устройство для регистрации рисунка кожных линий

Формула изобретения

1. Устройство для сканирования рисунка кожных линий, содержащее прозрачный для излучения цилиндр, установленный с возможностью поворота вокруг фиксированной оси вращения, на угол, обеспечивающий полное перемещение исследуемого кожного участка относительно потока излучения от источника излучения, при этом источник и приемник излучения неподвижно установлены относительно цилиндра, отличающееся тем, что на поверхность цилиндра натянут эластичный и прозрачный для излучения материал, герметично примыкающий к торцам цилиндра, а зазор между материалом и цилиндром заполнен иммерсионной жидкостью.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что иммерсионная жидкость является высокомолекулярной.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что один или два торца цилиндра выполнены в виде конусообразной поверхности.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник излучения выполнен с возможностью формирования плоского потока излучения, линия падения которого на поверхность эластичного материала в области контакта с участком кожи параллельна оси вращения цилиндра.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что источник и приемник излучения установлены у противоположных торцов цилиндра.

6. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что источник излучения установлен у выпуклой поверхности цилиндра, покрытой эластичным материалом, а приемник излучения - с торцевой стороны цилиндра.

7. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что приемник излучения установлен у выпуклой поверхности цилиндра, покрытой эластичным материалом, а источник излучения - с торцевой стороны цилиндра.

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 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, МПК 7 А61В 5/117, опубл. 2002).

Недостатком устройства является наличие подвижной механической части, погруженной в иммерсионную жидкость, что затрудняет изготовление устройства.

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.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее прозрачное для сканирующего излучения выпуклое основание, предназначенное для контакта с участком кожи, источник и приемник излучения, установленные с соответствующих сторон области контакта выпуклого основания с участком кожи, причем выпуклое основание выполнено в виде цилиндра с возможностью вращения вокруг оси, фиксированной относительно неподвижной опоры, для поворота на угол, обеспечивающий полное перемещение участка кожи, контактирующего с цилиндром, относительно потока сканирующего излучения (патент РФ 2168206, МПК G06K 9/00, A61B 5/117, опубл. 2001).

Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что выпуклая поверхность является поверхностью жесткого материала (стекла, кварца или флинта), поэтому:

- при прокатке ладони по жесткой поверхности легко произвести передавливание папиллярных линий вплоть до слияния папиллярных линий и тем самым исказить рисунок кожного узора;

- зону папиллярных линий, эластично деформированных и нестабильных по периметру области контакта участка кожи и цилиндра, вынужденно вычитают из всей области контакта участка кожи и цилиндра, что приводит к сужению полоски отраженного излучения, а это снижает возможности синтеза математическими методами цельного изображения и повышает требования к точности изготовления механизмов устройства.

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

Достигается это тем, что:

- на поверхность цилиндра натянут эластичный и прозрачный для излучения материал;

- эластичный материал герметично примыкает к торцам цилиндра;

- зазор между цилиндром и эластичным, прозрачным для излучения материалом заполнен иммерсионной жидкостью, устанавливающей оптический контакт между этим материалом и цилиндром.

Кроме того:

- применяется высокомолекулярная иммерсионная жидкость, предотвращающая нарушение оптического контакта при вытеснении иммерсионной жидкости из зазора между эластичным материалом и цилиндром;

- одному или двум торцам цилиндра придают форму конусообразной поверхности, обеспечивающей минимум потерь на отражение и преломление излучения;

- источник излучения выполнен с возможностью формирования плоского потока излучения, линия падения которого на воспринимающую поверхность эластичного материала в области контакта с участком кожи параллельна оси вращения цилиндра.

- источник и приемник излучения установлены у противоположных торцов цилиндра;

- источник излучения установлен у выпуклой поверхности цилиндра, покрытой эластичным материалом, а приемник излучения - с торцевой стороны цилиндра;

- приемник излучения установлен у выпуклой поверхности цилиндра, покрытой эластичным материалом, а источник излучения - с торцевой стороны цилиндра.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется чертежами:

на фиг.1 представлен вид в перспективе для одного варианта выполнения устройства для сканирования рисунка кожных линий;

на фиг.2 представлен вид устройства для сканирования рисунка кожных линий по фиг.1 в разрезе по неподвижной оси, вокруг которой поворачивается цилиндр, причем приемник и источник излучения располагаются с торцов цилиндра;

на фиг.3 и 4 представлены виды в разрезе по неподвижной оси двух других вариантов выполнения того же устройства по фиг.1;

на фиг.5 представлен вид в разрезе цилиндра поперек неподвижной оси того же устройства по фиг.1.

На фиг.1-5 одинаковые элементы устройства обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Устройство для сканирования рисунка кожных линий (фиг.1,2) содержит последовательно расположенные по ходу излучения (показано пунктиром) источник излучения 1, прозрачный для излучения цилиндр 2, вращающийся вокруг оси 7, фиксированной относительно неподвижной опоры (не показана), эластичный и прозрачный для излучения материал 4, натянутый на выпуклую поверхность цилиндра 2 и герметично примыкающий к торцам цилиндра, иммерсионную жидкость 3, заполняющую зазор между цилиндром 2 и материалом 4 и устанавливающую оптический контакт между цилиндром 2 и материалом 4, линзу 5, обеспечивающую фокусирование плоского потока излучения, приемник излучения 6, выполненный в виде матрицы фотоэлементов. На фиг.1, 2 ось цилиндра лежит на плоскости, в которой источник излучения 1, линза 5 и приемник излучения 6 расположены у торцов цилиндра, которые могут быть выполнены в виде конусообразной поверхности 8 (фиг.2). На фиг.3, 4 ось цилиндра лежит на плоскости, в которой либо источник излучения 1, либо линза 5 и приемник излучения 6 расположены у материала 4 на выпуклой поверхности цилиндра. В таком варианте изготовления устройства конусообразная поверхность 8 располагается у одного из соответствующих торцов цилиндра 2. На фиг.5 показана деформированная (продавленная) зона 9 в области контакта участка кожи и эластичного материала 4. В зоне 9 излучение отражается в виде полоски 10 (фиг.1).

Устройство работает следующим образом.

Излучение (показано пунктиром на фиг.2) от источника излучения 1 через торец цилиндра 2, прозрачного для излучения, и иммерсионную жидкость 3 проникает к эластичному и прозрачному для излучения материалу 4, натянутому на выпуклую поверхность цилиндра и герметично примыкающему к торцам цилиндра, и отражается от наружной воспринимающей поверхности АВ, которую образует материал 4. Источник излучения 1 формируют плоским (например, пропуская излучение через щель) и располагают вдоль оси вращения 7. Поэтому на воспринимающую поверхность АВ параллельно оси вращения 7 падает в виде полоски 10 (фиг.1) плоский поток излучения (показано пунктиром на фиг.2). В зоне полоски 10 происходит полное внутреннего отражение. Отраженное излучение (фиг.2) возвращается через иммерсионную жидкость 3 в цилиндр 2 и выходит через противоположный торец цилиндра, попадая через линзу 5 на приемник излучения 6. Показатель преломления иммерсионной жидкости 3 близок к показателям преломления цилиндра 2 и эластичного, прозрачного для излучения материала 4. Поэтому отражение и преломление на поверхностях, контактирующих с иммерсионной жидкостью 3, пренебрежимо мало, и излучение без потерь доходит до воспринимающей поверхности АВ и претерпевает на ней полное внутреннее отражение. В тех точках воспринимающей поверхности АВ, которые имеют контакт с папиллярными линиями участка кожи в зоне полоски 10, полное внутреннее отражение нарушается, так как излучение поглощается кожей, что приводит к возникновению в плоскости приемника излучения 6 светотеневой картины, копирующей папиллярные линии в полоске 10 вдоль всей ее длины и ширины. Электрический сигнал с приемника излучения 6 в виде полоски изображения поступает в компьютер (не показано).

При повороте цилиндра 2 вокруг неподвижной оси 7 за счет усилия, развиваемого участком кожи на воспринимающей поверхности АВ, полоска 10 излучения перемещается по внешней поверхности материала 4. При этом происходит последовательное формирование узких полосок светотеневой картины в плоскости приемника излучения 6, а в компьютере накапливается последовательность полосок изображений. Угол поворота цилиндра 2 должен обеспечивать полное перемещение исследуемого участка кожи, контактирующего с воспринимающей поверхностью АВ, относительно потока излучения. В компьютере из узких полосок изображений синтезируется единственное цельное изображение. Алгоритм формирования цельного изображения заключается в упорядочивании полосок изображения по времени их формирования, удалении шума из полосок изображений, вычислении координат областей перекрытия в смежных полосках изображений на основе метода корреляции, оценке качества областей перекрытия, формировании цельного изображения на основе последовательного комбинирования перекрывающихся областей на пиксельном уровне с учетом качества областей перекрытия.

Торцам цилиндра 2 придают форму конуса 8 таким образом, что излучение входит в цилиндр и выходит из цилиндра под углом, обеспечивающим минимум потерь на отражение и преломление излучения. Обычно это прямой угол.

На фиг.2 источник излучения 1, линза 5, приемник излучения 6 размещены у противоположных торцов цилиндра. На фиг.3 линза 5 и приемник излучения 6 размещены у выпуклой поверхности цилиндра, покрытой эластичным материалом 4, источник излучения 1 размещен у торца цилиндра. На фиг.4 линза 5 и приемник излучения 6 размещены у торца цилиндра, а источник излучения 1 размещен у выпуклой поверхности цилиндра, покрытой эластичным материалом 4. В этих вариантах исполнения устройства регистрируется диффузное отраженное излучение. Все три варианта выполнения устройства по фиг.2-4 имеют как достоинства, так и недостатки, и могут выбираться в зависимости от конкретных требований к устройству. При выполнении устройства по фиг.2-4 формирование плоского потока излучения может осуществляться щелевым методом параллельно оси вращения 7.

Под давлением участка кожи поверхность АВ (фиг.2-5) материала 4 прогибается, образуя зоны деформации 9, адаптируясь под форму поверхности участка кожи. Иммерсионная жидкость 3 под областью контакта участка кожи с материалом 4 частично вытесняется, растягивая герметично натянутый материал 4. При снятии давления с поверхности АВ эластичный материал 4 восстанавливается в прежнюю форму, а иммерсионная жидкость перераспределяется. В качестве иммерсионной жидкости может быть использован раствор глицерина или пихтовое масло.

При сильном надавливании руки иммерсионная жидкость 3 может вытесниться из-под эластичного материала 4. Если материал 4 соприкоснется с поверхностью цилиндра 2, оптический контакт может быть нарушен. Это явление может предотвратить высокомолекулярная иммерсионная жидкость с помощью очень большой длины неразрывных молекул.

Источник излучения 1 и система фотоприемных элементов 6 должны быть спектрально согласованы, чтобы излучение воспринималось лучшим образом. Излучение выбирается в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового излучения.

Отметим преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом.

Так как воспринимающая поверхность эластичная, вероятность передавливания папиллярных линий значительно уменьшается, а прилегание кожного участка к воспринимающей поверхности улучшается по сравнению с выпуклой поверхностью, выполненной из жесткого материала. Это происходит автоматически и исключает проскальзывание участка кожи по воспринимающей поверхности даже при слабом прижатии кожи. За счет эластичности воспринимающей поверхности улучшается контакт гребней кожи с поверхностью, что повышает качество регистрируемого изображения. Увеличивается область контакта участка кожи с воспринимающей поверхностью, где нет передавливания папиллярных линий, и обеспечивается равное усилие контакта, что позволяет расширить полоску 10 и использовать современные технологии синтеза и анализа изображений, применяемые, например, в оптических компьютерных мышках. Это снижает требования к точности механических устройств.

Изобретение технически реализуемо и может применяться в криминалистике, в системах предотвращения несанкционированного доступа в охраняемые помещения, при идентификации личности человека, пользующегося кредитной картой.