устройство для регистрации папиллярного узора

Формула изобретения

Устройство для регистрации папиллярного узора, содержащее связанные оптически источник света, призму с входной отражающей и выходной гранями, проекционную оптическую систему и систему фотоприемных элементов, соединенную электрически с блоком обработки изображения, отличающееся тем, что призма выполнена с четырьмя гранями, одна из которых является поверхностью, воспринимающей отпечатки пальцев, при этом входная и выходная грани образуют тупой угол, входная грань расположена к поверхности, воспринимающей отпечатки пальцев, под углом в пределах 80-100^o, отражающая грань наклонена под острым углом к поверхности, воспринимающей отпечатки пальцев, по отношению к которой выходная грань расположена под углом, близким к углу полного внутреннего отражения, причем поверхность, воспринимающая отпечатки пальцев, является отражающей.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области оптического формирования изображения с использованием вычислительной техники, в частности к устройствам для получения дактилоскопических карт, используемых правоохранительными органами.

Известны аналоги предлагаемого изобретения, например, система для формирования изображения отпечатка пальца в процессе его прокатки по поверхности призмы (патент США 3482498, МПК G 03 B 29/00, опубл. 1969 г.). В подобных схемах для слежения за перемещениями пальца по поверхности призмы используются электромеханические приспособления, регулирующие положение источника света для обеспечения оптимального угла подсветки. Приспособления приводятся в действие от механического упора на палец. Описанная схема не нашла применения из-за сложности механической части. Кроме того, более важным является то, что в этой схеме отсутствует контроль качества изображения.

Известно также устройство регистрации отпечатков пальцев (заявка РФ 93002977/14, МПК6 А 61 В 5/117), содержащее призму, одна их 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. Данное устройство выбрано в качестве прототипа, как наиболее близкое к заявляемому.

Недостатком прототипа является то, что он очень ограничен в выборе схемы освещения. Так, по условиям удобства прокатки пальца по воспринимающей поверхности последняя должна быть расположена как можно ближе к краю конструкции (корпуса прибора), а сам край должен, по возможности, иметь характер "козырька", т. е. обращенная к пользователю (передняя) стенка должна быть наклонена в сторону пользователя. Это накладывает определенные ограничения на взаимное расположение элементов устройства.

Практически единственно доступным источником освещения в прототипе является плоская панель светоизлучающих элементов (диодов) с рассеивателем между панелью и входной гранью призмы. При этом осветитель должен иметь минимальную толщину и быть расположен вплотную к призме, поскольку в противном случае воспринимающая поверхность (гипотенузная грань призмы) будет удалена от края прибора и прокатка пальца по ней станет неудобной, а то и невозможной. Данная схема освещения обладает рядом недостатков:

- значительные краевые эффекты: освещенность воспринимающей поверхности заметно падает к краям. Для уменьшения этого эффекта приходится увеличивать размеры призмы, выводя края за пределы рабочей части воспринимающей поверхности;

- потери значительной части света, падающего на воспринимающую поверхность под углами, отличающимися от угла полного внутреннего отражения;

- низкая контрастность изображения диффузно освещенного объекта.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание эффективной системы подсветки и повышения качества изображения.

Достигается это тем, что:

- призма, одна из граней которой является поверхностью, воспринимающей отпечатки пальцев, имеет, по меньшей мере, четыре грани;

- одна из граней призмы, смежная с воспринимающей поверхностью, наклонена к ней под острым углом и может иметь зеркальное покрытие;

- две другие грани призмы образуют тупой двугранный угол, одна из сторон которого примыкает к воспринимающей поверхности под углом, близким к прямому, величина которого находится в пределах от 80 до 100^o, а другая расположена к воспринимающей поверхности под углом, близким у углу полного внутреннего отражения, т.е. в пределах от 35 до 50^o.

Суть изобретения поясняется чертежом, где представлен общий вид устройства.

Устройство для регистрации папиллярного узора (см. чертеж) содержит воспринимающую отпечатки поверхность 1, в качестве которой служит грань призмы 10, проекционную оптическую систему 2, источник света 4, систему фотоприемных элементов 3.

Одна из боковых граней призмы, конкретно, грань 5 наклонена к воспринимающей поверхности (грань 1 призмы 10) под острым углом и может иметь зеркальное покрытие. Две другие грани 6 и 7 образуют тупой двугранный угол , причем грань 6 примыкает к воспринимающей поверхности 1 под углом , близким к прямому, величина которого находится в пределах от 80 до 100^o, а грань 7 расположена к поверхности 1 под углом, близким к углу полного внутреннего отражения, что для различных материалов может составлять от 35 до 50^o. К воспринимающей поверхности (грань 1 призмы 10) для регистрации папиллярного узора прикладывают палец руки 9.

Работает устройство следующим образом.

Ось светового пучка показана на чертеже штрихпунктирной линией. Световой пучок от источника 4 входит в призму 10 через грань 6 под углом, обеспечивающим минимальные потери (как правило, перпендикулярно). Отражение от грани 5 призмы 10 поворачивает ось пучка так, чтобы свет падал на воспринимающую поверхность 1 под углом, близким к углу полного внутреннего отражения. Поскольку на грань 5 свет падает под углом, более крутым, чем угол полного внутреннего отражения, на грань 5 может быть нанесено зеркальное покрытие. Отразившись от грани 1, свет выходит из призмы 10 через грань 7 под углом, обеспечивающим минимальные потери. Проекционная система 2 формирует изображение воспринимающей поверхности системе фотоприемных элементов 3. В тех точках воспринимающей поверхности 1, которые имеют контакт с папиллярными линиями пальца 9, полное внутренне отражение нарушается, (свет уходит в кожу и поглощается), что приводит к возникновению в плоскости фотоприемных элементов светотеневой картины, повторяющей линии папиллярного узора. Электрический сигнал с фотоприемников 3 вводится в блок 11 (компьютер) для дальнейшей обработки. Для уменьшения габаритов призмы 10 она может быть выполнена пятигранной, причем пятая грань 8 (см. чертеж) получается в результате сечения четырехгранной призмы плоскостью, пересекающей ее грани 5 и 7.

В оптической схеме отсутствуют принципиальные ограничения на расстояние от источника 4 до призмы 10. Поэтому источник 4 может содержать различные элементы (светоизлучатели, линзы, рассеиватели, светофильтры, пространственные фильтры и т. п. ) в любых сочетаниях, обеспечивающих оптимальную для решаемой задачи подсветку воспринимающей поверхности 1. Например, максимальную равномерность освещения воспринимающей поверхности 1 и высокую контрастность обеспечивает изображенный на чертеже источник в виде малого (точечного) излучателя, расположенного в фокусе положительной линзы. Применение рассеивателей, расположенных на различном расстоянии от входной грани позволяет "смягчить" контраст.

Поскольку распространение света в призме 10 носит обратимый характер, входная грань 6 может служить выходной, а выходная грань 7 входной при соответствующем изменении расположения источника 4, проекционной системы 2 и системы фотоприемных элементов 3 (не показано).

Таким образом, заявителями предложено достаточно простое и надежное устройство, позволяющее получить качественные отпечатки пальцев, используемые в дактилоскопии.

Предприятием-заявителем в 2000 году разработана рабочая документация и созданы серийные образцы устройства.