RU2364935C2 - Fingerprinting (scanner) device - Google Patents

Abstract

FIELD: physics; image processing.

SUBSTANCE: invention concerns digital image processing and can be used in the devices for automatic authentification or identification of the person. The technical result is reached because the device contains a prism, a light source, light from it, passing through a prism, shines a surface of a prism for fingerprint imaging, the plano-convex lens combined with an output surface of a prism, thus the prism is used with the lower matte surface, and a light source consisting of a matrix of light-emitting diodes, is covered with a film disseminating light, the objective consisting of several lenses with clarified optics, a relocator of an objective in the form of the cylinder having an internal cylindrical cavity with carving (hole), axes of symmetry of the cylinder and a cylindrical cavity (hole) displace rather each other, an objective screw in in a cylindrical cavity (hole), and the axis of symmetry of an objective corresponds to an optical axis of the device, and a sensor receiving the image from an objective.

EFFECT: increase of resolution of the device to the value not less than 600 dots per inch, and also abbreviation of time for device preliminary adjustment.

4 dwg

Description

Translated fromRussian

Настоящее изобретение относится к цифровой обработке изображений и может быть использовано в устройствах, осуществляющих автоматическую аутентификацию или идентификацию личности.The present invention relates to digital image processing and can be used in devices that perform automatic authentication or identification.

Системы данного типа основаны на сканировании и последующей идентификации одного или нескольких биологических параметров человека, присущих только ему одному: радужной оболочки глаз, почерка, голоса и, наконец, отпечатков пальцев.Systems of this type are based on scanning and subsequent identification of one or several biological parameters of a person that are unique to him alone: the iris of the eye, handwriting, voice and, finally, fingerprints.

В настоящее время существуют различные биометрические системы распознавания личности по отпечаткам пальцев, основанные на использовании характерных деталей папиллярного узора (окончаний и ветвлений папиллярных линий отпечатков пальцев) [1, 2].Currently, there are various biometric fingerprint recognition systems based on the use of the characteristic details of the papillary pattern (endings and branches of papillary fingerprint lines) [1, 2].

Эффективность указанных систем распознавания личности зависит от точности выделения характерных деталей на цифровом изображении отпечатка пальца, уменьшения числа ложно выделенных характерных деталей за счет устранения из последующей обработки областей, принадлежащих фону, который, как правило, содержит шумы.The effectiveness of these personality recognition systems depends on the accuracy of distinguishing characteristic details on a digital image of a fingerprint, reducing the number of falsely distinguished characteristic details by eliminating from subsequent processing areas that belong to the background, which usually contains noise.

Наиболее близким техническим решением является устройство для снятия отпечатков пальцев [3], включающееThe closest technical solution is a device for fingerprinting [3], including

- первую призму, одна из поверхностей которой в одном направлении служит для снятия отпечатка пальца,- the first prism, one of the surfaces of which in one direction serves to take a fingerprint,

- источник света, проходящего через первую призму и используемого для освещения поверхности призмы для снятия отпечатка пальца,- a source of light passing through the first prism and used to illuminate the surface of the prism for fingerprinting,

- микроканал (пинхол), помещенный на пути света, отраженного от поверхности для снятия отпечатка пальца первой призмы, формирующий изображение отпечатка пальца первой призмы,- a microchannel (pinhole) placed in the path of light reflected from the surface for fingerprinting of the first prism, forming an image of the fingerprint of the first prism,

- плоскость изображения, созданную светом от первой призмы, проходящим через пинхол, располагаемую справа от пинхола,- the image plane created by the light from the first prism passing through the pinhole located to the right of the pinhole,

- вторую призму, помещенную между пинхолом и плоскостью изображения, имеющую выходную поверхность, параллельную плоскости снятия изображения пальца первой призмы, а вторую входную поверхность, параллельную выходной поверхности первой призмы и пинхолу.- a second prism placed between the pinhole and the image plane having an output surface parallel to the finger plane of the first prism, and a second input surface parallel to the output surface of the first prism and the pinhole.

На фиг.1 представлена оптическая система прототипа: где 1 - первая призма с поверхностью для снятия отпечатков пальцев 6 и выходной поверхностью 7, 2 - источник света, 3 - пинхол, 4 - плоскость изображения, 5 - вторая призма с входной поверхностью 8 и выходной поверхностью 9, 10 - оптическая ось.Figure 1 shows the optical system of the prototype: where 1 is the first prism with afingerprint surface 6 and anoutput surface 7, 2 is a light source, 3 is a pinhole, 4 is an image plane, 5 is a second prism with aninput surface 8 and anoutput surface 9, 10 - optical axis.

Указанное устройство обладает рядом недостатков. Так разрешающая способность устройства ограничивается 300-400 точками на дюйм, что обусловлено низкой освещенностью из-за использования пинхола, а юстировка параллельных поверхностей требует громоздкого технического решения.The specified device has several disadvantages. So the resolution of the device is limited to 300-400 dpi, which is due to low light due to the use of a pinhole, and alignment of parallel surfaces requires a cumbersome technical solution.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, заключающегося в повышении разрешающей способности устройства для снятия отпечатков пальцев до величины не менее чем 600 точек на дюйм и в сокращении времени юстировки системы за счет использования плосковыпуклой линзы, объектива, состоящего из нескольких линз с просветленной оптикой, и средства перемещения объектива.The objective of the present invention is to obtain a technical result, which consists in increasing the resolution of the device for fingerprinting to a value of not less than 600 dpi and in reducing the alignment time of the system through the use of a plano-convex lens, a lens consisting of several lenses with brightened optics, and means of moving the lens.

Для достижения указанного результата в устройство для снятия отпечатков пальцев [3], включающее:To achieve the specified result in the device for fingerprinting [3], including:

- призму, одна из поверхностей которой в одном направлении служит для снятия отпечатков пальцев,- a prism, one of the surfaces of which in one direction serves for fingerprinting,

- источник света, свет от которого проходит через призму и освещает поверхность призмы для снятия отпечатков пальцев,- a light source from which light passes through the prism and illuminates the surface of the prism for fingerprinting,

включают плосковыпуклую линзу, совмещенную с выходной поверхностью призмы, при этом призму используют с нижней матовой поверхностью, а источник света, состоящий из матрицы светодиодов, покрывают рассеивающей свет пленкой, объектив, состоящий из нескольких линз с просветленной оптикой, средство перемещения объектива в виде цилиндра, имеющего внутреннюю цилиндрическую полость с резьбой (отверстие), оси симметрии цилиндра и цилиндрической полости (отверстия) смещают относительно друг друга, объектив ввинчивают в цилиндрическую полость (отверстие), причем ось симметрии объектива соответствует оптической оси устройства и сенсора, принимающего изображение с объектива.include a plano-convex lens, combined with the output surface of the prism, the prism being used with a lower matte surface, and the light source, consisting of a matrix of LEDs, is coated with a light-scattering film, a lens, consisting of several lenses with an illuminated optics, a means of moving the lens in the form of a cylinder, having an internal cylindrical cavity with thread (hole), the axis of symmetry of the cylinder and the cylindrical cavity (hole) are displaced relative to each other, the lens is screwed into the cylindrical cavity (about aperture), and the axis of symmetry of the lens corresponds to the optical axis of the device and the sensor receiving the image from the lens.

Предлагаемое устройство представлено на фиг.2, где 1 - призма с поверхностью для снятия отпечатков пальцев 6 и выходной поверхностью 7 и матовой поверхностью 14, 15 - плосковыпуклая линза, 2 - источник света, представляющий собой матрицу светодиодов, свет которых рассеивается пленкой 16, 11 - объектив, состоящий из нескольких линз с просветленной оптикой, 12 - средство перемещения объектива, 13 - сенсор, 10 - оптическая ось.The proposed device is presented in figure 2, where 1 is a prism with afingerprint surface 6 and anoutput surface 7 and a matte surface 14, 15 is a flat-convex lens, 2 is a light source, which is a matrix of LEDs, the light of which is scattered by the film 16, 11 - a lens consisting of several lenses with brightened optics, 12 - a means of moving the lens, 13 - a sensor, 10 - an optical axis.

Средство перемещения объектива 12 представлено на фиг.2, где средство в виде цилиндра имеет внутреннюю цилиндрическую полость с резьбой (отверстие). Оси симметрии цилиндра и цилиндрической полости (отверстия) смещены относительно друг друга. Объектив ввинчивается в цилиндрическую полость (отверстие). При вращении цилиндра цилиндр вращается с объективом, и поскольку ось симметрии цилиндра относительно оптической оси устройства не смещается, смещается объектив относительно оптической оси устройства.A means for moving the lens 12 is shown in FIG. 2, where the means in the form of a cylinder has an internal cylindrical cavity with a thread (hole). The axis of symmetry of the cylinder and the cylindrical cavity (hole) are offset relative to each other. The lens is screwed into a cylindrical cavity (hole). When the cylinder rotates, the cylinder rotates with the lens, and since the axis of symmetry of the cylinder relative to the optical axis of the device does not shift, the lens shifts relative to the optical axis of the device.

При повороте средства с объективом изображение отпечатка пальца смещается относительно сенсора по двум координатам, что обеспечивает возможность получения симметричного изображения на сенсоре.When you turn the tool with the lens, the fingerprint image is shifted relative to the sensor in two coordinates, which makes it possible to obtain a symmetric image on the sensor.

На фиг.3 демонстрируется положение пальца на плоскости 6 призмы 1, где 20 - место контакта выступа на пальце (папилляр), 17 - впадина на пальце, 18 - лучи света от источника света 2, поверхность пальца 19, 21 - свет, отраженный под разными углами.Figure 3 shows the position of the finger on theplane 6 ofprism 1, where 20 is the contact point of the protrusion on the finger (papillary), 17 is the depression on the finger, 18 is the light rays from thelight source 2, the surface of thefinger 19, 21 is the light reflected under different angles.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Рассеянный свет 18 (см. фиг.3) от матрицы светодиодов 2 попадает на плоскость 6 призмы 1. При этом свет, попавший на папилляр 20, отражается под разными углами 21 (как показано на фиг.3), и часть света, отраженного под определенным углом, попадает в объектив устройства и далее на сенсор.The scattered light 18 (see FIG. 3) from the matrix ofLEDs 2 enters theplane 6 ofprism 1. In this case, the light incident on thepapillary 20 is reflected at different angles 21 (as shown in FIG. 3), and part of the light reflected under a certain angle, falls into the lens of the device and then to the sensor.

Свет, попавший на впадину 17 (между папиллярами), проходит через поверхность призмы и, рассеиваясь, не попадает в объектив и сенсор.The light entering the cavity 17 (between the papillaries) passes through the surface of the prism and, scattering, does not enter the lens and sensor.

В результате на сенсоре формируется изображение рисунка папилляров пальца, отождествляемое как отпечаток пальца.As a result, an image of a finger papillary pattern is formed on the sensor, identified as a fingerprint.

Повышение разрешающей способности устройства до величины не менее чем 600 точек на дюйм обеспечивается за счет следующих факторов:Increasing the resolution of the device to a value of not less than 600 dpi is ensured by the following factors:

1. достижения равномерного освещения плоскости для снятия отпечатков пальцев 6, что обеспечивается использованием матрицы светодиодов, рассеивающей пленки 16 и матовой поверхности 14 призмы,1. achieving uniform illumination of thefingerprint plane 6, which is achieved by using a matrix of LEDs, scattering film 16 and the matte surface 14 of the prism,

2. максимального использования (собирания) светового потока, отраженного от поверхности 6, с помощью плосковыпуклой линзы, совмещенной с выходной плоскостью призмы 7, и объектива, состоящего из нескольких линз с просветленной оптикой,2. maximum use (collection) of the light flux reflected from thesurface 6, using a plano-convex lens combined with the output plane of theprism 7, and a lens consisting of several lenses with brightened optics,

3. сохранения всей информации об отпечатке пальца за счет получения симметричного изображения на сенсоре, обеспечиваемого средством перемещения объектива.3. saving all information about the fingerprint by obtaining a symmetric image on the sensor provided by the means of moving the lens.

Снижение стоимости устройства обеспечивается тем обстоятельством, что в предлагаемом устройстве юстировка выполняется в одной плоскости, в то время как в прототипе в двух плоскостях.The reduction in the cost of the device is ensured by the fact that in the proposed device, the alignment is performed in one plane, while in the prototype in two planes.

Высокое качество получаемого изображения отпечатка пальца демонстрируется на фиг.4.The high quality of the obtained image of the fingerprint is shown in figure 4.

ЛитератураLiterature

1. Патент США № 5210588.1. US patent No. 5210588.

2. Патент США № 5233404.2. US Patent No. 5233404.

3. Патент США № 6463166.3. US Patent No. 6463166.

Claims (1)

Translated fromRussian

Устройство для снятия отпечатков пальцев, включающее призму, одна из поверхностей которой в одном направлении служит для снятия отпечатков пальцев, источник света, свет от которого, проходя через призму, освещает поверхность призмы для снятия отпечатков пальцев, отличающееся тем, что в устройство включают плосковыпуклую линзу, совмещенную с выходной поверхностью призмы, при этом призму используют с нижней матовой поверхностью, а источник света, состоящий из матрицы светодиодов, покрывают рассеивающей свет пленкой, объектив, состоящий из нескольких линз с просветленной оптикой, средство перемещения объектива в виде цилиндра, имеющего внутреннюю цилиндрическую полость с резьбой (отверстие), оси симметрии цилиндра и цилиндрической полости (отверстия) смещают относительно друг друга, объектив ввинчивают в цилиндрическую полость (отверстие), причем ось симметрии объектива соответствует оптической оси устройства, и сенсор, принимающий изображение с объектива.A fingerprint device, comprising a prism, one of the surfaces of which in one direction serves for fingerprinting, a light source from which, passing through the prism, illuminates the surface of the fingerprint prism, characterized in that the device includes a flat-convex lens combined with the output surface of the prism, the prism being used with a lower matte surface, and the light source, consisting of a matrix of LEDs, is coated with a light-scattering film, a lens consisting of and several lenses with antireflected optics, means for moving the lens in the form of a cylinder having an internal cylindrical cavity with a thread (hole), the axis of symmetry of the cylinder and the cylindrical cavity (hole) are displaced relative to each other, the lens is screwed into the cylindrical cavity (hole), and the axis of symmetry of the lens corresponds to the optical axis of the device, and a sensor receiving an image from the lens.

Images