счет той же эластичности воспринимающей поверхности папиллярные линии на краях контактной области пальца и поверхности ED деформируются меньше, что тоже способствует повышению качества изображения. Кроме того, за счет небольшого охвата поверхности пальца эластичным материалом увеличивается площадь контакта пальца с этим материалом, что позволяет увеличить количество дактилоскопических признаков, обрабатываемых в компьютере.Since the receiving surface is elastic and flexible, the likelihood of squeezing papillary lines is significantly reduced and the quality of the image input into the computer is increased. Due to the same elasticity of the receiving surface, the papillary lines at the edges of the contact area of the finger and the surface of the ED are deformed less, which also helps to improve image quality. In addition, due to the small coverage of the surface of the finger with an elastic material, the contact area of the finger with this material increases, which allows you to increase the number of fingerprints processed in the computer.

Таким образом, предложено сравнительно простое устройство, позволяющее получить высококачественные отпечатки пальцев, используемые в криминалистике, в системах предотвращения несанкционированного доступа в охраняемые помещения.Thus, a relatively simple device is proposed that allows you to get high-quality fingerprints used in forensics, in systems to prevent unauthorized access to secure premises.

Предприятием-заявителем начинается разработка технической документации для создания опытного образца устройства со сроком внедрения в 2006 году. В качестве эластичного оптически прозрачного материала предлагается полиуретан или другие оптически прозрачные и эластичные синтетические полимеры.The applicant company begins the development of technical documentation for the creation of a prototype device with a implementation period in 2006. As an elastic optically transparent material, polyurethane or other optically transparent and flexible synthetic polymers are proposed.

Claims

1. A device for registering a papillary pattern containing a sequentially located and optically connected radiation source, a prism having an input, output and receiving surface, and a system of photodetector elements electrically connected to the image processing unit, characterized in that it is hermetically sealed above the receiving surface of the prism a cuvette with immersion liquid with an elastic optically transparent material stretched over its opening is installed with the possibility of its illumination by a radiation source I am at an angle close to the angle of total internal reflection.

2. The device according to claim 1, characterized in that the high molecular weight immersion liquid is used as the immersion liquid.