УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПАПИЛЛЯРНОГО УЗОРА
DEVICE FOR PAPILLARY PATTERN REGISTRATION

Настоящее изобретение относится к области оптического формирования изображения с использованием вычислительной техники, в частности к устройствам для получения изображений отпечатков пальцев, используемых правоохранительными органами для идентификации личности, а также в системах ограничения доступа к защищаемым объектам.
Известны аналоги предлагаемого изобретения, например устройство для регистрации папиллярного узора, описанное в патенте РФ №2218866, МПК 7 А61В 5/117, опубл. в 2003 г., содержащее трехгранную призму, одна из граней которой является воспринимающей отпечатки пальцев поверхностью, оптически связанные между собой источник света, проекционную систему и систему фотоприемных элементов, а также электронный блок обработки сигнала, электрически связанный с системой фотоприемных элементов. При этом призма имеет в сечении форму неравнобедренного прямоугольного треугольника, грань меньшего катета является воспринимающей поверхностью, грань большего катета является входной и одновременно выходной гранью, грань гипотенузы образует с воспринимающей поверхностью острый угол величиной 60-75°, а проекционная система, источник света и система фотоприемных элементов расположены напротив грани большего катета призмы. Недостатком аналога является то, что он позволяет получать изображение папиллярных узоров подушечки пальца и не позволяет получать узоры, расположенные в зоне дистальной фаланги пальца, примыкающей к ногтю.
Известно также устройство для регистрации папиллярного узора, позволяющее получать изображение отпечатка ладони либо пальца, которое описано в патенте РФ №2190352, МПК 7 А61В 5/117, опубл. в 2002 г.. Устройство содержит воспринимающую отпечатки пальцев (либо ладоней) поверхность, оптически связанные между собой проекционную оптическую систему и систему фотоприемных элементов, выполненные с возможностью синхронного перемещения и размещенные под воспринимающей отпечатки поверхностью и блок обработки изображений, электрически связанный с системой фотоприемных элементов. При этом отклоняющаяся оптическая система погружена в иммерсионную жидкость, заполняющую кювету, верхней стороной которой является воспринимающая отпечатки поверхность, а проекционная оптическая система, источник света и система фотоприемных элементов размещены под отклоняющей оптической системой и механически связаны с ней. Недостатком данного устройства является его сложное конструктивное исполнение, поскольку необходимо обеспечивать герметизацию кюветы, а также наличие узлов, движущихся внутри жидкости.
В качестве прототипа заявляемого устройства выбрано устройство для сканирования рисунка кожных линий, описанное в способе по патенту РФ №2168206, МПК 7 G06К 9/00, А61В 5/117, опубл. 27.05.2001 г.. Устройство содержит установленное на неподвижной опоре выпуклое прозрачное для сканирующего излучения основание и неподвижно установленные с соответствующих сторон области контакта основания с анализируемой частью тела источник и приемник излучения. При этом выпуклое основание выполнено в виде цилиндра, с возможностью вращения вокруг оси, фиксированной относительно неподвижной опоры, для поворота на угол, обеспечивающий, по меньшей мере, полное перемещение помещенной на него анализируемой части тела относительно потока сканирующего излучения. Прототип обеспечивает получение качественных отпечатков ладоней, однако его использование для получения отпечатков пальцев в системах ограничения доступа экономически невыгодно из-за его высокой стоимости. Кроме этого с помощью прототипа затруднительно получить изображение боковых поверхностей пальца, прилегающих к подушечке.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является получение более полной (по площади) картины папиллярного узора пальца и снижение себестоимости устройства.
Достигается это тем, что в устройстве для регистрации папиллярного узора, содержащем последовательно расположенные и оптически связанные между собой источник света, оптически прозрачное для светового потока основание, выполненное в виде тела вращения и предназначенное для размещения на нем исследуемого пальца, проекционную оптическую систему и приемник света, электрически соединенный с блоком обработки, причем основание установлено на неподвижной опоре и выполнено с возможностью вращения вокруг своей оси для поворота на угол, достаточный для перемещения исследуемого участка пальца, размещенного на основании, относительно светового потока, согласно изобретению основание выполнено в виде вогнутого тела вращения, геометрические параметры которого определяются из соотношения
(R-r)/R=0,65-0,97,
где R - радиус образующей тела вращения, r - радиус минимального по площади поперечного сечения тела вращения.
Суть предлагаемого технического решения поясняется на чертеже, где приведен продольный разрез устройства.
Устройство для регистрации папиллярного узора (один из вариантов исполнения) содержит последовательно расположенные и оптически связанные между собой источник света 1, который может быть выполнен в виде матрицы либо линейки светодиодов, оптически прозрачное для светового потока основание 2, предназначенное для размещения на нем пальца 9, проекционную оптическую систему 3 (показана условно) и приемник 4 светового потока. Приемник 4 может быть выполнен в виде матрицы либо линейки фотодиодов и соединяется с помощью электрической связи 5 (например, кабеля) с блоком обработки 6, в качестве которого обычно используется ПЭВМ. Основание 2 установлено на неподвижной опоре 7 (в простейшем случае опорой может быть жесткая прямоугольная рамка) с возможностью вращения вокруг оси α в ту или другую сторону. Возможность вращения основания 2 вокруг оси α могут обеспечивать ролики 8, которые крепятся к опоре 7 и выполнены с возможностью вращения вокруг своих осей. К основанию 2 прикладывается палец 9.
Основание 2 выполнено в виде вогнутого тела вращения, геометрические параметры которого определяются из соотношения
(R-r)/R=0,65-0,97,
где R - радиус образующей тела вращения, r - радиус минимального по площади поперечного сечения тела вращения (минимальное значение величины r на продольном разрезе тела вращения, см. чертеж). Отметим, что при R→∞ тело вращения становится цилиндром (как в прототипе). Диапазон 0,65-0,97 изменения геометрических параметров основания 2 охватывает особенности строения пальцев, начиная с детского возраста человека до зрелого, а также учитывает особенности строения пальцев для людей различных национальностей.
Источник 1 и приемник 4 света выбирают спектрально согласованными, т.е. чтобы излучение источника 1 воспринималось приемником 5 наилучшим образом. Как показано на чертеже, источник 1 расположен под основанием 2 (снизу), а приемник 4 - слева от основания 2. В другом варианте исполнения устройства источник 1 может быть расположен под основанием 2 (снизу), а приемник 4 - справа от основания. Возможны и другие варианты размещения источника 1 и приемника 4, которые выбираются в зависимости от конкретных требований к устройству с учетом обратимости хода световых лучей. Поворот тела вращения 2 вокруг своей оси α в ту или иную сторону (по часовой либо против часовой стрелки) может быть осуществлен, например, посредством усилия, прикладываемого пальцем к телу вращения 2, либо с помощью электродвигателя (не показан), передающего вращение через один либо через несколько роликов 8 на тело вращения 2.
Работает заявляемое устройство следующим образом (рассмотрим случай, когда поворот тела вращения осуществляется усилием пальца).
Подают напряжение питания на источник света 1, поток которого входит через оптически прозрачное основание 2 (лучи света показаны пунктирными стрелками), падает на его образующую и выходит наружу из основания 2. Если на основании 2 разместить (путем прижатия) палец 9, то свет проникает в кожу пальца и рассеивается в коже. Часть рассеянного света через папиллярные линии пальца, соприкасающиеся с поверхностью основания 2, возвращается в прозрачное основание 2. Канавки (впадины) между папиллярными линиями не соприкасаются с поверхностью тела вращения 2, свет в этих местах в основание 2 почти не возвращается. Те лучи рассеянного света, которые проникли в основание 2 под углом, превышающим угол полного внутреннего отражения на границе стекло - воздух, отражаются на противоположной стороне основания 2 и выходят через торцевую поверхность прозрачного основания 2. Далее через оптическую систему 3 поток света попадает на приемник 4. Лучи света, показанные пунктиром, из-за криволинейной поверхности основания 2 расходятся, поэтому оптическая система 3 компенсирует это. В результате в плоскости приемника 4 образуется светотеневая картина папиллярного узора пальца, которая через кабель 5 передается в ПЭВМ 6.
Поскольку тело вращения 2 выполнено с возможностью вращения вокруг оси α для поворота на угол, обеспечивающий перемещение относительно светового потока исследуемого участка кожи пальца 9, то в результате получают полную картину (изображение) папиллярных линий пальца, как последовательность кадров изображений в ПЭВМ, из которых сшивается единое изображение папиллярных линий пальца.
Основным достоинством заявляемого устройства является то, что выполнение основания 2 не в форме цилиндра, как в устройстве-прототипе, а в виде вогнутого тела вращения, геометрические параметры которого задаются соотношением (R-r)/R=0,65-0,97, позволяет обеспечить более полное прилегание пальца к поверхности тела вращения 2. При этом обеспечивается лучшее изображение папиллярных узоров боковых поверхностей пальца и окончания дистальной фаланги. Кроме этого за счет уменьшения габаритов тела вращения существенно снижается стоимость устройства.
Если источник света и приемник поменять местами, то устройство будет работать аналогично в силу обратимости хода световых лучей.
Источник света и приемник можно располагать у противоположных торцов тела вращения 2. Ход лучей изменится, но при соблюдении угла полного внутреннего отражения светотеневая картина узора пальца на приемнике 4 формируется. Поэтому место расположения источника света и приемника не принципиально.
Заявителем изготовлен опытный образец устройства, который прошел испытания, подтвердившие высокое качество и увеличенную по сравнению с прототипом площадью получаемых изображений.
Заявитель считает, что предлагаемое устройство обладает новизной, существенными отличиями и промышленной применимостью и может быть защищено патентом на изобретение.