PL B1. Sposób odczytu topografii linii papilarnych i układ do odczytu topografii linii papilarnych. Politechnika Wrocławska,Wrocław,PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G06K 9/00 ( ) A61B 5/117 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób odczytu topografii linii papilarnych i układ do odczytu topografii linii papilarnych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 11/04 (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Wrocławska,Wrocław,PL (72) Twórca(y) wynalazku: Zbigniew Gumienny,Wrocław,PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/09 (74) Pełnomocnik: Kozłowska Regina, Politechnika Wrocławska, Biuro ds.wynalazczości i Ochrony Patentowej PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób odczytu topografii linii papilarnych i układ do odczytu topografii linii papilarnych, w szczególności jako układ do bezkontaktowej biometrycznej identyfikacji osób, wszędzie tam gdzie jest wymagane zachowanie szczególnych warunków sterylnych, na przykład na niektórych oddziałach szpitalnych, w laboratoriach badawczych itp. Znany z opisu patentowego USA nr sposób i układ do odczytu topografii linii papilarnych wyposażony jest w obracający się polaryzator z polaryzacją liniową z możliwością kontroli i regulacji obrotów. Układ wyposażony jest w cztery źródła, z których wiązki światła są kierowane na linie papilarne przechodząc przez obracający się polaryzator, a po odbiciu od nich i ponownym przejściu przez ten sam polaryzator trafiają do kamery. Obraz linii papilarnych rejestrowany jest kamerą, a zapis poszczególnych obrazów jest synchronizowany z obrotem polaryzatora. Złożenie poszczególnych obrazów umożliwia zebranie informacji o całym obszarze opuszki palca. Bezpośrednia wizualizacja linii papilarnych opuszki palca za pomocą kamery jest kłopotliwa z uwagi na bardzo mały kontrast powstającego obrazu, oraz na refleksy świetlne pochodzące od źródeł oświetlających palec. Na obszarach refleksów świetlnych w obrazie palca brakuje informacji o kształcie linii papilarnych. W związku z tym utrudniona jest, a czasami wręcz niemożliwa identyfikacja osób. W układach obecnie stosowanych refleksy świetlne są częściowo wyeliminowane poprzez zastosowanie polaryzatorów umieszczonych pomiędzy kamerą i palcem, oraz pomiędzy palcem i źródłem światła. Sposób ten nie pozwala na całkowite wyeliminowanie refleksów z uwagi na to, że powierzchnia skóry pokryta jest płaszczem lipidowym będącym zawiesiną olejowo-wodną i złuszczoną keratyną (nierozpuszczalne białko). Warstwa ta powoduje niejednorodną depolaryzację światła odbitego. Znany jest również z opisu patentowego USA nr sposób i urządzenie do bezkontaktowego odwzorowania topografii linii papilarnych dłoni i/lub palców za pomocą kamery. Dzięki wykorzystaniu spolaryzowanych liniowo lub kołowo promieni oświetlających i promieni odbitych możliwe jest oddzielne zobrazowanie wzoru linii papilarnych. W efekcie uzyskuje się dostateczny kontrast na zdjęciu rzeźby skóry, po czym numerycznie przeszukuje się wzorce skórne powierzchni ręki według elementów liniowych o różnej grubości i różnym wektorze kierunkowym. Obliczony identyfikator numeryczny zawiera sumaryczne częstości wektorów oraz amplitudy i fazy składowych harmonicznych projekcji obrazów wektorowych obu wzorców. Istota sposobu polega na tym, że linie papilarne oświetla się impulsowo kolejnym źródłem światła, umieszczonym z boku i pod dużym kątem w stosunku do skanowanej powierzchni, zaś cienie pochodzące od wystających listewek skórnych jako pojedyncze kolejne obrazy skanowanej powierzchni rejestruje się kamerą. Moment rejestracji każdego obrazu jest ściśle zsynchronizowany z czasem oświetlania linii papilarnych, po czym kolejne obrazy skanowanej powierzchni składa się w jeden obraz, a następnie bada się topografię linii, rozmieszczenie minucji oraz porównuje z wzorcem. Korzystnie linie papilarne oświetla się sekwencyjnie, co najmniej jednym źródłem, przy czym linie papilarne oświetla się jednocześnie nie więcej niż połową źródeł światła. Korzystnym jest również to, linie papilarne oświetla się promieniowaniem o długościach fal mniejszych od 600 nm, w szczególności światłem niebieskim albo zielonym. Istota układu polega na tym, że promieniowanie ze źródeł światła w ilości k podłączonych do zasilacza poprzez multiplekser, pada na linie papilarne, następnie obrazy linii papilarnych rejestrowane są przez kamerę połączoną interfejsem z komputerem albo mikroprocesorem i z multiplekserem, jednocześnie zasilanie każdego źródła światła jest zsynchronizowane z pracą kamery oraz każde źródło światła umieszczone jest pod dużym kątem w stosunku do skanowanej powierzchni linii papilarnych, natomiast k jako ilość źródeł światła, przybiera wartości od 2 do n. Korzystnie układ ma osiem źródeł światła. Korzystnym jest również to, że źródła światła stanowią diody o krótkim czasie narastania i zaniku świecenia, zwłaszcza niebieskie albo zielone diody typu LED. Zaletą nowego sposobu odczytu topografii linii papilarnych jest duży kontrast skanowanej powierzchni linii papilarnych, na którym wypukłe listewki skóry tworzą charakterystyczny wzór, co uzyskuje się oświetlając skanowaną powierzchnię źródłem światła umieszczonym z boku i pod dużym kątem w stosunku do skanowanej powierzchni. Wówczas pojawiają się cienie pochodzące od wystających ze skanowanej powierzchni listewek skórnych. Światło nie może jednak głęboko wnikać pod powierzchnię skóry, gdyż powoduje to jej rozświetlanie, a wówczas cienie rzucane przez listewki skórne będą słabo widoczne i praktycznie tylko nieznacznie poprawią kontrast obrazu. Dobre warunki

3 PL B1 3 pracy nowego układu są spełnione dla źródeł światła o długościach fal mniejszych od 600 nm, a w szczególności dla sprawnych energetycznie diod typu LED np.: niebieskich albo zielonych. Dodatkową zaletą nowego układu do odczytu topografii linii papilarnych jest to, że jest on układem do bezkontaktowej wizualizacji linii papilarnych, w którym brak zarówno mechanicznych elementów ruchomych jak i polaryzatorów. Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia opuszek palca oświetlony dwoma źródłami światła układu do odczytu topografii linii papilarnych a fig. 2 - układ do odczytu topografii linii papilarnych wyposażony w osiem źródeł światła. P r z y k ł a d 1. Sposób odczytu topografii linii papilarnych polega na tym, że w bardzo krótkim czasie wynoszącym około 40 ms, oświetla się linie papilarne P promieniowaniem o długościach fal mniejszych od 600 nm, impulsowo i na zmianę pierwszym źródłem światła L 1 a następnie drugim źródłem światła L 2, umieszczonymi z boku i pod dużym kątem w stosunku do skanowanej powierzchni. Oba źródła światła L 1 i L 2 stanowią niebieskie diody typu LED. Cienie pochodzące od wystających listewek skórnych, jako pojedyncze kolejne obrazy, które powstają w wyniku oświetlania skanowanej powierzchni, raz pierwszym źródłem światła L 1 a następnie drugim źródłem światła L 2, rejestruje się kamerą CCD, przy czym moment rejestracji każdego obrazu jest ściśle zsynchronizowany z czasem oświetlania linii papilarnych P, po czym kolejne obrazy skanowanej powierzchni składa się w jeden obraz, a następnie bada się topografię linii P, rozmieszczenie minucji oraz porównuje z wzorcem. P r z y k ł a d 2. Sposób odczytu topografii linii papilarnych przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że linie papilarne P oświetla się sekwencyjnie, z ośmiu źródeł światła od L 1 do L 8, które stanowią zielone diody typu LED. P r z y k ł a d 3. Układ do odczytu topografii linii papilarnych, w którym promieniowanie z każdego z dwóch źródeł światła L 1 i L 2 podłączonych do zasilacza Z poprzez multiplekser M, pada na linie papilarne P. Źródłami światła L 1 i L 2 w tym wykonaniu są niebieskie diody typu LED charakteryzujące się krótkim czasem narastania i zaniku świecenia. Następnie obraz linii papilarnych P powstały w wyniku oświetlenia linii papilarnych P pierwszym źródłem światła L 1 i drugim źródłem światła L 2 rejestrowane są przez kamerę CCD połączoną interfejsem z komputerem K i z multiplekserem M, jednocześnie zasilanie obu źródeł światła L 1 i L 2 zsynchronizowane jest z pracą kamery CCD oraz oba źródła światła L 1 i L 2 umieszczone jest pod dużym kątem w stosunku do skanowanej powierzchni linii papilarnych P. P r z y k ł a d 4. Układ do odczytu topografii linii papilarnych przebiega jak w przykładzie trzecim z tą różnicą, że ma osiem źródeł światła L 1, L 2, L 3, L 4, L 5, L 6, L 7, L 8, które stanowią zielone diody typu LED charakteryzujące się krótkim czasem narastania i zaniku świecenia, następnie obrazy linii papilarnych P powstałe w wyniku sekwencyjnego oświetlenia linii papilarnych P kolejnymi źródłami światła L k rejestrowane są kamerą CCD połączoną interfejsem z mikroprocesorem K i z multiplekserem M. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób odczytu topografii linii papilarnych polegający na oświetleniu linii papilarnych, rejestracji ich obrazu oraz wykonaniu procedur numerycznych związanych z identyfikacją osób takich jak badanie geometrii linii, rozmieszczenie minucji oraz porównanie z wzorcem, znamienny tym, że linie papilarne (P) oświetla się impulsowo kolejnym źródłem światła (L k ), umieszczonym z boku i pod dużym kątem w stosunku do skanowanej powierzchni, zaś cienie pochodzące od wystających listewek skórnych jako pojedyncze kolejne obrazy skanowanej powierzchni rejestruje się kamerą (CCD), przy czym moment rejestracji każdego obrazu jest ściśle zsynchronizowany z czasem oświetlania linii papilarnych (P), po czym kolejne obrazy skanowanej powierzchni składa się w jeden obraz, a następnie bada się topografię linii (P), rozmieszczenie minucji oraz porównuje z wzorcem. 2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że linie papilarne (P) oświetla się sekwencyjnie, co najmniej jednym źródłem światła (L k ), przy czym linie papilarne oświetla się jednocześnie nie więcej niż połową źródeł światła. 3. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że linie papilarne (P) oświetla się promieniowaniem o długościach fal mniejszych od 600 nm. 4. Sposób, według zastrz. 2, znamienny tym, że linie papilarne (P) oświetla się światłem zielonym.

4 4 PL B1 5. Sposób, według zastrz. 2, znamienny tym, że linie papilarne (P) oświetla się światłem niebieskim. 6. Układ do odczytu topografii linii papilarnych wyposażony w źródła światła i w kamerę, znamienny tym, że promieniowanie ze każdego źródła światła (L k ) podłączonego do zasilacza (Z) poprzez multiplekser (M), pada na linie papilarne (P), następnie obrazy linii papilarnych (P) rejestrowane są przez kamerę (CCD) połączoną interfejsem z komputerem (K) i z multiplekserem (M), jednocześnie zasilanie każdego źródła światła (L k ) jest zsynchronizowane z pracą kamery (CCD) oraz każde źródło światła (L k ) umieszczone jest pod dużym kątem w stosunku do skanowanej powierzchni linii papilarnych (P), natomiast k przybiera wartość od 2 do n. 7. Układ, według zastrz. 6, znamienny tym, że ma osiem źródeł światła (L 1, L 2, L 3, L 4, L 5, L 6, L 7, L 8 ). 8. Układ, według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że źródła światła (L k ) stanowią diody o krótkim czasie narastania i zaniku świecenia. 9. Układ, według zastrz. 8, znamienny tym, że jako źródła światła (L k ) stosuje się niebieskie diody typu LED. 10. Układ, według zastrz. 8, znamienny tym, że jako źródła światła (L k ) stosuje się zielone diody typu LED. 11. Układ, według zastrz. 8, znamienny tym, że obrazy linii papilarnych (P) rejestrowane są przez kamerę (CCD) połączoną interfejsem z mikroprocesorem (K) i z multiplekserem (M).

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.