СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ ДАКТИЛОСКОПИЧЕСКОГО УЗОРА
FINGERPRING ENCODING METHOD

Изобретение относится к области криминалистики и предназначено для кодирования отпечатков пальцев, ладоней и ступней ног. Его использование позволяет получить технический результат в виде повышения надежности идентификации личности.
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 G06K 9/00, опубл. 1987).
Этот способ кодирования неустойчив, так как результаты фиксации кода зависят от порядка обхода особенностей, что снижает надежность идентификации узора.
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 G06K 9/46, опубл. 1992).
Этот способ кодирования отпечатка неустойчив, так как гребневый счет для особенностей, расположенных вдоль одной прямой, не детектируется. Кроме того, группы особенностей, близких к одной прямой, перестраиваются для разных отпечатков одного и того же пальца из-за процессов следообразования отпечатков пальцев. Наконец, гребневый счет не оценивается точно в случае расположения особенностей вдоль папиллярных линий или в области петель, дельт, завитков и карманов. Указанные недостатки приводят к снижению надежности идентификации узора.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ кодирования отпечатка папиллярного узора, заключающийся в выделении на отпечатке линий и особенностей, нумерации особенностей, определении для каждой особенности угла направления, координат, типа особенности, вектора кривизны линий в окрестности особенности, масштабной характеристики в окрестности особенности, топологической характеристики, представленной нумерованным набором пар, образованных событием в виде числа и номером соответствующей особенности, причем топологическая характеристика детектируется при движении по связям от сечения, проходящего через особенность перпендикулярно линиям (патент РФ №2185660, МПК7 G06K 9/52, опубл. 2002). Данный способ выбран в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является то, что в топологической характеристике отсутствует длина связей. На линейных участках узора длина связей описывает расстояние особенностей от сечения топологической характеристики, и это расстояние не рассчитывается на основе геометрических координат особенностей, так как сечение обычно изгибается, а не идет по прямой линии. Сумма длин связей, располагающихся на одной линии, определяет расстояние по линии между особенностями, что в прототипе отсутствует. Для закручивающихся линий геометрическое расстояние между особенностями может быть маленькое, а расстояние по линиям - большое. Несовпадение геометрических расстояний между особенностями и суммы длины связей служит важной характеристикой дактилоскопического узора, которая повышает надежность идентификации личности. Введение расстояний по линиям обогащает описание дактилоскопического узора и повышает надежность идентификации личности.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение надежности идентификации дактилоскопического узора.
Достигается это тем, что на отпечатке выделяют линии и особенности, нумеруют особенности, определяют для каждой особенности угол направления, координаты и тип особенности, две проекции на соседние линии, топологическую характеристику в виде нумерованного набора пар, представленных событием в виде числа и номером соответствующей особенности, причем событие детектируют при движении по связи от сечения, проходящего через особенность вправо и влево на глубину нескольких линий перпендикулярно касательным к пересекаемым линиям, и дополнительно в топологической характеристике по крайней мере одному событию назначают длину связи, которую измеряют при движении по связи от сечения до позиции, в которой детектируется событие.
Кроме того, длины связей назначают для событий, порождаемых как особенностью, так и проекцией от особенности.
Кроме того, длины связей назначают для событий, порождаемых только особенностью.
Кроме того, на отпечатке выделяют области информативные и неинформативные, а линии и особенности располагают в информативной области.
Сущность предлагаемого способа иллюстрируется чертежами и таблицами.
На фиг.1 показана особенность типа окончания с углом направления особенности и проекциями на соседние папиллярные линии 1 и 2;
на фиг.2 показана особенность типа разветвления с углом направления особенности и проекциями на соседние папиллярные линии 1 и 2;
на фиг.3 от особенности типа окончания проведено сечение через другие линии, которые разрезаны сечением, пронумерованы и образуют связи 0-16, на которых располагаются особенности 20-27 с двумя проекциями от особенностей или одной проекцией от 20-й особенности из-за границы узора;
на фиг.4 от особенности типа разветвления проведено сечение через другие линии, которые разрезаны сечением, пронумерованы и образуют связи 0-18, на которых располагаются особенности 20-27 с двумя проекциями от каждой особенности или с одной проекцией от особенности 23-й из-за границы узора.
Рассмотрим последовательность выполняемых действий в заявляемом способе.
В области ясного отпечатка выделяют папиллярные линии, на которых детектируют особенности: окончания и разветвления (фиг.1, 2). Каждую особенность нумеруют и описывают координатами, углом направления в сторону увеличения числа линий, типом особенности: окончание или разветвление. От каждой особенности фиксируют проекции вправо и влево перпендикулярно углу направления особенности на соседние линии 1 и 2 (фиг.1, 2). За пределы границы узора проекции от особенностей не фиксируют.
Затем для каждой особенности дактилоскопического узора определяют топологическую характеристику.
Рассмотрим определение топологической характеристики для одной особенности. Для этого через особенность проводят сечение вправо и влево на глубину нескольких линий (обычно 1-8 линий вправо и столько же влево) перпендикулярно касательным к пересекаемым линиям. Если папиллярные линии изгибаются, сечение тоже изгибается. Пересеченные линии нумеруют по часовой стрелке, при этом каждая пересеченная линия распадается на две связи, начинающиеся в точке пересечения. На фиг.3 пронумерованы связи 0-16, на фиг.4 - связи 0-18.
Для сечения определяют топологическую характеристику методом последовательного прослеживания по каждой связи хода связи от сечения до встречи с другой особенностью, расположенной на связи, или с проекцией от особенности на связи, или до прерывания связи. При этом синтезируются следующие возможные события-числа, детектируемые на связях и представленные в двоичном коде:
0000 - нет особенности или проекции от особенности на связи (линия прерывается на краю отпечатка);
1101 - на связи проекция от окончания, расположенного справа от связи по ходу прослеживания связи, угол направления окончания ориентирован навстречу ходу по связи;
1001 - на связи проекция от окончания, расположенного справа от связи по ходу прослеживания связи, угол направления окончания ориентирован по ходу по связи;
1110 - на связи проекция от окончания, расположенного слева от связи по ходу прослеживания связи, угол направления окончания ориентирован навстречу ходу по связи;
1010 - на связи проекция от окончания, расположенного слева от связи по ходу прослеживания связи, угол направления окончания ориентирован по ходу по связи;
0101 - на связи проекция от разветвления, расположенного справа от связи по ходу прослеживания связи, угол направления разветвления ориентирован навстречу ходу по связи;
0001 - на связи проекция от разветвления, расположенного справа от связи по ходу прослеживания связи, угол направления разветвления ориентирован по ходу по связи;
0110 - на связи проекция от разветвления, расположенного слева от связи по ходу прослеживания связи, угол направления разветвления ориентирован навстречу ходу по связи;
0010 - на связи проекция от разветвления, расположенного слева от связи по ходу прослеживания связи, угол направления разветвления ориентирован по ходу по связи;
1111 - окончание на связи, угол направления окончания ориентирован навстречу ходу по связи;
0011 - разветвление на связи, угол направления разветвления ориентирован по ходу по связи;
0111 - разветвление на связи, образованной линией, касательная к которой образует минимальный угол при повороте угла направления разветвления на связи против часовой стрелки;
1011 - разветвление на связи, образованной линией, касательная к которой образует минимальный угол при повороте угла направления разветвления на связи по часовой стрелке;
1100 - связь по линии замыкается, какая-либо особенность или проекция от особенности отсутствует.
С событием-числом, детектированным на связи, записывают номер особенности, породившей это событие, а сами события-числа жестко привязывают к номеру связи. Для событий 0000 и 1100 номера особенностей отсутствуют. Нумерованный набор связей с событиями-числами и соответствующими номерами особенностей есть топологическая характеристика, которая для особенности на фиг.3 представлена в табл.1, а для особенности на фиг.4 представлена в табл.2. Максимальное число особенностей в таблице не превышает числа связей.
Обычно папиллярные линии на изображении представляют в виде скелета - связанную линию толщиной в одну точку. Тогда прослеживание связи сводится к движению по скелету от сечения в заданном направлении, следуя всем изгибам скелетных линий. При движении по связи подсчитывается количество шагов, сделанных до позиции, в которой детектируется событие. Количество шагов определяет длину связи (обычно 10-100 шагов). Таким образом, каждое событие увязывается с длиной связи. Для событий 0000 и 1100 длина связи измеряется подобно, просто анализируется обрыв связи (граница узора) или возвращение по связи в исходную позицию. Сумма длин связей, лежащих на одной линии, определяет расстояние между особенностями по линиям, которое обычно заметно отличается от геометрических расстояний между особенностями. Для события 0000 длина связи (если она записана в топологической характеристике) определяет вероятную информативную область узора, не содержащую особенности, что является важным идентификационным признаком узора.
На этом кодирование дактилоскопического узора завершают.
Для событий 0000 и 1100 длину связей можно не записывать. При этом остаются события: 1101, 1001, 1110, 1010, 0101, 0001, 0110, 0010, 1111, 0011, 0111, 1011. Это приводит к построению эффективной топологической характеристики, ориентированной на события, порождаемые и особенностями и проекциями от особенностей.
Длину связей можно записывать только для событий: 1111, 0011, 0111, 1011. Это приводит к построению экономной топологической характеристики, ориентированной на события, порождаемые особенностями, что несколько обедняет топологическую характеристику, зато заметно экономит объем памяти. Даже в экономном виде предлагаемый способ содержит много дополнительной информации, например расстояние от сечения до позиции, в которой детектировано событие. Короткие расстояния по связям могут привести к перестройке сечения, например сечение вероятно может пройти либо до, либо после особенности. При идентификации узора это можно учесть.
Заметим, что линии, связи и особенности располагаются в информативных областях, заметно отличающихся от неинформативных областей, по которым проследить связи невозможно. В неинформативных областях особенности и линии не выделяются. Поэтому разделение площади узора на информативные и неинформативные области существенно. Это отражается в виде границы узора на фиг.3 и фиг.4. Если сечение от особенности выходит за границы узора, то для соответствующих связей, помеченных пунктиром, число события 0000, длина связи равна 0.
Отметим преимущества предлагаемого способа кодирования.
В отличие от прототипа, здесь топологические характеристики дополняются длинами связей, на основе которых рассчитывается длины линий между особеностями, которые не совпадают с геометрическими расстояниями между особенностями в области изгиба, кручения папиллярных линий. Длины связей не в табл.1 показана топологическая характеристика для особенности типа окончания, сечение через которую представлено на фиг.3, с указанием на нумерованных связях событий-чисел и номеров особенностей;
рассчитываются из геометрических координат особенностей, так как сечение изгибается в соответствии со структурой узора, а сам ход сечения в топологической характеристике не сохраняется. Разрезанные сечением связи могут иметь разное соотношение длин связей, не вычисляемое из координат особенностей. Кроме того, длины связей измеряются до границ узора, что позволяет описать обширные области узора, не содержащие особенности. Это существенно обогащает описание дактилоскопического узора и, как следствие, повышает надежность идентификации отпечатков пальцев и ладоней.
Данный способ кодирования дактилоскопического узора реализуется на компьютере, и может быть применен в криминалистике, в системах предотвращения несанкционированного доступа в охраняемые помещения, при идентификации личности человека, пользующегося кредитной картой.
В табл.1 показана топологическая характеристика для особенности типа окончания, сечение через которую представлено на фиг.3, с указанием на нумерованных связях событий-чисел и номеров особенностей;
в табл.2 показана топологическая характеристика для особенности типа разветвления, сечение через которую представлено на фиг.4, с указанием на нумерованных связях событий-чисел и номеров особенностей.
Таблица 1
Способ кодирования дактилоскопического узора
Номер связи
Событие
Номер особенности
0
1110
22
1
0001
21
2
1110
23
3
1001
24
4
1111
22
5
0011
21
6
1111
23
7
1010
24
8
0010
25
9
0010
21
10
1010
20
11
1010
26
12
0011
25
13
0000
-
14
0000
-
15
1111
27
16
0001
25
Таблица 2
Номер связи
Событие
Номер особенности
0
1111
25
1
1111
21
2
1110
21
3
0001
20
4
1110
24
5
1001
26
6
1101
21
7
0011
20
8
1111
24
9
1010
26
10
0010
22
11
0010
20
12
1010
23
13
1010
27
14
0011
22
15
0000
-
16
0000
-
17
1100
-
18
1100
-