Способ сканирования рисунка кожных линий и устройство для его осуществления
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для биометрической идентификации личности. Техническим результатом является обеспечение качественного рисунка кожных линий за счет повышения чувствительности к линиям и снижения чувствительности к жировым следам. В способе сканирования рисунка кожных линий излучения, поток излучения формируют, по меньшей мере, двумя источниками с различными длинами волн, а излучение от каждого из источников направляют к воспринимающей поверхности под различными углами падения. Устройство для реализации способа содержит прозрачный для излучения цилиндр, установленный с возможностью поворота вокруг фиксированной оси вращения на угол, обеспечивающий полное перемещение анализируемого участка кожи относительно потока излучения от источников излучения, выполненных указанным выше образом, при этом источники и приемник излучения неподвижно установлены относительно цилиндра. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к области биометрической идентификации личности, а именно к способам и устройствам сканирования рисунка кожных линий, и может применяться правоохранительными органами для регистрации рисунка кожных линий.
Известны аналоги предлагаемого изобретения, например, устройство для регистрации папиллярного узора, описанное в патенте РФ №2190352, МПК 7 А61В 5/117, опубл. в 2002 г., содержащее воспринимающую отпечатки пальцев (ладоней) поверхность, оптически связанные между собой проекционную оптическую систему, источник света, отклоняющую оптическую систему и фотоприемную систему, выполненные с возможностью синхронного перемещения и размещенные под воспринимающей поверхностью, и блок обработки изображений, электрически связанный с фотоприемной системой, при этом отклоняющая оптическая система погружена в иммерсионную жидкость, заполняющую кювету, верхней стороной которой является воспринимающая поверхность, а проекционная оптическая система, источник света и фотоприемная система размещены под отклоняющей оптической системой и механически связаны с ней.
Недостатком аналога является то, что поверхность ладони имеет куполообразную форму, в связи с чем по краям ладони может иметь место повышенное усилие прижатия кожных линий к воспринимающей поверхности, что приводит к искажению рисунка кожных линий, а в центральных точках купола, наоборот, может иметь место слабый контакт кожных линий с воспринимающей поверхностью, и рисунок в этой зоне может иметь пустоты и разрывы. То и другое существенно затрудняет идентификацию личности.
В качестве прототипа выбран способ сканирования рисунка кожных линий и устройство для его осуществления по патенту РФ №2168206, МПК 7 G06K 9/00, А61В 5/117, опубл. 27.05.2001 г. Способ заключается в помещении анализируемой части тела с исследуемым рисунком кожных линий на выпуклое основание, прозрачное для излучения, освещении анализируемой части тела потоком излучения через выпуклое основание и регистрации приемником отраженного излучения, причем при контакте с выпуклым основанием анализируемой частью тела создают усилие для перемещения основания относительно неподвижной опоры с обеспечением полного перемещения помещенной на него анализируемой части тела относительно потока излучения. Устройство для реализации способа содержит неподвижную опору, выпуклое и прозрачное для излучения основание, источник и приемник излучения, оптически связанные между собой, причем основание выполнено в виде цилиндра с возможностью вращения вокруг оси для поворота на угол, обеспечивающий, по меньшей мере, полное перемещение помещенной на него анализируемой части тела относительно потока излучения.
Устройство, реализующее способ-прототип, обеспечивает более полное и равномерное прилегание ладони к воспринимающей поверхности цилиндра по сравнению с аналогом. Однако, и аналогу, и прототипу присущ общий недостаток. Дело в том, что на поверхности ладони (пальца) всегда присутствуют жировые и потовые выделения желез кожи, создающие на получаемом изображении рисунка кожных линий "фоновый шум", который удаляют специальными программами. Такие программы увеличивают стоимость разработок программного обеспечения и время обработки изображения. Иногда "фоновый шум" уменьшают, снижая чувствительность устройства методом увеличения угла падения излучения, значительно превышающим угол полного внутреннего отражения на границе стекло-воздух и незначительно превышающим угол полного внутреннего отражения на границе стекло-вода. Однако это приводит к огрублению изображения рисунка кожных линий и снижению его качества.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является снижение влияния "фонового шума" на изображение рисунка кожных линий и повышение его качества.
Достигается это тем, что в известном способе сканирования рисунка кожных линий, заключающемся в помещении анализируемого участка кожи на воспринимающую поверхность основания, прозрачного для излучения, освещении через основание анализируемого участка кожи потоком излучения, перемещении анализируемого участка кожи относительно потока излучения и регистрации приемником отраженного излучения, поток излучения формируют одновременно, по меньшей мере, двумя источниками излучения с различными длинами волн, при этом потоки излучения от каждого из источников излучения направляют к воспринимающей поверхности основания в одной плоскости под различными углами падения.
Кроме этого углы падения потока излучения на воспринимающую поверхность основания от каждого из источников излучения выбирают близкими к углу полного внутреннего отражения.
Для решения поставленной задачи в устройстве сканирования рисунка кожных линий, содержащем выпуклое и прозрачное для излучения основание, выполненное в виде цилиндра, установленного с возможностью поворота вокруг фиксированной оси вращения на угол, обеспечивающий полное перемещение анализируемого участка кожи относительно потока излучения от источника излучения, при этом источник и приемник излучения оптически связаны между собой и неподвижно установлены относительно основания, источник излучения состоит, по меньшей мере, из двух источников излучения с различными длинами волн, причем потоки излучения от каждого из источников излучения направлены к воспринимающей поверхности основания в одной плоскости под различными углами падения.
Кроме этого угол падения потока излучения на воспринимающую поверхность основания от каждого из источников излучения выбран близким к углу полного внутреннего отражения.
Суть изобретения поясняется на чертеже, на котором приведен продольный разрез одного из вариантов выполнения устройства для сканирования рисунка кожных линий, реализующего заявляемый способ.
Устройство для сканирования рисунка кожных линий (см. чертеж) содержит последовательно, параллельно или в ряд расположенные в одной плоскости источники излучения 1 и 2, которые имеют различную длину волны, например, красного и синего цвета (для конкретности показаны два источника, хотя их может быть три и более), оптическую систему 3 (показана условно), формирующую плоские потоки излучения, которые входят в оптически прозрачное для излучения выпуклое основание 4, выполненное, например, в виде цилиндра, проекционную оптическую систему 5 (показана условно) и приемник 6 излучения, в качестве которого может быть использована цветная матрица фотодиодов, связанная электрической связью 7, например, кабелем, с блоком обработки изображения 8. Выпуклое основание 4 выполнено с возможностью вращения вокруг оси α в ту или иную сторону (на виде А показано стрелкой). Вращение выпуклого основания 4 осуществляется либо усилием анализируемой части тела, например ладони, либо посредством электропривода (на чертеже не показан). Выпуклое основание 4 посредством вращающихся вокруг своих осей роликов 10 установлено на неподвижной опоре 9, которая в простейшем случае может быть выполнена в виде жесткой прямоугольной рамки, как показано на чертеже. К одному из роликов 10 может быть присоединен электродвигатель (на чертеже не показан), передающий вращательное движение выпуклому основанию 4. Оптическая система 3 формирует плоские потоки излучения (показаны стрелками) так, что линия их падения на боковую поверхность цилиндрического основания 4 параллельна оси вращения α и выглядит в виде узкой световой полоски на боковой поверхности основания 4. Как показано на чертеже, потоки излучения распространяются от источников 1 и 2 в одной плоскости под различными углами падения на поверхность выпуклого основания 4 (углы β и γ относительно нормали n), при этом углы β и γ лежат в диапазоне 41-67° (если выбрать оптическое стекло типа БК-4, то угол больше 40,89° соответствует углу полного внутреннего отражения на границе стекло-воздух, угол больше 63,5° соответствует углу полного внутреннего отражения на границе стекло-вода, угол больше 68,1-68,7° соответствует углу полного внутреннего отражения на границе стекло-кожа пальца и зависит от жирности и влажности поверхности пальца). Отраженное от боковой поверхности основания 4 излучение регистрируется приемником 6. Если на выпуклом основании 4 разместить ладонь, палец или иную часть тела с кожным рисунком, то бугорки кожных линий, соприкасаясь с боковой внешней стороной основания, вызовут в точках соприкосновения поглощение света. Канавки же между этими бугорками не будут соприкасаться с основанием 2, и в этих точках на границе стекло-воздух будет происходить отражение потока излучения, распространяющегося от источников 1 и 2. В результате, в плоскости приемника 6 формируются, по меньшей мере, две различные светотеневые картины рисунка кожных линий, соответствующие длинам волн источников 1 и 2, которые преобразуются приемником 6 в электрические сигналы, пригодные для анализа и обработки блоком 8.
Следует более подробно остановиться на необходимости получения, по меньшей мере, двух рисунков кожных линий анализируемой поверхности тела, соответствующих разным длинам волн источников излучения 1 и 2. Один из потоков излучения, например, синий от источника 1, направляют к внутренней поверхности основания 4 под углом 44° (близкий к углу полного внутреннего отражения на границе стекло-воздух). От источника 2, например, красный направляют к внутренней поверхности основания 4 под углом 65° (близкий к углу полного внутреннего отражения на границе стекло-вода). Очевидно, что оба потока излучения не претерпевают полного внутреннего отражения на границе стекло-кожа пальца и поглощаются кожей пальца. При этом на приемнике формируется синее изображение, которое обладает большим количеством оттенков яркости как для анализируемого участка кожи, так и для влаги с жировыми следами на стекле, и красное изображение с меньшим количеством оттенков яркости, в котором изображение очищено от влаги и жировых следов.
В блоке 8 на основании красного изображения градиентными методами определяют область А изображения участка кожи, определяют качество локальных окрестностей для всех точек внутри области А для синего и красного изображений (один из критериев качества - количества оттенков яркости в некоторой локально выделенной окрестности для точки из А), внутри области А на пиксельном уровне набирают новое изображение с учетом этих оценок качества, вне области А в новое изображение помещают пикселы из красного изображения. Тот факт, что на приемнике одна и та же точка кожи соответствует различным точкам красного и синего изображений, не мешает указанной процедуре, так как геометрическое смещение точек однозначно определяется конструкцией устройства и легко учитывается. Таким образом, наличие, по меньшей мере, двух источников излучения с различными длинами волн и направлением их к воспринимающей поверхности основания под различными углами позволяет с помощью простых математических методов получить качественное изображение анализируемого участка кожи и снизить влияние "фонового шума" на изображение рисунка кожных линий. Это повышает качество изображения в целом и позволяет избежать возможных ошибкок идентификации личности, особенно при сухой коже. Следует отметить, что математический метод синтеза одного изображения из нескольких изображений не единственен.
Заявляемый способ сканирования рисунка кожных линий реализуется в описанном выше устройстве следующим образом.
Анализируемый участок кожи, например ладонь 11, помещают на выпуклое основание 4 так, чтобы обеспечить соприкосновение с внешней поверхностью этого основания, по меньшей мере, той своей частью, которая будет исследоваться. При этом включают источники излучения 1 и 2 и приемник отраженного излучения 6, затем приводят во вращение выпуклое основание 4 (цилиндр) вокруг оси α (это может быть осуществлено как усилием руки, так и электродвигателем и принципиальной роли не играет).
Источники излучения 1 и 2, излучающие различные длины волн и направляющие потоки излучения к внутренней поверхности выпуклого основания 4 в одной плоскости под различными углами падения, формируют на основании 4 световую линию, которая перемещается при вращении основания 4, обеспечивая сканирование прижатой к его поверхности ладони 11. Потоки излучений, поглощенные на границе стекло-кожа в точках соприкосновения кожи анализируемой ладони 11 с поверхностью основания 4 и по-разному отраженные на границах стекло-воздух и стекло-вода, проходят через оптически прозрачное основание 4 и попадают в приемник 6, где они преобразуются в электрический сигнал, пригодный для дальнейшей обработки в блоке 8. При этом для одного и того же участка анализируемой ладони одновременно получают, по меньшей мере, два рисунка кожных линий, соответствующих различным длинам волн источников излучения. После завершения сканирования руку (ладонь) снимают с выпуклого основания 4 и выключают источники 1 и 2, и приемник 6. Последовательность действий способа завершена. Применяя упомянутые выше математические действия по синтезу нового изображения, на изображении рисунка кожных линий устраняют влияние жировых пятен и влаги, сохраняя повышенное количество оттенков яркости в области папиллярных кожных линий, что существенно улучшает качество регистрируемого изображения на выходе блока 8 (на чертеже не показано).
Заявителем изготовлен опытный образец устройства, реализующего заявляемый способ, который прошел стадию лабораторный испытаний, показавших существенное улучшение качества получаемых с его помощью изображений. Учитывая новизну, наличие отличительных признаков и промышленную применимость, заявитель считает, что предлагаемое техническое решение может быть защищено патентом на изобретение.
1. Способ сканирования рисунка кожных линий, заключающийся в помещении анализируемого участка кожи на воспринимающую поверхность основания, прозрачного для излучения, освещении через основание анализируемого участка кожи потоком излучения от источника излучения, перемещении анализируемого участка кожи относительно потока излучения, регистрации приемником отраженного излучения, отличающийся тем, что поток излучения формируют одновременно, по меньшей мере, двумя источниками излучения с различными длинами волн, при этом потоки излучения от каждого из источников излучения направляют к воспринимающей поверхности основания в одной плоскости под различными углами падения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол падения потока излучения на воспринимающую поверхность основания от каждого из источников излучения выбирают близким к углу полного внутреннего отражения.
3. Устройство для сканирования рисунка кожных линий, содержащее выпуклое и прозрачное для излучения основание, выполненное в виде цилиндра, установленного с возможностью поворота вокруг фиксированной оси вращения на угол, обеспечивающий полное перемещение анализируемого участка кожи относительно потока излучения от источника излучения, при этом источник и приемник излучения оптически связаны между собой и неподвижно установлены относительно основания, отличающееся тем, что источник излучения состоит, по меньшей мере, из двух источников излучения с различными длинами волн, причем потоки излучения от каждого из источников излучения направлены к воспринимающей поверхности основания в одной плоскости под различными углами падения.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что угол падения потока излучения на воспринимающую поверхность основания от каждого из источников излучения выбирается близким к углу полного внутреннего отражения.
