СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПАПИЛЛЯРНОГО УЗОРА Российский патент 1995 года по МПК G06K9/20 

На протяжении многих лет широко используемым способом получения изображения папиллярного узора является накатывание предварительно окрашенной поверхности кожи на лист бумаги. Чаще всего этим способом изготовляют дактилоскопические десятипальцевые карты, используемые правоохранительными органами. Стандартная дактокарта содержит отпечатки пальцев, прокатанных на бумаге от ногтя до ногтя, отпечатки ладоней, а также контрольные оттиски, образованные одновременным приложением к карте четырех пальцев одной руки-указательного, среднего, безымянного и мизинца.

Трудоемкая и неприятная процедура изготовления дактокарт с применением красителя имеет очевидные недостатки. Во-первых, отпечатки удовлетворительного качества получаются не всегда и поэтому последовательно удачно прокатать все десять пальцев очень трудно. Во-вторых, очень часто отпечатки в верхней части содержит зоны смаза, вызванные деформированием сферической части пальца при разворачивании ее на плоскость. Смаз наблюдается и в других частях отпечатка, что обусловлено сложной искривленной формой пальца.

Было предложено несколько способов получения отпечатков пальцев без использования красителя.

Известны способы [1,2] в которых изображение папиллярного узора пальца формируется на поверхности призмы конической формы. Но даже использовать набор призм различной кривизны, не удается добиться полного прилегания поверхности пальца от ногтя к поверхности призмы, так как сложная искривленная поверхность пальца имеет мало общего с конической поверхностью.

Предложен способ [3] формирования изображения отпечатка пальца, в котором в процессе продвижения пальца регулируется положение источника света для обеспечения оптимального угла подсветки. Такой способ не нашел применения, потому что в нем нет контроля за качеством получаемого изображения.

В известном способе [4] контролируется положение линии, вдоль которой в данный момент наблюдается изображение отпечатка пальца. Такой способ также не решает всех проблем, поскольку невозможно прокатить палец с одной постоянной заданной скоростью и в процессе прокатки всегда будет либо забегание вперед, либо отставление реального положения пальца от указанного индикаторного положения. Такое несогласованное движение приводит к потере информации на краях изображения при небольшом рассогласовании и к разрыву изображения при большом.

Известны также два способа формирования изображения отпечатка пальца [5]
В первом способе динамически изменяющиеся изображения суммируются за время прокатки 1-3 с. При этом рассчитывать на получение четкого несмазанного изображения можно лишь в том случае, если между поверхностью прокатки и пальцем обеспечено абсолютное сцепление и полностью отсутствует проскальзывание, что не осуществимо по причинам, описанным выше.

Во втором способе конечное изображение формируется из нескольких промежуточных изображений следующим образом. Перед началом прокатки итоговое изображение инициализируется значениями яркости, соответствующими яркости пустой поверхности прокатки, затем первое промежуточное изображение сравнивается с итоговым и в тех местах, где промежуточное изображение темнее итогового, соответствующие значения яркости в итоговом изображении заменяются яркостями из промежуточного изображения. Процесс повторяется для второго и последующих изображений и в результате формируется развернутое изображение отпечатка пальца. Такому способу присущи два недостатка. Первый состоит в том, что к итоговому изображению добавляется каждый раз крайняя часть промежуточного изображения, т.е. та часть, которая характеризуется слабым прилеганием пальца к поверхности прокатки. В результате теряются четкость и контрастность изображения. Второй недостаток обусловлен тем, что два смежных фрагмента изображения могут быть сформированы несмежными промежуточными изображениями и вследствие эластичности кожного покрова между этими фрагментами не будет непрерывного перехода.

Наиболее близкой к предложенной является система формирования прокатных изображений отпечатков пальцев [6] в которой движение по поверхности прокатки отслеживается по динамическим характеристикам изображения в нескольких соседних строках текущего изображения. На каждом кадре фиксируется положение левой и правой кромок текущего изображения. Суммарное изображение формируется из промежуточных во многом аналогично способу [5] с той лишь разницей, что замещение изображения в итоговом изображении производится не повсюду, а в диапазоне от левой до правой кромки. Еще одним отличием является то, что, кроме процедуры замещения, предусмотрена процедура усреднения итогового и промежуточного изображений.

К недостаткам этой системы следует отнести оба описанных недостатка второго способа [5] Низкая точность отслеживания кромок текущего изображения обуславливается тем, что анализируется не все изображение, а лишь небольшое количество его строк. В систему заложено серьезное ограничение, вызванное тем, что анализ движения изображения и формирование итогового изображения производятся в реальном времени, что приводит к ограничению на частоту опроса текущего изображения, поскольку процессору необходимо некоторое время на завершение указанных вычислений. Это ограничивает возможности системы в уменьшении смаза изображения отпечатка пальца.

Предлагаемый способ обладает повышенной устойчивостью к загрязнению экрана и к появлению смаза на изображении и обеспечивает более четкое и контрастное изображение по сравнению с существующими.

Текущее изображение, состоящее из N строк и М столбцов, разбивается на квадратные области n*n элементов изображения. Элементы разбиения последовательно анализируются с тем, чтобы узнать, какие из элементов текущего кадра содержат изображение. Для этого значения элементов суммируются и сумма сравнивается с параметром Q. Если сумма превышает Q, то считается, что элемент содержит изображение.

S(k,l)i,j),
F(k,l)=1, еcли S(k,l)>Q k=1.i/n,
F(k,l)=0, еcли S(k,l)<=Q l=1.j/n,
F(k,l)- матрица заполненноcти кадра.

Параметр Q задается только больше нуля для того, чтобы шум оцифровщика не вносил ошибок в правильность определения матрицы.

По матрице заполненности кадра можно найти линию, вдоль которой обеспечивается оптимальное прилегание пальца и поверхности прокатки. Интуитивно эту линию можно определить как проходящую через центр данного текущего изображения. Эта линия является оптимальной по нескольким соображениям. Во-первых, эта линия достаточно далеко отстоит от переднего фронта, и изображение вдоль этой линии является сформировавшимся, т.е. оно имеет максимально возможные четкость и контраст. Во-вторых, смаз изображения поперек этой линии минимален вследствие того, что давление пальца на поверхность прокатки приблизительно симметрично относительно этой линии. В-третьих, изображение вдоль этой линии имеет максимальную высоту, и, как результат, в суммарном изображении не происходит потери изображения вдоль верхней и нижней кромок.

Здесь необходимо пояснить, что понимается под сформировавшимся изображением. Поскольку папиллярная линия имеет неровности на поверхности, сразу после прикосновения линии к поверхности прокатки изображение является слабым. Небольшой промежуток времени неровности заполняются смазкой, искусственно нанесенной на поверхность или образованной потожировым веществом пальца, и изображение становится максимально четким и контрастным.

Центральной линией является вертикальная линия, проходящая через центр тяжести текущего изображения (можно использовать центральную линию в форме кривой):
X
k 1.i/n
l 1.j/n
Обозначим ΣΣkl

Если указанные вычисления провести для всех промежуточных кадров, то в результате получим следующий набор параметров, характеризующих процесс прокатки:
x(i), M(i), i 0,1.N_k, N_k количество кадров.

По определению:
X(O) 0, U(O) 0,
X(N_k) M, U(N_k) 0
Процесс прокатки может закончиться раньше окончания последнего кадра N. Чтобы определить момент окончания прокатки, текущая площадь изображения кадра сравнивается с максимальной площадью кадра. Процесс прокатки считается законченным, тогда выполняется следующее условие:
U(i) <U_max/p p > 2
U_max max(U(i) i 1,2.N_k
Направление прокатки (фиг.2) определяется по положению пальца в первом кадре, т.е. по X(I):
Если X(I) > M/2 прокатка справа налево.

Если X(1) M/2 прокатка слева направо.

Скорость прокатки, вычисленная по разнице X(n) X(n-1), изменяется скачкообразно от кадра к кадру. Это вызвано погрешностью определения средней линии. Для устранения этого нежелательного явления несколько раз применяется несложная процедура:
X^t(2) (X(I) + X(3))/2
X^t(3) (X(2) + X(4))/2

X^t(N_k-3) (X(Nk-4) + X(N_k-2))/2
X^t(N_k-2) (X(Nk-3) + X(N_k-1))/2
После применения этой процедуры изменение скорости приобретает плавный характер, как показано на фиг. 3, что позволяет максимально использовать информацию из промежуточных кадров и усиливать возможности системы в борьбе со смазом.

Конечное изображение формируется из промежуточных следующим образом. Из первого кадра берется полоса от X(1) до Х(2), из n-го полоса от Х(n-1) до X(n), из N_k-го полоса от Х(N_l-1) до X(N_k).

Как другой вариант процедуры склейки можно применить усреднение по нескольким промежуточным кадрам, т.е. полоса изображения формируется следующим образом.

В полосе от X(i-1) до X(i) берется среднее из изображений кадров с номерами i-p, i-p+1,i+p-1, i+p(p>0)
B^x(i,j) [B^i-p(i,j) + B^i-p+1(i,j) ++ B^i+p(i,j)]/2-p+1), где B^x(i,j) элемент сформированного изображения;
Bⁿ(i,j) элемент изображения из кадра n.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к способам распознавания образов. Повышение устойчивости к загрязнению экрана и к проявлению смаза на изображении, а также обеспечение повышенной четкости и контрастности изображения достигается тем, что после разбиения изображения на элементы их анализируют на содержание в них изображения, по результатам анализа строят матрицу заполненности кадра и определяют линию оптимального прилегания пальца к прокатке, после определения момента окончания прокатки определяют направление прокатки, скорость прокатки и усредняют скорость прокатки. 6 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПАПИЛЛЯРНОГО УЗОРА, заключающийся в прокатке изображений отпечатков пальцев, разбиении изображения отпечатка пальца на элементы в кадрах, определении момента окончания прокатки, формировании конечного изображения при усреднении изображений промежуточных элементов, отличающийся тем, что после разбиения текущего изображения определяют наличие в элементах кадров областей изображения, по полученным результатам строят матрицу заполненности кадра и определяют линию оптимального прилегания пальца к прокатке, после момента окончания прокатки определяют направление и скорость прокатки, регистрируя усредненное значение скорости прокатки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении наличия областей изображения каждому элементу по интенсивности его окраски присваивают условное значение, а условные значения соседних элементов суммируют и сравнивают с пороговой величиной. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что линию оптимального прилегания пальца к прокатке определяют как геометрический центр текущего изображения. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве линии оптимального прилегания пальца к прокатке выбирают линию, имеющую максимальную высоту изображения. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что линию максимального прилегания пальца к прокатке определяют по линии максимальной четкости, максимальной контрастности и минимального смаза поперек этой линии. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость прокатки определяют как отношение разности положений центров изображений двух соседних кадров к промежутку времени между этими кадрами. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость прокатки устраняют по соседним кадрам, и выбирают количество кадров 3 7.