АНАМОРФОТНАЯ СИСТЕМА СЧИТЫВАНИЯ ПАПИЛЛЯРНЫХ РИСУНКОВ ПАЛЬЦЕВ И ЛАДОНИ И СПОСОБ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G06K9/58 A61B5/117 

Область техники

Предлагаемые устройство и способ относятся к автоматизации считывания и передачи в биометрические информационные системы изображений папиллярных узоров, в частности пальцев и ладоней.

Уровень техники

Аналогами к предлагаемому устройству и способу можно считать:

1. Устройство считывания отпечатка пальца для идентификации, патент США №5222152 по МПК G06K 09/00, опубл. 22.6.1993 г., включающий источник света, оптическую систему, содержащую, в том числе, оптический элемент для прикладывания пальца, и рекодер изображения отпечатка пальца, а также способ его работы.

2. Устройство для регистрации папиллярного узора, патент РФ №2185096 по МПК А61В 5/117, опубл. 20.7.2002 г., включающий источник света, оптическую систему, содержащую, в том числе, оптический элемент для прикладывания пальца, и систему фотоприемных элементов, соединенную с блоком обработки изображения, а также способ его работы.

Недостатками аналогов являются: недостаточно малые линейные размеры оптической системы при одновременном сканировании папиллярных рисунков пальцев и ладони, недостаточно высокая скорость сканирования папиллярных рисунков пальцев и ладони, недостаточно высокое качество исходных данных, поступающих в системы идентификации личности, недостаточная контрастность различных изображений папиллярных рисунков пальцев и ладони.

Наиболее близкими аналогами предлагаемых устройства и способа является «Анаморфотная система считывания папиллярных рисунков и способ ее использования», патент РФ №2279130 по МПК G06K 09/00, опубл. 27.06.2006 г., в которой размещены в корпусе программно-аппаратно-управляемый источник излучения и оптическая система, включающая оптический элемент для прикладывания поверхностей с папиллярными узорами, изготовленный из вещества с показателем преломления в диапазоне от 1,2 до 1/8, многоэлементный фотоприемник, соединенный с контроллером, и объектив с апертурной диафрагмой, а способ включает режимы ожидания контакта поверхности с папиллярными узорами с рабочей гранью оптического элемента, настройки рациональной контрастности оптической системы и передачи оцифрованного изображения папиллярных рисунков в память компьютера или на носитель информации.

Недостатками наиболее близких аналогов являются: недостаточно малые линейные размеры оптической системы при одновременном сканировании папиллярных рисунков пальцев и ладони, недостаточно высокая скорость сканирования папиллярных рисунков пальцев и ладони, недостаточно высокое качество исходных данных, поступающих в системы идентификации личности, недостаточная контрастность различных изображений папиллярных рисунков пальцев и ладони.

Сущность изобретения

На современном этапе автоматизации получения биометрической информации актуально повышение скорости сканирования одновременно пальцев и ладони при сохранении качества сканируемых папиллярных рисунков.

Геометрические размеры оптической системы возможно уменьшить, «сжав» передаваемое на многоэлементный фотоприемник изображение папиллярного узора, подвергнув его анаморфированию и дезанаморфированию для получения требуемого неискаженного изображения. Однако достаточно протяженные сканируемые поверхности ладони и пальцы рук могут вследствие различных характеристик сканируемых папиллярных рисунков пальцев и ладони и особенностей освещения оптического элемента, к которому прикладываются пальцы и ладонь, вносить существенные искажения по контрастности получаемых изображений и по геометрическим особенностям анаморфотной оптической системы.

Задачей изобретения является уменьшение линейных размеров оптической системы при одновременном сканировании папиллярных рисунков пальцев и ладони, повышение качества исходных данных, поступающих в системы идентификации личности, повышение контрастности различных изображений папиллярных рисунков пальцев и ладони, снижение стоимости системы.

Технические результаты изобретения:

1) уменьшение линейных размеров оптической системы при одновременном сканировании папиллярных рисунков пальцев и ладони;

2) повышение скорости сканирования папиллярных рисунков пальцев и ладони;

3) повышение качества исходных данных, поступающих в системы идентификации личности;

4) повышение контрастности различных изображений папиллярных рисунков пальцев и ладони;

5) снижение стоимости системы.

Технические результаты достигаются тем, что анаморфотная система считывания папиллярных рисунков пальцев и ладони содержит программно-аппаратно-управляемый источник излучения, оптическую систему, включающую, в том числе, оптический элемент для прикладывания пальцев и ладони, изготовленный из вещества с показателем преломления в диапазоне от 1,2 до 1,8, многоэлементный фотоприемник, соединенный с контроллером, объектив с апертурной диафрагмой, размещенные в корпусе, причем оптический элемент изготовлен с двугранным углом в диапазоне от 60° до 87° между рабочей и отражающей гранями оптического элемента и с двугранным углом в диапазоне от 81° до 109° между рабочей гранью и плоскостью, проходящей через, по крайней мере, часть контура преломляющей поверхности, освещаемая грань противолежит и параллельна рабочей, преломляющая поверхность противолежит отражающей грани и выполнена сферической выпуклой наружу, корректирующая, по крайней мере, перспективные или трапециевидные искажения папиллярных рисунков пальцев и ладони, многоэлементный фотоприемник наклонен к оптической оси, образуя оптический двугранный угол между многоэлементным фотоприемником и отражающей гранью оптического элемента в диапазоне углов от 31° до 86°, объектив расположен вдоль отражающей грани оптического элемента, источник излучения выполнен в виде матрицы излучающих элементов, позволяющей получить освещенность рабочей грани, близкую к равномерной в диапазоне длин волн от 0,10 мм до 6,50 мкм, упомянутая матрица излучающих элементов расположена параллельно освещаемой грани оптического элемента, апертурная диафрагма выполнена эллиптической с малой осью в анаморфотируемом направлении, а направление излучений от источника излучения в оптический элемент через освещаемую грань позволяет получить проекции, при прохождении через оптическую систему с устраненными искажениями, на многоэлементный фотоприемник мест непосредственного соприкосновения папиллярных линий пальцев и ладони с рабочей гранью оптического элемента, вызывая большую интенсивность электрического сигнала на соответствующих элементах многоэлементного фотоприемника по сравнению с местами, свободным от непосредственного соприкосновения.

Под термином «рабочая грань» оптического элемента следует понимать грань, к которой прикладываются пальцы и ладонь.

Под термином «преломляющая поверхность» оптического элемента следует понимать поверхность, на которую направлен объектив оптической системы.

Анаморфотная система считывания папиллярных рисунков пальцев и ладони может содержать оптическую ось, изменяющую свое направление, например, зеркалами или призмами. Такое выполнение системы позволяет повысить ее компактность за счет уменьшения расстояния между оптическим элементом и многоэлементным фотоприемником.

Анаморфотная система считывания папиллярных рисунков пальцев и ладони может содержать иммерсионный объектив. Такое выполнение системы позволяет повысить ее компактность за счет уменьшения расстояния между оптическим элементом и многоэлементным фотоприемником.

Объектив может содержать вынесенную апертурную диафрагму. Такое выполнение объектива позволяет повысить качество изображения папиллярного узора.

Многоэлементный фотоприемник анаморфотной системы считывания папиллярных рисунков может быть выполнен в виде ПЗС-матрицы (прибор с зарядовой связью) или КМОП-структуры (кремний-метал-окисел-полупроводник).

Способ использования анаморфотной системы считывания папиллярных рисунков пальцев и ладони заключается в том, что используют режимы ожидания контакта пальцев и ладони с рабочей гранью оптического элемента, настройки рациональной контрастности оптической системы и передачи оцифрованного изображения папиллярных рисунков в память компьютера или на носитель информации, при этом во время этапа настройки рациональной контрастности оптической системы активизируют, по крайней мере, часть излучающих элементов источника излучения частичной длительностью, составляющей часть полной длительности, необходимой для получения максимально возможного изменения электрического параметра при изменении условий освещенности элемента от полного отсутствия до максимальной освещенности, воздействующей на элемент длительностью, гарантирующей окончание переходных процессов, по крайней мере, на соответствующей части элементов многоэлементного фотоприемника, которую дискретно увеличивают до достижения полной длительности, а во время активизации или нахождения в активном состоянии излучающих элементов источника излучения суммируют значения изменений электрических параметров линейно расположенных элементов многоэлементного фотоприемника с величиной этих параметров более 80% от максимально возможного изменения электрического параметра при изменении условий освещенности элемента от полного отсутствия до максимальной освещенности, воздействующей на элемент длительностью, гарантирующей окончание переходных процессов, и сохраняют значения суммы и соответствующего значения частичной длительности, по достижению полной длительности выбирают величину частичной длительности, при которой обеспечивается рациональная контрастность оптической системы по полю элементов многоэлементного фотоприемника, затем активизируют источник излучения длительностью, обеспечивающей рациональную контрастность оптической системы в диапазоне от 0,10 мм до 6,50 мкм, сравнивают контрастность получаемого многоэлементным фотоприемником изображения приложенных к рабочей грани оптического элемента пальцев и ладони и в случае отличия показателей контрастности по полю элементов многоэлементного фотоприемника не более 10% активизируют режим передачи оцифрованного изображения папиллярных рисунков в память компьютера или на носитель информации, в процессе которого учитывают изменения электрических параметров каждого элемента многоэлементного фотоприемника, генерируемых излучением в оптической системе переданного в многоэлементный фотоприемник изображения приложенных к рабочей грани оптического элемента пальцев и ладони.

Один из возможных вариантов применения многоэлементного фотоприемника для достижения технических результатов предлагаемых решений состоит в использовании полупроводниковых датчиков, на элементы которых, в процессе работы, подается запирающее напряжение, а при освещении их увеличивается ток в цепи элемента, вызванный снижением сопротивления за счет образования носителей заряда. Измерения изменений электрических параметров позволяют автоматизировать процесс автоматизации записи папиллярных рисунков пальцев и ладоней.

В способе использования анаморфотной системы может осуществляться пропорциональное увеличение или уменьшение разности значений изменений электрических параметров в соседних линейно расположенных элементах многоэлементного фотоприемника по степенному закону.

В способе использования анаморфотной системы может осуществляться управление каждым из излучающих элементов источника излучения компьютером.

В способе использования анаморфотной системы может осуществляться управление каждым из излучающих элементов источника излучения микропроцессором.

В способе использования анаморфотной системы может осуществляться управление многоэлементным фотоприемником компьютером.

В способе использования анаморфотной системы может осуществляться управление многоэлементным фотоприемником микропроцессором.

Перечень чертежей

На фиг.1 представлена схема вида сверху анаморфотной системы считывания папиллярных рисунков пальцев и ладони.

На фиг.2 представлена схема вида сбоку анаморфотной системы считывания папиллярных рисунков пальцев и ладони без боковых элементов корпуса, распложенных вблизи оптического элемента.

На фиг.3 представлены варианты учета генерируемых излучений в оптической системе электрических параметров линейно, с учетом дискретности, расположенных элементов многоэлементного фотоприемника: 3а, 3б - осевые; 3в, 3г - параллельно осям; 3д - наклонное; 3е - по диагонали, 3ж - сплайновое; 3з - по фрагменту окружности.

На фиг.4 представлены диаграммы активизации источников излучения в режиме настройки рациональной контрастности оптической системы по отдельным излучающему элементу источника излучения и элементу многоэлементного фотоприемника.

Диаграммы на фиг.4 представлены без детализации переходных процессов при включении и выключении источника излучения с условными изображением промежутков, во время которых происходит учет генерируемых излучением в оптической системе изменений электрических параметров элементов многоэлементного фотоприемника.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Анаморфотная система считывания папиллярных рисунков пальцев и ладони содержит источник излучения 1, оптическую систему, включающую объектив 2 с апертурной диафрагмой 3 и оптический элемент 4 для прикладывания пальцев и ладони, и многоэлементный фотоприемник 5, размещенные в корпусе 6. Оптический элемент 4 выполнен с двугранными углами 7 и 8 между рабочей 9 и отражающей 10 гранями и рабочей гранью 9 и плоскостью 11, проходящей через, по крайней мере, часть контура преломляющей поверхности 12 соответственно, а освещаемая 13 и рабочая 9 грани параллельны. Многоэлементный фотоприемник 5 соединен с контроллером (не показан) и наклонен к оптической оси 14, образуя оптический двугранный угол (не показан) между многоэлементным фотоприемником 5 и отражающей гранью 10 оптического элемента 4.

Оптическая система может содержать преломляющие оптическую ось 14 зеркала 15-19.

Изготовление оптического элемента может быть осуществлено известными способами из используемых в оптике материалов, например из стекла, и напылением на отражающую грань оптического элемента отражающего слоя, например из металла.

Изготовление остальных элементов системы может быть осуществлено известными способами.

Способ использования анаморфотной системы считывания папиллярных рисунков пальцев и ладони заключается в следующем.

Используют режим ожидания контакта поверхности пальцев и ладони с рабочей гранью 9 оптического элемента 4, настройки рациональной контрастности оптической системы и передачи оцифрованного изображения папиллярных рисунков в память компьютера или на носитель информации.

Во время этапа настройки рациональной контрастности оптической системы активизируют, по крайней мере, часть излучающих элементов источника излучения 1 частичной длительностью, составляющей часть полной длительности, необходимой для получения максимально возможного изменения электрического параметра при изменении условий освещенности элемента от полного отсутствия до максимальной освещенности, воздействующей на элемент длительностью, гарантирующей окончание переходных процессов, по крайней мере, на соответствующей части элементов многоэлементного фотоприемника 5, которую дискретно увеличивают до достижения полной длительности, а во время активизации или нахождения в активном состоянии излучающих элементов источника излучения 1 суммируют значения изменений электрических параметров линейно расположенных элементов многоэлементного фотоприемника 5 с величиной этих параметров более 80% от максимально возможного изменения электрического параметра при изменении условий освещенности элемента от полного отсутствия до максимальной освещенности, воздействующей на элемент длительностью, гарантирующей окончание переходных процессов, и сохраняют значения суммы и соответствующего значения частичной длительности, по достижению полной длительности выбирают величину частичной длительности, при которой обеспечивается рациональная контрастность оптической системы по полю элементов многоэлементного фотоприемника 5, затем активизируют источник излучения длительностью, обеспечивающей рациональную контрастность оптической системы в диапазоне от 0,10 мм до 6,50 мкм, сравнивают контрастность получаемого многоэлементным фотоприемником 5 изображения приложенных к рабочей грани оптического элемента пальцев и ладони и в случае отличия показателей контрастности по полю элементов многоэлементного фотоприемника 5 не более 10% активизируют режим передачи оцифрованного изображения папиллярных рисунков в память компьютера или на носитель информации, в процессе которого учитывают изменения электрических параметров каждого элемента многоэлементного фотоприемника, генерируемых излучением в оптической системе переданного в многоэлементный фотоприемник 5 изображения приложенных к рабочей грани 9 оптического элемента 5 пальцев и ладони.

Во время активизации части излучающих элементов источника излучения 1 учитывают генерируемые излучением в оптической системе электрические параметры линейно (линии обозначены позицией 20 на фиг.3), с учетом дискретности, расположенных элементов многоэлементного фотоприемника 5, при этом активизируют, по крайней мере, один излучающий элемент источника излучения 1 начальной длительностью Т2, составляющей часть полной длительности Т1, необходимой для получения максимально возможного изменения электрических параметров при изменении условий освещенности элемента от полного отсутствия до максимальной освещенности, воздействующей на элемент длительностью, гарантирующей окончание переходных процессов, и суммируют пропорционально увеличенные или уменьшенные, например, по степенному закону, разность значений изменений электрических параметров в соседних линейно 20 расположенных элементах многоэлементного фотоприемника, активизируют упомянутый излучающий элемент источника излучения 1 укороченной длительностью ТЗ, составляющей часть начальной длительности Т2, и суммируют пропорционально увеличенные или уменьшенные, например, по степенному закону, разность значений изменений электрических параметров в соседних линейно 20 расположенных элементах многоэлементного фотоприемника 5 и сравнивают полученные значения со значением критерия пропорционально увеличенного или уменьшенного, например, по степенному закону, разности значений изменений электрических параметров в соседних линейно 20 расположенных элементах многоэлементного фотоприемника 5.

При контакте поверхности папиллярного узора с рабочей поверхностью оптического элемента используют режимы настройки рациональной контрастности оптической системы. При этом активизируют излучающий элемент источника излучения 1 частичной длительностью Т4, составляющей часть полной длительности Т1, которую дискретно увеличивают до достижения полной длительности Т1 (см. фиг.4).

В способе использования анаморфотной системы может осуществляться пропорциональное увеличение или уменьшение разности значений изменений электрических параметров в соседних линейно расположенных элементах многоэлементного фотоприемника 5 по квадратичному закону.

В способе использования анаморфотной системы может осуществляться управление многоэлементным фотоприемником 5 компьютером.

В способе использования анаморфотной системы может осуществляться управление многоэлементным фотоприемником 5 микропроцессором.

Таким образом, применение данных системы и способа ее использования позволяет уменьшить линейные размеры оптической системы при одновременном сканировании папиллярных рисунков пальцев и ладони; повысить скорость сканирования папиллярных рисунков пальцев и ладони, качество исходных данных, поступающих в системы идентификации личности, и контрастность различных изображений рисунков пальцев и ладони; снизить стоимость системы.

Изобретения относятся к автоматизации считывания и передачи в биометрические информационные системы изображений папиллярных узоров, в частности пальцев и ладоней. Технический результат заключается в уменьшении линейных размеров оптической системы при одновременном сканировании папиллярных рисунков пальцев и ладони, повышении качества исходных данных, поступающих в системы идентификации личности, повышении контрастности различных изображений папиллярных рисунков пальцев и ладони, снижении стоимости системы. Анаморфотная система считывания ПУ содержит источник излучения (ИИ) с матрицей излучающих элементов, оптическую систему (ОС), включающую объектив с эллиптической апертурной диафрагмой и оптический элемент (ОЭ) для прикладывания пальцев и ладоней, и многоэлементный фотоприемник (МФ). При этом одна из поверхностей ОЭ выполнена преломляющей - сферической, выпуклой наружу. МФ соединен с контроллером и наклонен к оптической оси. ИИ программно-аппаратно-управляемый. Направление излучения ИИ в ОЭ проецирует, при прохождении через ОЭ в ОС, на МФ место непосредственного соприкосновения папиллярных линий с рабочей гранью ОЭ, вызывая большую интенсивность сигнала по сравнению с местом, свободным от непосредственного соприкосновения. ИИ задействуют периодически. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Анаморфотная система считывания папиллярных рисунков пальцев и ладони, содержащая источник излучения, оптическую систему, включающую, в том числе, оптический элемент для прикладывания пальцев и ладони, изготовленный из вещества с показателем преломления в диапазоне от 1,2 до 1,8, многоэлементный фотоприемник, объектив с апертурной диафрагмой, размещенные в корпусе, отличающаяся тем, что оптический элемент изготовлен с двугранным углом в диапазоне от 60 до 87° между рабочей и отражающей гранями оптического элемента и с двугранным углом в диапазоне от 81 до 109° между рабочей гранью и плоскостью, проходящей через, по крайней мере, часть контура преломляющей поверхности, освещаемая грань противолежит и параллельна рабочей, преломляющая поверхность противолежит отражающей грани и выполнена сферической, выпуклой наружу, корректирующая, по крайней мере, перспективные или трапециевидные искажения папиллярных рисунков пальцев и ладони, многоэлементный фотоприемник наклонен к оптической оси, образуя оптический двугранный угол между многоэлементным фотоприемником и отражающей гранью оптического элемента в диапазоне углов от 31 до 86°, объектив расположен вдоль отражающей грани оптического элемента, источник излучения выполнен в виде матрицы излучающих элементов, позволяющей получить освещенность рабочей грани, близкую к равномерной в диапазоне длин волн от 0,10 мм до 6,50 мкм, причем матрица излучающих элементов расположена параллельно освещаемой грани оптического элемента, апертурная диафрагма выполнена эллиптической с малой осью в анаморфотируемом направлении, причем направление излучений от источника излучения в оптический элемент через освещаемую грань позволяет получить проекции, при прохождении через оптическую систему с устраненными искажениями, на многоэлементный фотоприемник мест непосредственного соприкосновения папиллярных линий пальцев и ладони с рабочей гранью оптического элемента, вызывая большую интенсивность электрического сигнала на соответствующих элементах многоэлементного фотоприемника по сравнению с местами, свободными от непосредственного соприкосновения.2. Анаморфотная система по п.1 отличающаяся тем, что в оптической системе оптическая ось может изменять направление.3. Анаморфотная система по п.1 или 2 отличающаяся тем, что объектив иммерсионный.4. Анаморфотная система п.1 или 2 отличающаяся тем, что апертурная диафрагма вынесенная.5. Анаморфотная система п.1 или 2 отличающаяся тем, что многоэлементный фотоприемник выполнен в виде ПЗС-матрицы.6. Анаморфотная система по п.1 или 2 отличающаяся тем, что многоэлементный фотоприемник выполнен в виде КМОП-структуры.7. Способ использования анаморфотной системы по п.1, включающий режимы ожидания контакта пальцев и ладони с рабочей гранью оптического элемента, настройки рациональной контрастности оптической системы и передачи оцифрованного изображения папиллярных рисунков в память компьютера или на носитель информации, отличающийся тем, что во время этапа настройки рациональной контрастности оптической системы активизируют, по крайней мере, часть излучающих элементов источника излучения частичной длительностью, составляющей часть полной длительности, необходимой для получения максимально возможного изменения электрического параметра при изменении условий освещенности элемента от полного отсутствия до максимальной освещенности, воздействующей на элемент длительностью, гарантирующей окончание переходных процессов, по крайней мере, на соответствующей части элементов многоэлементного фотоприемника, которую дискретно увеличивают до достижения полной длительности, а во время активизации или нахождения в активном состоянии излучающих элементов источника излучения суммируют значения изменений электрических параметров линейно расположенных элементов многоэлементного фотоприемника с величиной этих параметров более 80% от максимально возможного изменения электрического параметра при изменении условий освещенности элемента от полного отсутствия до максимальной освещенности, воздействующей на элемент длительностью, гарантирующей окончание переходных процессов, и сохраняют значения суммы и соответствующего значения частичной длительности, по достижению полной длительности выбирают величину частичной длительности, при которой обеспечивается рациональная контрастность оптической системы по полю элементов многоэлементного фотоприемника, затем активизируют источник излучения длительностью, обеспечивающей рациональную контрастность оптической системы в диапазоне от 0,10 мм до 6,50 мкм, сравнивают контрастность получаемого многоэлементным фотоприемником изображения приложенных к рабочей грани оптического элемента пальцев и ладони и в случае отличия показателей контрастности по полю элементов многоэлементного фотоприемника не более 10% активизируют режим передачи оцифрованного изображения папиллярных рисунков в память компьютера или на носитель информации, в процессе которого учитывают изменения электрических параметров каждого элемента многоэлементного фотоприемника, генерируемых излучением в оптической системе переданного в многоэлементный фотоприемник изображения приложенных к рабочей грани оптического элемента пальцев и ладони.8. Способ использования анаморфотной системы по п.7, отличающийся тем, что пропорциональное увеличение или уменьшение разности значений изменений электрических параметров в соседних линейно расположенных элементах многоэлементного фотоприемника осуществляется по степенному закону.