СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ ОТПЕЧАТКА ПАПИЛЛЯРНОГО УЗОРА Российский патент 1996 года по МПК G06K9/46 

Изобретение относится к распрознаванию образов, а именно к вопросам предварительной обработки графических изображений, главным образом отпечатков пальцев и ладоней рук путем кодирования, и может быть использовано в криминалистике для идентификации отпечатков папиллярных узоров.

Известен способ для кодирования отпечатка папиллярного узора пальца, описанный в международной заявке 87/01224 "Система для распознавания и поиска отпечатков пальцев" по классу G 06 K 9/00, опубликованной 26.02.87 с приоритетом США от 16.08.85.

Данный способ заключается в том, что на отпечатке папиллярного узора пальца выбирают центр вращения сканирующей линии, который располагают в центре отпечатка, радиально сканируют узор по его характерным точкам, определяя геометрические особенности узора в окрестностях этих точек, путем присвоения заранее определенного кода каждой из характерных точек узора в зависимости от типа характерных точек, т.е. кодируют начала, окончания, слияния, разветвления и другие особенности папиллярных линий. Затем относительно начальной линии сканирования, проходящей через центр отпечатка, определяют угловые координаты сканирующей линии, проходящей поочередно через каждую характерную точку узора, радиальные расстояния и число гребневых линий узора между центром вращения сканирующей линии и характерными точками узора. В результате такого кодирования получают числовой код, с некоторой степенью однозначности описывающий папиллярный узор пальца. Результатом идентификации личности по полному отпечатку папиллярного узора пальца является выдача рекомендательного списка.

Для идентификации личности по неполному отпечатку изучают особенности распределения характерных точек на нем, направления и изгибы папиллярных линий. На основании этой информации неполный отпечаток восстанавливают до полного (определяют предполагаемое место центра отпечатка в его дактилоскопическом понимании), после этого кодируют согласно вышеописанному способу и сравнивают с учетными отпечатками.

Недостатком данного способа является низкая точность кодирования полных и тем более неполных отпечатков папиллярных узоров. Этот недостаток обусловлен тем, что в данном способе центр вращения сканирующей линии располагают в центре отпечатка, через который проходит и начальная линия сканирования. Так как центр отпечатка представляет собой не точку, а некоторую область, то в этом случае невозможно однозначно определить положение точки, выбранной за центр вращения сканирующей линии, что может привести к искажению данных при кодировании отпечатка и повлечь за собой ошибки при идентификации личности. Еще большие искажения возникнут при кодировании и идентификации в случае восстановления центра узора в неполном отпечатке.

Следует также отметить, что кодирование отпечатка относительно центра узора снижает возможности использования данного способа, а именно не позволяет кодировать и проводить идентификацию личности по отпечаткам папиллярного узора ладоней, т. к. в них невозможно однозначно выделить центр узора, который должен быть принят за центр сканирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ кодирования отпечатка папиллярного узора. Данный способ заключается в том, что на узоре выделяют все характерные точки, определяют направление изгиба и кривизну папиллярных линий, образующих данные точки, выбирают центр вращения линии сканирования, за который принимают любую из n характерных точек узора, определяют начальное положение линии сканирования, за которое принимают вектор, проведенный по касательной к папиллярной линии через расположенный на ней центр вращения линии сканирования, радиально сканируют узор по его характерным точкам, определяют угловые координаты положения характерных точек узора относительно начального положения линии сканирования, угол от начального положения линии сканирования до каждого из (n-1) векторов, проведенных по касательной к папиллярным линиям через (n-1) характерные точки узора, метрические расстояния и число гребневых линий между центром вращения линии сканирования и характерными точками узора, затем все операции повторяют (n-1) раз, выбирая в качестве центра вращения линии сканирования поочередно каждую из остальных (n-1) характерных точек узора.

Выполнение всех операций данного способа для кодирования отпечатка папиллярного узора позволяет закодировать рисунок папиллярного узора не только пальца, но и ладони, что далее дает возможность идентифицировать личность по полным и неполным отпечаткам папиллярных узоров пальцев и ладонных поверхностей рук. Это связано с исключением неоднозначности выбора центра вращения сканирующей линии и положения начальной линии сканирования, положение которых однозначно определяется выбранной на данном этапе в качестве центра вращения характерной точкой и положением вектора, проведенного по касательной к папиллярной линии, через расположенный на ней центр вращения. Данный способ учитывает и некоторые геометрические особенности папиллярного узора, такие как направление изгиба и кривизну папиллярных линий, образующих характерные точки узора. Данный способ позволяет отказаться от восстановления неполного отпечатка до полного, т.к. кодирование в данном способе производится по характерным точкам узора без привязки к центру или дельте узора. Недостатком данного способа является низкая точность кодирования отпечатков папиллярных узоров. Это объясняется малой информативностью известного способа, учитывающего при кодировании не все геометрические особенности строения папиллярного узора, и совершенно не учитывающего топологическое строение узора. Кроме того, использование результатов кодирования папиллярных узоров по данному способу для сравнения этих узоров возможно только для отпечатков, изображения которых выполнены в одном масштабе увеличения, так как в противном случае результат сравнения будет малодостоверным.

Цель изобретения повышение точности кодирования отпечатков папиллярных узоров, в том числе и выполненных в произвольных масштабах увеличения.

Достигается это тем, что в известном способе для кодирования отпечатка папиллярного узора, заключающемся в том, что на узоре выделяют все характерные точки, определяют направление изгиба и кривизну папиллярных линий, образующих данные точки, выбирают центр вращения линии сканирования, за который принимают любую из n характерных точек узора, определяют начальное положение линии сканирования, за которое принимают вектор, проведенный по касательной к папиллярной линии через расположенный на ней центр вращения линии сканирования, радиально сканируют узор по его характерным точкам, определяют угловые координаты положения характерных точек узора относительно начального положения линии сканирования, угол от начального положения линии сканирования до каждого из (n-1) векторов, проведенных по касательной к папиллярным линиям через (n-1) характерные точки узора, метрические расстояния и число гребневых линий между центром вращения линии сканирования и характерными точками узора, затем все операции повторяют (n-1) раз, выбирая в качестве центра вращения линии сканирования поочередно каждую из остальных (n-1) характерных точек узора, согласно изобретению дополнительно для каждой характерной точки узора определяют масштабную характеристику, отражающую среднее расстояние между папиллярными линиями вблизи характерной точки, преобразованные метрические расстояния, учитывающие масштабные характеристики точек, топологические характеристики узора, отражающие направление папиллярных линий, образующих (n-1) характерную точку, относительно направления папиллярной линии, образующей центр вращения линии сканирования, расположение каждой из (n-1) характерной точки относительно папиллярной линии, образующей центр вращения линии сканирования, типы всех n характерных точек и топологическое смещение характерных точек относительно центра вращения линии сканирования.

В способе по п. 1 при кодировании отпечатка папиллярного узора определяют общую масштабную характеристику узора, являющуюся среднеарифметической величиной масштабных характеристик всех n характерных точек узора, отпечаток ориентируют относительно прямоугольной системы координат, ось абсцисс которой направляют вдоль основания узора, а ось ординат через середину основания узора, определяют координаты положения каждой характерной точки в этой системе координат и углы от оси абсцисс до каждого из векторов, проведенных по касательной к папиллярным линиям через расположенные на них характерные точки.

В способе по п. 2 кодируют внутренние особенности "дельта" и "центр" строения папиллярного узора, по количеству и положению этих особенностей на узоре определяют тип папиллярного узора, определяют координаты положения "дельт" и "центров" в прямоугольной системе координат, причем для особенности "центр" определяют угол от оси абсцисс до вектора, направленного в сторону продолжения ножек петли и перпендикулярного к касательной линии в точке наиболее крутого изгиба внутренней петлеобразной папиллярной линии, образующей особенность "центр", а также определяют метрические расстояния и преобразованные метрические расстояния, учитывающие общую масштабную характеристику узора, определяют число гребневых линий между особенностями "дельта" и "центр" узора.

Выполнение всех операций предлагаемого способа кодирования отпечатка папиллярного узора позволяет однозначно закодировать рисунок папиллярного узора пальца и ладони, что позволяет в дальнейшем с высокой достоверностью и наименьшей трудоемкостью идентифицировать личность по закодированным с помощью предлагаемого способа отпечаткам.

Это преимущество связано с тем, что определение масштабных характеристик точек узора и общей масштабной характеристики всего папиллярного узора, позволяет кодировать, а затем и сравнивать с высокой точностью папиллярные узоры, выполненные в различных масштабах увеличения (например, на фотографиях).

Данный способ максимально учитывает геометрические особенности и топологическое строения папиллярного узора, что позволяет однозначно и многосторонне описывать любой папиллярный узор, что приводит к значительному уменьшению рекомендательного списка, являющегося результатом идентификационнного поиска, то есть к снижению трудоемкости идентификации личности.

Заявляемый способ соответствует критерию "новизна", так как характеризуется наличием перечисленных выше признаков, отличающих его от прототипа.

Заявителю известно, что в международной заявке N 87/01224 "Система для распознавания и поиска отпечатков пальцев" по кл. G 06 K 9/00, опубл. 26.02.87 с приоритетом США от 16.08.85, при кодировании отпечатка папиллярного узора каждой характерной точке узора присваивают заранее определенный код, отражающий тип точки (разветвление, слияние, начало, окончание и т.п.).

Заявителю известно также, что для кодирования папиллярных узоров используют координаты положения характерных точек в прямоугольной системе координат, относительно которой ориентирован папиллярный узор (см. Лебедев В. И. Ершов Б. И. "Автоматизированная система обработки отпечатков пальцев "Точка-1", журнал "Экспертная практика", 1980 г. N 16, стр. 55-57).

Однако заявителю не известны технические решения, из которых явным образом следует технический результат, достигаемый в предлагаемом способе с помощью известных и отличительных от прототипа существенных признаков, поэтому заявитель считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен неполный запросный отпечаток папиллярного узора пальца руки; на фиг. 2, 3, 4, 5 таблицы шаблонов для определения топологических характеристик папиллярного узора; на фиг. 6 полный запросный отпечаток папиллярного узора, на фиг. 7, 8, 9, 10, 11, 12 типы папиллярных узоров.

Способ кодирования отпечатка папиллярного узора заключается в следующем. На узоре выделяют все характерные точки, для каждой из которых определяют масштабную характеристику m, отражающую среднее расстояние между папиллярными линиями вблизи каждой характерной точки. Через каждую характерную точку узора проводят вектор, направленный по касательной к папиллярной линии, образующей эту точку.

Определяют геометрические особенности узора в окрестности каждой из n точек узора, а именно: по относительному положению данных векторов и папиллярных линий, образующих характерные точки, определяют направление изгиба (i) папиллярных линий, а затем определяют кривизну (k) этих папиллярных линий.

Далее на данном узоре одну из характерных точек выбирают за центр вращения линии сканирования. За начальное положение линии сканирования (начальная линия сканирования) принимают вектор, проведенный по касательной к папиллярной линии через расположенный на ней центр вращения линии сканирования.

Затем радиально сканируют узор, поворачивая начальную линию сканирования вокруг центра вращения до тех пор, пока эта линия не дойдет до следующей характерной точки. Определяют угловую координату положения характерной точки относительно начальной линии сканирования, то есть угол (β),характеризующий текущее положение сканирующей линии, который измеряют от начальной линии сканирования до сканирования линии, проходящей через названную характерную точку.

Измеряют угол (γ) от начальной линии сканирования до вектора, проведенного по касательной через названную точку. Определяют метрическое расстояние (r) между центром вращения и названной точкой, приведенное расстояние (R) с учетом масштабных характеристик обеих точек. Определяют число (d) папиллярных (гребневых) линий между центром вращения сканирующей линии и характерной точкой и определяют топологическую характеристику (Р) взаимного положения этих точек, отражающую направление (согласное или встречное) папиллярных линий, образующих эти точки, положение характерной точки относительно папиллярной линии, образующей центр вращения сканирующей линии, типы этих точек, топологическое смещение характерных точек относительно центра вращения сканирующей линии.

Полученные значения характеристик узора фиксируют. Затем линию сканирования поворачивают до следующей характерной точки и все операции по кодированию повторяют. После того, как сканирующая линия, пройдя через все характерные точки узора, вернется в свое начальное положение, за центр вращения последовательно принимают все остальные характерные точки узора и повторяют все вышеописанные операции способа кодирования.

Если на отпечатке папиллярного узора пальца отобразилось основание узора, которое совпадает с межфаланговой складкой, то при кодировании дополнительно осуществляют следующие операции: отпечаток ориентируют относительно прямоугольной системы координат, ось абсцисс которой направляют вдоль основания узора, а ось ординат через середину основания узора. Определяют для каждой характерной точки узора координаты х и y и уголα, как угол от оси абсцисс до каждого из векторов, проведенных по касательной к папиллярной линии через расположенные на них характерные точки. Одновременно определяют общую масштабную характеристику m всего узора, являющуюся среднеарифметической величиной масштабных характеристик всех характерных точек узора. С помощью этой характеристики определяют приведенные значения координат х^I и y^I всех характерных точек узора в той системе координат, относительно которой ориентирован папиллярный узор:
x^I x/M; y^I y/M; где M (m₁ + m₂ + m_n)/n
n количество характерных точек в узоре
Если на полном отпечатке папиллярного узора отобразились внутренние особенности строения папиллярного узора ("дельты" и "центры") дополнительно кодируют эти особенности. Под особенностью "дельта", кодируемой буквой "D", понимают место разделения трех потоков папиллярных линий папиллярного узора. Под особенностью "центр", кодируемой буквой С, понимают место наиболее крутого изгиба папиллярных линий узора, образующих подобие петли.

Затем по количеству и положению на узоре особенностей "дельты" и "центры" определяют тип папиллярного узора, координаты х и y, x^I и y^I положения "дельт" "центров" узора, помещенного в прямоугольную систему координат, а также определяют метрические расстояния и преобразованные метрические расстояния и число гребневых линий между "дельтами" и "центрам" узора.

Кроме того, для особенностей "центр" определяют угол (α) от оси абсцисс до вектора, направленного в сторону продолжения ножек петли и перпендикулярного к касательной линии в точке наиболее крутого изгиба внутренней петлеобразной папиллярной линии, образующей особенность "центр".

После этого составляют задание для проведения идентификационного поиска.

Способ кодирования отпечатка папиллярного узора осуществляется следующим образом.

Полученный с места происшествия отпечаток папиллярного узора подлежит кодированию для того, чтобы полученную информацию об этом узоре в дальнейшем можно было использовать для идентификационного поиска.

Допустим, что с места происшествия получен неполный, фрагментарный отпечаток папиллярного узора пальца (фиг. 1).

На данном отпечатке узора выделяют все характерные точки.

Для каждой характерной точки узора определяют масштабную характеристику (m). Для этого через характерную точку, например, точку 1, в сторону увеличения количества папиллярных линий проводят вектор, направленный по касательной к папиллярной линии, образующей данную точку, и проводят линию, перпендикулярную к вектору. При этом следует учесть, что если характерная точка узора, такая как, например, точка 1, образована в результате слияния двух папиллярных линий или разветвления одной линии на две, то вектор через такую точку проводят по касательной к общей части этих двух папиллярных линий до их разветвления или после их слияния. Перпендикулярная линия, продленная в обе стороны от характерной точки 1, пересекает папиллярные линии, расположенные вблизи характерной точки 1. Измеряют длину (l₁) отрезка данной линии, ограниченного с обеих сторон некоторым количеством папиллярных линий, и подсчитывают количество межгребневых промежутков (l₁) на данном отрезке. Определяют масштабную характеристику m₁ данной характерной точки 1, как отношение l₁/b₁.

Для точки l:
m₁ l₁/b ₁ 16 мм/линию,
где l₁ 80 мм, b₁ 5 межгребневых промежутков.

Затем выбирают следующую характерную точку 2 узора и, проведя построения, аналогичные построениям для точки 1, определяют масштабную характеристику для точки 2:
l₂ 56 мм, b₂=-4 межгребневых промежутка.

а m₂ 14 мм/линию.

Таким же образом определяют масштабные характеристики m₃, m₄.m_n для всех остальных характерных точек узора.

Затем по относительному положению вектора, проведенного по касательной к папиллярной линии в месте положения характерной точки 1, и папиллярной линии, образующей данную точку 1, определяют направление изгиба i₁ линии. Если вектор расположен правее папиллярной линии, то направление изгиба i этой линии кодируют знаком "+", если левее знаком "-", если вектор направлен по папиллярной линии "0".

В данном случае для точки 1 вектор расположен левее папиллярной линии, значит i₁ "-".

Для точки 2 вектор расположен правее папиллярной линии, значит i₂ "+".

Таким же образом определяют направления изгибов всех остальных папиллярных линий, образующих характерные точки 3,4,n узора (i₃, i₄.i_n).

Далее определяют кривизну k₃,k₄.k_n папиллярных линий в окрестностях характерных точек 1,2,n. (Кривизна k линии определяется как величина, обратно пропорциональная радиусу R кривизны, измеряемому от центра кривизны до данной линии). Для характерной точки 1 R₁ 100 мм, а кривизна k₁ 0,01 1/мм, для точки 2 R₂60 мм, кривизна k₂ 0,017 1/мм и т.д.

Затем одну из характерных точек узора, например точку 1, выбирают за центр вращения линии сканирования. За начальное положение линии сканирования (начальная линия сканирования) принимают вектор, проведенный по касательной к папиллярной линии, через расположенную на ней точку 1, в сторону увеличения количества папиллярных линий. Линию сканирования, начиная от ее начального положения, поворачивают вокруг центра вращения, например, по часовой стрелке, до тех пор, пока эта линия не дойдет до второй характерной точки 2. Через эту точку 2 проводят вектор, направленный по касательной к папиллярной линии в сторону увеличения количества папиллярных линий.

После этого определяют:
угол β₁₂ 75^о, характеризующий текущее положение сканирующей линии и измеряемый по часовой стрелке от начальной линии сканирования до линии сканирования, проходящей через точку 2;
угол γ₁₂ 205^о, измеряемый по часовой стрелке от начальной линии сканирования до вектора, проведенного по касательной через точку 2;
метрическое расстояние (r₁₂ 40 мм), измеряемое между центром вращения сканирующей линии и точкой 2;
преобразованное метрическое расстояние R₁₂ 40/(16 + 14) 1,33, определяемое по формуле:
R₁₂ r₁₂/(m₁ + m₂), где m₁, m₂ масштабные характеристики точек 1 и 2;
число гребневых линий (d₁₂ 1), пересекающих сканирующую линию в промежутке от центра вращения этой линии до точки 2;
топологическую характеристику (Р_eq), отражающую взаимное положение центра вращения линии сканирования, характерной точки узора и папиллярных линий, образующих эти точки.

Для облегчения определения топологической характеристики (Р_eq) на фиг. 2, 3, 4, 5 приведены таблицы всех возможных вариантов взаимного расположения двух характерных точек и папиллярных линий, образующих эти точки (таблицы шаблонов). Таблицы составлены на основании эмпирически полученных данных, которые систематизированы по основным признакам характеристики (Р_eq). Следует также заметить, что в данных знаком "х", а другая основной и отмечена знаком "о", причем в данных таблицах папиллярная линия, образующая основную точку, всегда направлена слева направо.

Основными признаками топологической характеристики являются.

Направление папиллярной линии, образующей характерную точку q, называемую далее периферийной точкой, относительно направления папиллярной линии, образующей характерную точку е, выбранную за центр вращения линии сканирования и называемую далее основной точкой.

Считают, что папиллярная линия, образующая любую характерную точку, всегда направлена от этой точки в сторону увеличения количества папиллярных линий.

Согласное направление папиллярных линий, образующих периферийную и основную точку узора, кодируют знаком "+", а встречное знаком "-".

Для точек 1 (основная точка) и 2 (периферийная точка) направление папиллярных линий встречное, следовательно, данный случай кодируют знаком "-" (см. фиг. 1).

В таблицах на фиг. 2 и 3 приведены шаблоны расположения папиллярных линий, имеющих согласное направление (код "+"), а на фиг. 4 и 5 встречное направление (код "-").

Расположение периферийной точки q относительно папиллярной линии, образующей основную точку е.

Через основную точку в сторону увеличения количества папиллярных линий проводят вектор, направленный по касательной к папиллярной линии, образующей данную точку, и линию, перпендикулярную к данному вектору (эти построения уже проводились при определении масштабной характеристики точки).

Если папиллярная линия, образующая основную точку, и периферийная точка расположены по одну сторону от названной выше перпендикулярной линии, то такое расположение папиллярной линии и периферийной точки кодируют буквой "а", если они расположены по разные стороны от этой линии то буквой "б", случай расположения периферийной точки строго на перпендикулярной линии кодируют буквой "а".

Так как периферийная точка 2 и папиллярная линия, образующая основную точку 1 расположены по одну сторону от перпендикулярной линии, то такому их взаиморасположению присваивается код "а".

В таблицах на фиг. 2 и 4 приведены такие шаблоны расположения периферийной точки относительно папиллярной линии, образующих основную точку, которые имеют код "а", а на фиг. 3, 5 имеющие код "б".

Тип основной и периферийной точек узора. Точка, являющаяся началом или окончанием папиллярной линии, кодируется цифрой "1", а точка, образованная слиянием или разветвлением папиллярных линий, кодируется цифрой "2".

Исходя из вышесказанного, основной точке 1 присваивается код "2", периферийной точке 2 код "1", следовательно код для пары точек 1 и 2 будет "21".

Всего для этой части характеристики Р может быть четыре варианта кодирования: "11", "12", "21" и "22", где на первом месте двухзначного кода стоит цифра, обозначающая тип основной точки, на втором цифра, обозначающая тип периферийной точки;
В таблицах на фиг. 2, 3, 4, 5 представленные шаблоны систематизированы уже по столбцам: в первом столбце фиг. 2, 3, 4, 5 расположены шаблоны, для которых код основной и периферийной точек равен "11", во втором столбце код "12", в третьем код "21", а в четвертом код "22".

Топологическое смещение периферийной точки узора относительно основной точки.

Для определения этой характеристики используются шаблоны, систематизированные в таблицах 2, 3, 4, 5 по строкам, каждой из которых присваивают соответствующий код: 0, +1, +2, +3, -1, -2, -3,
В строке, имеющей код "0" (нулевая строка), представлены базовые положения точек и папиллярных линий, относительно которых от строки к строке происходит трансформация взаимного положения двух точек путем смещения периферийной точки вместе с папиллярными линиями ее образующими, относительно основной точки и связанных с ней папиллярных линий. Есть случаи, когда невозможно подобрать базовое (серединное) положение двух точек. Тогда это место в нулевой строке остается свободным.

В строках с кодами +1, +2, +3 представлены случаи, когда периферийная точка сдвигается вверх относительно основной точки, то есть постепенно отдаляется от нее таким образом, что между этими точками появляются отделяющие их друг от друга папиллярные линии.

На таблицах (фиг. 2, 3, 4, 5) выше нулевой строки представлены только строки, с кодами от +1 до +3, но из таблиц видно, что дальнейшее топологическое смещение двух точек, имеющее коды +4, +5 и т.д. будет идти только за счет количества отделяющих линий, число которых увеличивается на единицу в каждой последующей строке.

Аналогично построены шаблоны строк с кодами -1, -2, -3 и т.д. расположенных ниже нулевой строки. В них периферийная точка смещается вниз относительно основной точки.

Отдельно рассмотрим принцип построения шаблонов, расположенных в четвертых столбцах таблиц фиг. 2, 4 и имеющих коды +а22, -а22. При этом отметим, что в месте образования характерной точки в результате разветвления папиллярной линии образуются как бы два рукава, называемые в дальнейшем верхним рукавом и нижним рукавом, в зависимости от их положения на шаблоне.

код "+а22+. Для этого случая нулевая строка свободна. В первой верхней строке (код "+а22+1") размещают шаблон, в котором нижний рукав периферийной точки расположен на верхнем рукаве основной точки. Во второй верхней строке (код "+а22+2") нижний рукав периферийной точки расположен выше верхнего рукава основной точки. В третьей верхней строке (код "+а22+3") между нижним рукавом периферийной точки и верхним рукавом основной точки проходит одна папиллярная линия. В следующем шаблоне (код "+а22+4") между ними будут проходить две линии и т.д. То есть, видно постепенное (пошаговое) смещение периферийной точки вверх, относительно верхнего рукава основной точки. В первой нижней строке (код "+а22-1") шаблон, в котором верхний рукав периферийной точки расположен на нижнем рукаве основной точки. Во второй нижней строке (код "+а22-2") верхний рукав периферийной точки расположен ниже нижнего рукава основной точки. В следующих строках периферийная точка пошагово смещается вниз относительно нижнего рукава основной точки.

код "-а22". В нулевой строке находится базовый шаблон, в котором верхний рукав основной точки совпадает с верхним рукавом периферийной точки, а нижний рукав основной точки совпадает с нижним рукавом периферийной точки. В первой верхней строке (код "-а22+1") находится шаблон, в котором периферийная точка смещена вверх, и при этом нижний рукав периферийной точки совпадает с верхним рукавом основной точки, верхний рукав периферийной точки проходит выше основной точки, а нижний рукав основной точки проходит ниже периферийной точки. Во второй верхней строке (код "-а22+2") оба рукава периферийной точки проходят выше рукавов основной точки. В следующих верхних строках расположены шаблоны с последующим смещением вверх периферийной точки относительно основной точки. В строках, расположенных ниже нулевой строки, расположены шаблоны, в которых происходит аналогичное смещение периферийной точки вниз относительно основной точки.

Аналогично построены шаблоны и в остальных 14-ти столбцах таблиц топологических шаблонов (фиг. 2, 3, 4, 5).

Теперь, имея полные таблицы шаблонов, определяют топологическое смещение для точек 1 (основная точка) и 2 (периферийная точка), для которых по трем первым признакам топологической характеристики Р₁₂ определен код "-а21". В таблице фиг. 4 в столбце с кодом "-а21" имеется шаблон в строке "-3", определяющий топологическое расположение точек 1 и 2 на кодируемом отпечатке папиллярного узора.

Таким образом определена полная топологическая характеристика для точек 1 и 2 кодируемого узора (в случае, когда точка 1 является основной, а точка 2 является периферийной точкой), которая в данном случае равна
Р₁₂ -а21-3.

Полученные значения всех характеристик папиллярного узора фиксируют, кроме метрических расстояний, которые являются вспомогательными, промежуточными характеристиками и для идентификационного поиска не используются.

Затем линию сканирования поворачивают до следующей характерной точки 3, и все операции по кодированию положения точки 3 относительно точки 1 повторяют, как описано выше.

После того как сканирующая линия, пройдя через все характерные точки узора, вернется в свое начальное положение, центр вращения линии сканирования переносят в точку 2 и повторяют все вышеописанные операции, то есть проводят кодирование взаимного положения всех остальных характерных точек узора (точек 1, 3, 4 и т.д.) по отношению к точке 2. Затем за центр вращения принимают точку 3 и т.д.

В результате, после такого кодирования папиллярного узора относительно каждой из характерных точек узора, составляют матрицу кодов этого узора:
i₁ k₁ m₁ ( β₁₂ γ₁₂ d₁₂ R₁₂ P₁₂; β₁₃ γ₁₃ d₁₃ R₁₃ P₁₃;)
i₂ k₂ m₂ (β₂₁ γ₂₁ d₂₁ R₂₁ P₂₁; β₂₃ γ₂₃ d₂₃ R₂₃ P₂₃;)
i₃ k₃ m₃ (β₃₁ γ₃₁ d₃₁ R₃₁ P₃₁; β₃₂ γ₃₂ d₃₂ R₃₂ P₃₂;), которую затем используют в качестве исходной информации для идентификационного поиска.

При составлении задания на проведение идентификационного поиска задают допуски на значения характеристик узора, что позволяет исключить влияние погрешностей, возникающих при определении характеристик узора, а также из-за искажений узоров, вызванных деформацией эпидермиса (кожного покрова пальца) в момент следообразования или другими факторами, влияющими на пространственные искажения папиллярного узора.

Результатом идентификационного поиска является рекомендательный список, содержащий перечень учетных отпечатков, коды которых совпали с кодом запросного отпечатка. Рекомендательный список упорядочен по совокупной степени совпадения всех характеристик каждого из учетных отпечатков с характеристиками запросного отпечатка.

Если с места происшествия получен отпечаток с межфаланговой складкой (см. фиг. 6), то эту складку принимают за основание узора. В этом случае дополнительно при кодировании папиллярного узора отпечаток ориентируют относительно прямоугольной системы координат, ось абсцисс которой направляют вдоль основания узора, а ось ординат через середину основания узора.

В этой системе координат определяют координаты х и y каждой характерной точки, то есть характеристики х₁, y₁, x₂, y₂, и т.д. а также определяют углы α_1, α₂ и т.д. которые измеряют по часовой стрелке от оси абсцисс до каждого из векторов, проведенных по касательной к папиллярным линиям через расположенные на них характерные точки в направлении увеличения количества папиллярных линий.

Для обеспечения возможности проведения идентификационного поиска, достоверность которого не зависела бы от разницы масштабов изображений проверяемого и запросного отпечатков (например, при работе с фотоснимками отпечатков папиллярных узоров), при кодировании отпечатков определяют общую масштабную характеристику m каждого узора:
M (m₁ + m₂ + m_n)/n, где m₁, m₂,m_n масштабные характеристики точек 1,2,n узора;
n количество характерных точек узора.

Используя общую масштабную характеристику M, определяют приведенные координаты x^I, y^I положения характерных точек узора в прямоугольной системе координат, относительно которой ориентирован папиллярный узор;
х^I x₁/M, y_1' y₁/M и т.д.

В этом случае матрицу кодов папиллярного узора дополняют характеристиками х^I, y^I:
xI1

В тех случаях, когда в полном отпечатке отобразились внутренние особенности строения папиллярных узоров ("дельты" и "центры") (см. фиг. 6), дополнительно кодируют эти особенности узора. Наличие особенности "дельта" (место разделения трех потоков папиллярных линий) кодируют буквой D, а наличие "центра" (место наиболее крутого изгиба папиллярных линий, образующих петлю) кодируют буквой С.

Затем определяют тип папиллярного узора исходя из того, что по количеству и взаимному положению "дельт" и "центров" отпечатки делятся на шесть типов папиллярных узоров:
дуги простые (код I), где отсутствуют и "дельты" и "центры" (фиг. 7);
дуги шатровые (код II), где имеются одна "дельта" и один "центр" (фиг. 8), причем "дельта" расположена ниже "центра" между ножками, образующей его петли;
петли правые (код III), где имеются одна "дельта" и один "центр" (фиг. 9), причем "дельта" расположена слева от "центра";
петли левые (код IV), где имеются одна "дельта" и один "центр" (фиг. 10), причем "дельта" расположена справа от "центра";
завитковый узор (код V), где имеются две "дельты" и два центра (фиг. 11);
сложнозавитковый узор (код VI), где имеются три "дельты" и три центра (фиг. 12).

Так, приведенный на фиг. 6 отпечаток относится к завитковому типу (код V).

Для кодирования внутреннюю особенность "дельта" представляют в виде треугольника, стороны которого образованы касательными, проведенными к папиллярным линиям, образующим эту особенность. Находят центр тяжести этого треугольника, расположенный на пересечении медиан, и определяют координаты центра тяжести х_D, y_D и хID

Для особенности "центр" определяют точку, являющуюся местом наиболее крутого изгиба внутренней петли, образующей эту особенность, для которой в прямоугольной системе координат определяют координаты х_C y_C и хIC

Кроме того, для особенности "центр" определяют угол α_с, измеряемый по часовой стрелке от оси абсцисс до вектора, проведенного в сторону продолжения ножек петли перпендикулярно к касательной линии в точке наиболее крутого изгиба внутренней линии (петли) особенности "центр" (см. фиг. 6).

После этого определяют метрические расстояния (r_D1D2) между "дельтами" узора, (r_C1C2) между "центрами" узора и (r_D1C1, r_D1C2.) между "дельтами" и "центрами" узора. Эти расстояния измеряют между теми же точками, которые использовались для определения координат внутренних особенностей "дельта" и "центр" в прямоугольной системе координат. Затем, учитывая общую масштабную характеристику M, определяют преобразованные метрические расстояния (R_D1D2, R_C1D2, R_D1C1, R_D1C2 и т.д.) по общей формуле R r/M.

Кроме того, определяют число гребневых линий (d_D1D2, d_C1C2, d_D1C1 и т.д. ) между всеми особенностями "дельта" и "центр" узора.

Если, например, в отпечатке папиллярного узора имеются две особенности "центр" и две особенности "дельта" (см. фиг. 6) матрицу кодов отпечатка папиллярного узора дополняют типом узора и характеристиками этих особенностей:
U
Все операции по кодированию отпечатков могут быть выполнены с применением ЭВМ или вручную, как описано выше.

Применение предлагаемого способа кодирования отпечатка папиллярного узора в сравнении с описанным выше известным позволяет повысить достоверность идентификации личности по отпечатку папиллярного узора за счет повышения точности и информативности его кодирования. При этом заявляемый способ позволяет сократить и упростить процесс проведения идентификационного поиска за счет того, что сравнение отпечатков ведут вначале по характеристикам внутренних особенностей папиллярных узоров, что позволяет значительно уменьшить количество отпечатков, которые затем сравниваются по характеристикам характерных точек.

Использование изобретения для предварительной обработки дактилоскопических отпечатков позволяет повысить точность их кодирования при описании. На папиллярном узоре выделяют папиллярные линии во всех характерных точках, определяют направление изгиба и кривизну соответствующей папиллярной линии, проводят из каждой характерной точки вектор, касательный к образующей данную точку папиллярной линии, поочередно выбирают одну из характерных точек за центр вращения линии сканирования, которую вращают, начиная от проведенного вектора вокруг выбранного центра вращения, определяют угловые координаты линии сканирования от начального ее положения для каждой встреченной в процессе сканирования характерной точки, а также угол от начального положения линии сканирования до проведенного через встреченную точку вектора, определяют метрические расстояния и число гребневых линий папиллярного узора между выбранным центром вращения линии сканирования и встреченной характерной точкой. Технический результат достигается благодаря определению масштабной характеристики (среднего расстояния между папиллярными линиями вблизи данной характерной точки) и преобразование с ее учетом метрических расстояний, а также ряда топологических характеристик папиллярного узора. 2 з. п. ф-лы, 12 ил.

1. СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ ОТПЕЧАТКА ПАПИЛЛЯРНОГО УЗОРА, включающий в себя выделение на папиллярном узоре папиллярных линий во всех его характерных точках числом n, определение направления изгиба и кривизны образующих каждую характерную точку папиллярных линий, проведдение из каждой характерной точки вектора по касательной к образующей эту характерную точку папиллярной линии, выбор одной их характерных точек за центр вращения линии сканирования, начальное положение которой совпадает с вектором, проведенным из выбранной характерной точки, сканирование папиллярного узора путем вращения линии сканирования вокруг выбранного центра вращения, определение угловых координат относительно начального положения линии сканирования для каждой встреченной в процессе сканирования характерной точки, определение угла от начального положения линии сканирования до проведенного через встреченную характерную точку вектора, определение метрического расстояния и числа гребневых линий папиллярного узора между выбранным центром вращения линии сканирования и встреченной характерной точкой, повторение всех операций по сканированию папиллярного узора n - 1 раз при выборе в качестве центра вращения линии сканирования новой характерной точки, отличающийся тем, что для каждой характерной точки папиллярного узора определяют масштабную характеристику характерной точки как среднее расстояние между папиллярными линиями вблизи данной характерной точки, после чего определяют преобразованные с учетом масштабной характеристики метрические расстояния, а также топологические характеристики папиллярного узора в виде (а) направления относительно папиллярной линии с центром вращения линии сканирования остальных папиллярных линий, образующих n - 1 характерных точек, (в) расположения каждой из n - 1 характерных точек относительно папиллярной линии с центром вращения линии сканирования, (с) типов всех характерных точек и (d) топологического смещения характерных точек относительно центра вращения линии сканирования. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно определяют общую масштабную характеристику папиллярного узора как средне-арифметическую величину масштабных характеристик всех характерных точек папиллярного узора, вдоль основания которого ориентируют ось абсцисс прямоугольной системы координат, ось ординат которой проводят через середину этого основания, и определяют в этой прямоугольной системе координат положение каждой характерной точки и угол от оси абсцисс до вектора, касательного в данной характерной точке к образующей ее папиллярной линии. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно кодируют внутренние особенности "дельта" и "центр" строения папиллярного узора, по количесту и положению которых определяют заранее заданный тип папиллярного узора и координаты указанных особенностей, для особенности "центр" определяют угол от оси абсцисс до вектора, проведенного по нормали к касательной внутренней петлеобразной папиллярной линии особенности "центр" в точке ее наибольшей кривизны и направленного от этой точки внутрь указанной петлеобразной папиллярной линии, кроме того, определяют преобразованные метрические расстояния с учетом общей масштабной характеристики папиллярного узора и число гребневых линий между особенностями "дельта" и "центр" строения папиллярного узора.