устройство для регистрации скользящего папиллярного узора

Формула изобретения

1. Устройство для регистрации скользящего папиллярного узора, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные между собой источник излучения, призму, имеющую входную, выходную и воспринимающую папиллярный узор поверхности, систему фотоприемных элементов, электрически соединенную с блоком обработки изображений, отличающееся тем, что на воспринимающей поверхности призмы располагается эластичный оптически прозрачный материал, имеющий возможность перемещения относительно воспринимающей поверхности призмы, а зазор между эластичным оптически прозрачным материалом и призмой заполняется иммерсионной жидкостью.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воспринимающая поверхность призмы имеет канавку для размещения пальца, а продольная и поперечная образующая канавки имеет криволинейную форму.

3. Устройство п.1, отличающееся тем, что воспринимающая поверхность призмы имеет выпуклость для размещения ладони.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что применяется высокомолекулярная иммерсионная жидкость.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптического формирования изображения с помощью вычислительной техники, в частности к устройствам для получения дактилокарт, используемых правоохранительными органами.

Известно применение силиконовой пленки в качестве приемной площадки в сканере отпечатка пальца, которая наклеивается на воспринимающую отпечатки пальцев поверхность призмы, причем эта поверхность призмы освещается под углом полного внутреннего отражения источником излучения, а отраженное излучение через проекционную оптическую систему попадает в фотоприемник (заявка РФ №96105643, МПК А 61 В 5/117, G06К 9/00, G09F 3/00).

Такая пленка недостаточно улучшает оптический контакт поверхности пальца с призмой, так как слабо деформируется под давлением пальца. При сильном нажатии пальца на пленку папиллярные линии пережимаются, рисунок линий искажается.

Известно устройство для получения отображений кожных линий, в котором используется искривленная поверхность прозрачного основания, в качестве которого может быть использована призма. Прижатая ладонь освещается через основание и регистрируются отраженные лучи (ЕР 0617919 А2, МПК А61В 5/117, G06К 9/20, опубл. 1994).

Для этого устройства возможен плохой контакт поверхности кожи ладони с выпуклым основанием, так как основание выполнено из жесткого материала, который не адаптируется под поверхность ладони. Попытка усиленного прижатия рукой ладони к поверхности основания нежелательна, так как раздавливает папиллярные линии и искажает регистрируемый рисунок кожных линий.

Известно устройство регистрации отпечатков пальцев, содержащее призму, гипотенузная грань 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, МПК 7 А61В 5/117). Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что воспринимающая отпечатки пальцев поверхность (гипотенузная грань призмы) является поверхностью, выполненной из жесткого материала (стекла). Такое устройство обладает рядом недостатков:

- при прокатке пальца по жесткой поверхности легко смазать или передавить папиллярные линии и тем самым исказить рисунок кожного узора;

- на краях контактной области кожи пальца с воспринимающей поверхностью папиллярные линии эластично растягиваются, и рисунок кожного узора искажается.

- воспринимающая поверхность не адаптируется под форму пальца, что сокращает площадь контактного отпечатка пальца.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение качества зарегистрированного фотоприемником изображения.

Достигается это тем, что:

- над воспринимающей поверхностью призмы (гипотенузной гранью), располагается эластичный оптически прозрачный материал;

- зазор между эластичным оптически прозрачным материалом и призмой заполняется иммерсионной жидкостью, устанавливающей оптический контакт эластичного оптически прозрачного материала и призмы;

- эластичный оптически прозрачный материал освещается излучением под углом полного внутреннего отражения;

- обеспечивается возможность перемещения эластичного оптически прозрачного материала относительно воспринимающей поверхности призмы.

Кроме того:

- воспринимающая поверхность призмы имеет канавку для размещения пальца, причем продольная и поперечная образующие канавки имеют криволинейную форму;

- воспринимающая поверхность призмы имеет выпуклость для размещения ладони;

- применяется высокомолекулярная иммерсионная жидкость, предотвращающая нарушение оптического контакта при вытеснении иммерсионной жидкости из зазора между эластичным оптически прозрачным материалом и призмой.

Сущность предлагаемого устройства схематично иллюстрируется фигурами:

на фиг.1 представлен общий вид устройства;

на фиг.2 представлена изометрическая проекция призмы, на воспринимающей поверхности которой находится канавка для размещения пальца;

на фиг.3 представлена изометрическая проекция призмы с выпуклой воспринимающей поверхностью для размещения ладони.

Устройство для регистрации папиллярного узора (фиг.1) содержит последовательно расположенные источник излучения 1, эластичный оптически прозрачный материал 2, иммерсионную жидкость 3, призму 4 (призма АВС) с закругленными краями, имеющую входную поверхность ВС, выходную поверхность АС и гипотенузную грань АВ, над которой располагается поверхность ED эластичного оптически прозрачного материала 2, систему фотоприемных элементов 5, которая электрически соединена кабелем 6 с блоком обработки изображений 7 (компьютером). К поверхности ED прикладывается палец 8, который усилием перемещает оптически прозрачный материал 2 и контактирующий с ним исследуемый кожный участок относительно потока излучения. Излучение (показано пунктирными стрелками) от источника излучения 1 падает на воспринимающую поверхность ED под углом полного внутреннего отражения.

На фиг.2 призма 4 (призма 4 на фиг.1) на гипотенузной грани АВ имеет канавку 9 для размещения пальца. Продольная образующая канавки (показана штрихпунктиром) и поперечная образующая канавки, перпендикулярная продольной образующей, имеют криволинейную форму.

На фиг.3 призма 4 (призма 4 на фиг.1) на гипотенузной грани АВ имеет выпуклость 10 для размещения ладони. Область наиболее качественной регистрации узора ладони выделена двумя пунктирными линиями.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 входит через эластичный оптически прозрачный материал 2 и иммерсионную жидкость 3 в призму 4 через входную поверхность ВС под прямым углом (без потерь) и проникает через гипотенузную грань АВ призмы и иммерсионную жидкость 3 к поверхности ED эластичного оптически прозрачного материала 2. На поверхности ED излучение отражается от участков поверхности, контактирующих с воздухом, и возвращается через эластичный оптически прозрачный материал 2 и иммерсионную жидкость 3 в призму 4. Из призмы излучение выходит через выходную поверхность АС под прямым углом (без потерь) и попадает на систему фотоприемных элементов 5, пересекая иммерсионную жидкость 3 и эластичный оптически прозрачный материал 2. Эластичный оптически прозрачный материал 2 располагается практически параллельно соответствующим граням ВС и АС призмы. Показатели преломления иммерсионной жидкости 3, эластичного оптически прозрачного материала 2 и призмы 4 выбираются близкими по величине. Поэтому отражение и преломление на поверхностях, контактирующих с иммерсионной жидкостью 3, пренебрежимо мало, и излучение без потерь доходит до воспринимающей поверхности ED, на которой претерпевает полное внутреннее отражение, а от нее - к системе фотоприемных элементов 5. В тех точках воспринимающей поверхности ED, которые имеют контакт с папиллярными линиями пальца 8, полное внутреннее отражение нарушается, так как излучение поглощается кожей, что приводит к возникновению в плоскости фотоприемных элементов светотеневой картины, копирующей папиллярные линии пальца 8. Электрический сигнал с системы фотоприемных элементов 5 через кабель 6 вводится в блок обработки изображений 7 для последующего анализа.

Под действием усилия пальца 8 поверхность ED эластичного оптически прозрачного материала 2, которая является воспринимающей отпечаток пальца или ладони поверхностью, слегка прогибается, деформируется и плотно примыкает к пальцу, а иммерсионная жидкость 3 незначительно растягивает эластичный материал 2, который герметично обхватывает вокруг призму 4 в направлении действия усилия пальца 8. Это же усилие пальца приводит к перемещению относительно гипотенузной грани АВ призмы эластичного оптически прозрачного материала 2 вместе с пальцем на расстояние, достаточное для полного перемещения исследуемого кожного участка относительно потока излучения. Сам поток излучения относительно гипотенузной грани АВ призмы неподвижен. Эластичный оптически прозрачный материал 2 перемещается, не соскальзывая, по входной, выходной и гипотенузной граням призмы, стыки которых закруглены, а роль смазки выполняет иммерсионная жидкость.

Во время перемещения пальца в компьютере 7 накапливается множество кадров частично перекрывающихся изображений, формируемых, например, с обычной частотой 25 кадров в секунду, которые в конце регистрации папиллярного узора математическими методами склеиваются в единое изображение.

При удалении пальца с поверхности ED поверхность ED восстанавливается в первоначальную форму. Степень эластичности оптически прозрачного материала 2 выбирается такой, чтобы перспективные искажения изображения узора пальца были допустимы.

Такой вариант реализации заявляемого устройства неединственен.

Гипотенузной грани АВ призмы (фиг.2) можно придать форму, которую воспримет поверхность ED при регистрации папиллярного узора. Если на гипотенузную грань АВ призмы 4 нанести канавку 9 вдоль оси , ориентированной по направлению движения пальца, в виде неглубокого сужающегося усеченного конуса, размеры которого соизмеримы с размерами пальца, то эластичный оптически прозрачный материал 2 при перемещении пальца 8 вдоль конуса в разные моменты регистрации полнее и плотнее охватит разные участки кожной поверхности пальца как взрослого человека, так и ребенка. В компьютере 7 на множестве кадров изображений выбираются более качественные фрагменты изображений, из которых склеивается единое изображение, а другие фрагменты изображений отбрасываются как непригодные. Это повышает качество и площадь регистрируемого изображения. Для лучшей адаптации поверхности ED (фиг.1) к дистальной зоне пальца продольной образующей канавки придается плавная криволинейная форма. Для оптимального охвата кожного покрова пальца поверхностью ED (фиг.1) поперечной образующей канавки придается плавная криволинейная форма, повторяющая форму среднестатистического пальца.

На фиг.3 гипотенузная грань АВ призмы 4 (призма 4 на фиг.1) имеет выпуклую форму 10 в виде боковой поверхности цилиндра (или сферы) для размещения ладони. Исследуемый кожный участок перемещается в потоке излучения боковой поверхности цилиндра, а в компьютере накапливается множество частично перекрывающихся изображений. Область, в которой воспринимающая поверхность ED (фиг.1) оптимально соприкасается с ладонью, выделена пунктирными линиями (фиг.3). Ясно, что множество частично перекрывающихся изображений, соответствующих выделенной области, составит лучшее единое изображение ладони.

Кривизна гипотенузной грани призмы 4 (фиг.2-3) ограничивается так, что угол полного внутреннего отражения не нарушается.

При большом усилии иммерсионная жидкость 3 может вытесниться из зазора под эластичным оптически прозрачным материалом 2, а оптический контакт может быть нарушен. Предотвратить это может высокомолекулярная иммерсионная жидкость, которая за счет большой длины молекул не выдавливается из зазора.

Отметим преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.

Воспринимающая поверхность устройства с гипотенузной грани призмы АВ перенесена на поверхность ED эластичного оптически прозрачного материала, поэтому вероятность передавливания палиллярных линий уменьшается, а качество регистрируемого в компьютере изображения повышается. За счет той же эластичности воспринимающей поверхности папиллярные линии на краях контактной области пальца с поверхностью ED деформируются меньше, что тоже способствует повышению качества изображения. Подвижность воспринимающей поверхности ED исключает возможность смазывания папиллярного узора и обеспечивает полное перемещение исследуемого кожного участка относительно потока излучения, что увеличивает площадь поверхности зарегистрированного кожного участка.

Таким образом, предложено сравнительно простое устройство, позволяющее получить высококачественные отпечатки пальцев и ладоней, используемых в криминалистике или в системах предотвращения несанкционированного доступа в охраняемые помещения.