СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ ОТПЕЧАТКА ПАПИЛЛЯРНОГО УЗОРА Российский патент 2007 года по МПК G06K9/52 

Изобретение относится к кодированию папиллярного узора. Его использование позволяет получить технический результат в виде уменьшения вероятности ошибки идентификации человека по отпечаткам пальцев и ладоней.

Известен способ кодирования папиллярных узоров, при котором определяются координаты и вектор направления каждой особенности, а папиллярный узор характеризуется множеством таких особенностей (заявка ЕПВ № 050842, МПК G 06 K 9/68, опубл. 1980).

Такой способ кодирования не предполагает информацию, достаточную для компенсации линейных и нелинейных деформаций кожи.

Известен способ кодирования папиллярных узоров, заключающийся в кручении условного вектора вокруг заданного центра и фиксации шестнадцатеричного кода при прохождении этого вектора через особенность (заявка РСТ № 87/01224, МПК G 06 K 9/00, опубл. 1987).

Этот способ кодирования неустойчив, так как зависит от порядка обхода особенностей, который меняется при смещении центра или обнаружении ложной особенности.

Известен способ кодирования папиллярного узора, содержащего n особенностей, заключающийся в определении для каждой особенности вектора направления, координат, типа особенности, вектора и величины кривизны папиллярных линий в окрестности особенности, масштабной характеристики как среднего расстояния между папиллярными линиями в окрестности особенности, а также расстояния и гребневого счета от особенности до остальных n-1 особенностей, встречающихся в порядке вращения условного вектора вокруг особенности, начиная с вектора направления самой особенности, и углов, которые образуются между вектором направления особенности и условным вектором при встрече условного вектора с очередной из n-1 особенностей (патент РФ № 2054197, МПК G 06 K 9/46, опубл. 1992).

Этот способ кодирования отпечатка папиллярного узора требует большого объема памяти компьютера для хранения кода n особенностей и не позволяет точно оценить гребневый счет в случае расположения особенностей вдоль папиллярных линий или в области петель, дельт, завитков и карманов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ кодирования отпечатка папиллярного узора, заключающийся в выделении на папиллярном узоре папиллярных линий и особенностей, нумерации особенностей, определении для каждой особенности вектора направления, координат, типа особенности, вектора и величины кривизны папиллярных линий в окрестности особенности, масштабной характеристики в окрестности особенности, измерении топологической характеристики, представленной упорядоченным набором пар, образованных событием в виде числа и номером ассоциированной с событием особенности, причем топологическая характеристика детектируется при движении по линиям от сечения, проходящего через особенность перпендикулярно линиям (патент РФ № 2185660, МПК 7 G 06 K 9/52, опубл. 2002). Данный способ выбран в качестве прототипа.

Основным недостатком прототипа является то, что в способе не выделяются обрывы папиллярных линий на границах информативных областей. Под информативными областями понимаются ясные и четкие области папиллярного узора. Другие области отпечатка, например ожоги, шрамы, области без папиллярных линий, являются неинформативными областями. Если детектировать обрывы папиллярных линий на границах информативных областей, то легко очерчиваются информативные области без особенностей, которые являются существенным идентификационным признаком наряду с особенностями. Кроме того, обрывы помогают предсказать направление изгиба папиллярных линий на краю папиллярного узора.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является уменьшение вероятности ошибки идентификации папиллярного узора.

Достигается это тем, что в области ясного папиллярного узора выделяют папиллярные линии и особенности, кодируют особенности, выделяют обрывы папиллярных линий, от каждого обрыва фиксируют проекции на соседние папиллярные линии и кодируют обрывы как особенности.

Кроме того, на отпечатке выделяют области информативные и неинформативные, особенности и обрывы располагают в информативной области, причем обрывы классифицируют по мере их удаления от границы информативной области на расстояние, не превышающее ширины 1-2 папиллярных линий.

Кроме того, для каждой особенности и обрыва определяют гребневый счет до одного или нескольких интегральных признаков узора, таких как петля, дельта, завиток.

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется шестью фигурами и двумя таблицами:

на фиг.1 показана особенность типа окончания с вектором направления особенности и проекциями на соседние папиллярные линии;

на фиг.2 показана особенность типа разветвления с вектором направления особенности и проекциями на соседние папиллярные линии;

на фиг.3 вблизи границы узора показана особенность типа обрыв с вектором направления и проекцией на соседнюю папиллярную линию;

на фиг.4 вблизи границ складки показаны особенности типа обрыв с соответствующими векторами направлений и проекциями на соседние папиллярные линии;

на фиг.5 для особенности типа окончания проведено сечение от особенности через папиллярные линии, которые разрезаны сечением, пронумерованы и образуют смежные особенности и фиксируют проекции от особенностей;

на фиг.6 для особенности типа разветвления проведено сечение от особенности через папиллярные линии, которые разрезаны сечением, пронумерованы и образуют смежные особенности и фиксируют проекции от особенностей;

в табл.1 показано гнездо для особенности типа окончания, сечение которой представлено на фиг.5, с указанием событий-чисел и номеров смежных особенностей;

в табл.2 показано гнездо для особенности типа разветвления, сечение которой представлено на фиг.6, с указанием событий-чисел и номеров смежных особенностей.

Для описания способа выберем два типа особенностей: окончание и разветвление. Вектор направления обоих типов особенностей идет по касательной к папиллярной линии в сторону увеличения числа линий (фиг.1, 2). Обрыв линии есть особенность типа окончания вблизи границы информативной области (фиг.3, 4). Близость к границе информативной области понимается в смысле расстояния от границы, не превышающего ширины 1-2 папиллярных линий. Далее под особенностью подразумеваем разветвление, окончание или обрыв.

Рассмотрим последовательность выполняемых действий в заявляемом способе.

На узоре выделяют линии и образованные ими особенности типа окончаний, разветвлений и обрывов, нумеруют особенности. Аналогично способу прототипа для каждой особенности определяют вектор направления, координаты и тип, кривизну и масштабную характеристику. Затем от каждой особенности аналогично способу прототипа проводят проекции вправо и влево перпендикулярно вектору направления особенности на соседние папиллярные линии (показано пунктиром) и фиксируют проекции (фиг.1, 2). Для обрыва может не оказаться соседних папиллярных линий, тогда и количество проекций может быть меньше двух (фиг.3, 4).

Затем выбирается одна очередная особенность и проводится от нее вправо и влево сечение на глубину m папиллярных линий перпендикулярно к касательной к каждой пересекаемой папиллярной линии. Каждая папиллярная линия сечением разрезается на две части, которые называются связями. Пронумеруем полученные в сечении связи по часовой стрелке (фиг.5, 6). Для особенности типа окончания нумерацию начнем с линии, на которой лежит особенность (связь № 0 на фиг.5); для особенности типа разветвления нумерацию начнем с линии, которая расщепляется на две другие линии (связь №0 на фиг.6). Для m равным четырем окончание имеет семнадцать связей (0...16), а разветвление имеет девятнадцать связей (0...18). Для обрыва сечение может быть укороченным (фиг.3, 4) из-за отсутствия соседних папиллярных линий, однако количество связей для того же числа m не меняется, просто связи оцифровываются по отсутствующим папиллярным линиям специальным кодом. В общем случае глубина сечения m выбирается произвольно не только для всех особенностей узора, но может быть и для каждой особенности в отдельности. Описанный способ нумерации связей позволяет сохранить монотонность роста номеров связей при произвольном изменении глубины сечения m, хотя способ нумерации связей несущественен.

После нумерации связей в сечении очередной особенности формируется гнездо. Для этого поочередно по каждой связи прослеживают ход связи, не сходя со связи и двигаясь от сечения папиллярной линии до встречи с другой особенностью, расположенной на папиллярной линии, или с проекцией от другой особенности, зафиксированной на соседней папиллярной линии справа или слева от связи, и запоминают номер этой особенности. Заметим, что при отсутствии папиллярных линий, необходимых для проведения сечения, номер особенности не детектируется, однако существует код специального события. Синтезируем следующие события, представленные в двоичном коде:

0000 - особенность или проекция от особенности на связи не обнаружены из-за отсутствия папиллярной линии в области неинформативного узора;

1101 - на связи обнаружена проекция от окончания, расположенного справа от связи по ходу прослеживания связи, вектор направления окончания ориентирован навстречу ходу по связи;

1001 - на связи обнаружена проекция от окончания, расположенного справа от связи по ходу прослеживания связи, вектор направления окончания ориентирован по ходу по связи;

1110 - на связи обнаружена проекция от окончания, расположенного слева от связи по ходу прослеживания связи, вектор направления окончания ориентирован навстречу ходу по связи;

1010 - на связи обнаружена проекция от окончания, расположенного слева от связи по ходу прослеживания связи, вектор направления окончания ориентирован по ходу по связи;

0101 - на связи обнаружена проекция от развлетвления, расположенного справа от связи по ходу прослеживания связи, вектор направления развлетвления ориентирован навстречу ходу по связи;

0001 - на связи обнаружена проекция от развлетвления, расположенного справа от связи по ходу прослеживания связи, вектор направления развлетвления ориентирован по ходу по связи;

0110 - на связи обнаружена проекция от развлетвления, расположенного слева от связи по ходу прослеживания связи, вектор направления развлетвления ориентирован навстречу ходу по связи;

0010 - на связи обнаружена проекция от развлетвления, расположенного слева от связи по ходу прослеживания связи, вектор направления развлетвления ориентирован по ходу по связи;

1111 - окончание обнаружено на связи, вектор направления окончания ориентирован навстречу ходу по связи;

0011 - разветвление обнаружено на связи, вектор направления развлетвления ориентирован по ходу по связи;

0111 - разветвление обнаружено на связи, образованной папиллярной линией, касательная к которой образует минимальный угол при повороте вектора направления развлетвления на связи против часовой стрелки;

1011 - разветвление обнаружено на связи, образованной папиллярной линией, касательная к которой образует минимальный угол при повороте вектора направления развлетвления на связи по часовой стрелке;

1100 - особенность или проекция от особенности не обнаружены, а связь по папиллярной линии замыкается (кольцо на фиг.6).

Опишем гнездо. С каждым событием ассоциируется номер особенности, породившей это событие, а с событием 0000 и 1100 ничего не ассоциируется (прочерк в таблицах). Если особенность имеет укороченное сечение из-за отсутствия на краю узора папиллярных линий, то события, упорядоченные по связям в гнезде, ничем не отличаются от событий для гнезда с полностью определенным сечением, лишь на отсутствующих связях событиям присваивают код 0000 и с ними не ассоциируют номера других особенностей. Связанные воедино событие и номер особенности (или прочерк) образуют пару. Для каждой связи гнезда, таким образом, существует пара. Упорядоченные в сечении по номерам связей пары представляют гнездо. Для окончания на фиг.5 гнездо представлено в табл.1, для разветвления на фиг.6 гнездо представлено в табл.2. В гнезде события ассоциируются только особенностями из других оставшихся n-1 особенностей. Максимальное число особенностей в гнезде не превышает числа связей.

Действия по построению гнезд выполняются для всех n особенностей узора. Заметим, что особенности располагаются в информативных областях, заметно отличающихся от неинформативных областей, по которым проследить связи затруднительно или невозможно. В неинформативных областях особенности не выделяются. Поэтому разделение площади узора на информативные и неинформативные области существенно.

На этом кодирование отпечатка папиллярного узора заканчивается.

Обычно на узорах выделяют интегральные признаки: петли, дельты, завитки. Они позволяют осуществить привязку двух сравниваемых узоров путем их совмещения в некоторой точке и доворота. Гребневый счет от каждой особенности до петель, дельт, завитков позволяет привязать особенности к ним независимо от масштаба, поворота и деформации узора, и не вычисляется из описания гнезд, являясь самостоятельной метрикой. Такой гребневый счет дополняет описание гнезд.

Отметим преимущества предлагаемого способа кодирования.

В отличие от прототипа здесь введены обрывы линий. Поскольку обрывы линий описываются координатами положения, появляется возможность определить площадь и форму информативной области узора, не содержащей особенностей, но очерченной ими. Причем такие области узора определяются достаточно легко, так как обычно со всех сторон обрамлены окончаниями, разветвлениями и обрывами. Использование описаний информативных областей, не содержащих особенностей, в качестве признаков узоров, минимизирует вероятность ошибки идентификации папиллярных узоров, так как несет дополнительную и существенную информацию о свойствах идентифицируемых объектов.

Как и в прототипе, признаки, ассоциированные с особенностью, практически сохраняются. Для особенности измеряются координаты, вектор направления, тип, масштабная характеристика, характеристика кривизны, топологическая характеристика в виде описания гнезда. По номеру особенности, присутствующему в одном гнезде, можно перейти к гнезду этой нумерованной особенности, и так далее. Таким образом, гнезда сцепляются, образуя сильносвязанный граф, по которому можно переходить от гнезда одной особенности к гнезду другой особенности. Это обеспечивает целостность и устойчивость описания узора. Однако для сложных узоров (криминалистические следы) такой граф может рассыпаться на несвязанные подграфы. При этом часть информации теряется, точность идентификации снижается. На помощь приходят обрывы, гнезда которых, цепляясь друг за друга по границам информативных областей, связывают подграфы и частично восстанавливают потерянную информацию.

События порождают уникальную информацию, не получаемую из классического гребневого счета. В отличие от прототипа здесь больше событий (отличных от 0000), ассоциированных с номерами особенностей, в том числе с номерами обрывов. Это позволяет более полно описать кривизну папиллярных линий даже на краях папиллярного узора, поскольку обрывы содержат в своем описании вектор направления. Дополнительная информация о кривизне папиллярных линий в тех информативных областях, которые никак не описываются в прототипе, позволяет снизить вероятность ошибки идентификации папиллярных узоров.

Можно ввести особенность типа пересечения. Такое дополнение увеличит количество событий. Поэтому нет необходимости указывать конкретное их число. Однако существенно описание событий (их 14) для часто встречаемых окончаний и разветвлений, так как это влияет на достигаемый результат.

Данный способ кодирования отпечатка папиллярного узора реализуется в виде последовательности действий, выполняемых на компьютере, и применяется в криминалистике, в системах предотвращения несанкционированного доступа в охраняемые помещения, при идентификации личности человека, пользующегося кредитной картой.

Таблица 1
Таблица гнезда окончанияНомер связиСобытиеНомер особенности0111022100012121110233100124411112250011216111123710102480010259001021101010201110102612001125130000-140000-1511112716000125Таблица 2
Таблица гнезда разветвленияНомер связиСобытиеНомер особенности01111251111121211102130001204111024510012661101217001120811112491010261000102211001020121010231310102714001122150000-160000-171100-181100-

Изобретение относится к кодированию папиллярного узора и позволяет получить технический результат в виде уменьшения вероятности ошибки при идентификации человека по отпечаткам пальцев и ладоней. Способ кодирования отпечатка папиллярного узора, заключающийся в выделении на папиллярном узоре папиллярных линий и особенностей, определении для каждой особенности вектора направления, координат, типа, вектора и величины кривизны, масштабной характеристики, проекций на соседние папиллярные линии, топологической характеристики в виде упорядоченного набора пар события и ассоциированного с ним номера особенности, представленного числом, отличающийся тем, что выделяют обрывы папиллярных линий на границах ясного отпечатка папиллярного узора, для каждого обрыва фиксируют проекции на соседние папиллярные линии и кодируют обрывы как особенности. Описание дополняется перечнем информативных и неинформативных зон, а также гребневым счетом от особенностей и обрывов до интегральных признаков. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

1. Способ кодирования отпечатка папиллярного узора, заключающийся в выделении на папиллярном узоре капиллярных линий и особенностей, нумерации особенностей, определении для каждой особенности вектора направления, координат и типа особенности, вектора и величины кривизны папиллярных линий в окрестности особенности, масштабной характеристики как среднего расстояния между папиллярными линиями в окрестности особенности, фиксации проекций на соседние папиллярные линии от каждой особенности, построении топологической характеристики для каждой особенности в виде упорядоченного набора пар, где каждая пара представлена событием в виде числа и номером ассоциированной с событием особенности, причем событие детектируются при движении по папиллярной линии от сечения, проходящего через особенность вправо и влево от особенности на глубину нескольких папиллярных линий перпендикулярно касательным к пересекаемым папиллярным линиям, отличающийся тем, что выделяют обрывы папиллярных линий на границах ясных областей папиллярного узора, от каждого обрыва фиксируют проекции на соседние папиллярные линии и кодируют обрывы как особенности.2. Способ кодирования отпечатка папиллярного узора по п.1, отличающийся тем, что на отпечатке выделяют области информативные и неинформативные, особенности и обрывы располагают в информативной области, а обрывы классифицируют по мере их удаления от границы информативной области на расстояние, не превышающее ширины 1-2 папиллярных линий.3. Способ кодирования отпечатка папиллярного узора по п.1, отличающийся тем, что для каждой особенности и обрыва дополнительно определяют гребневый счет до одного или нескольких интегральных признаков узора.