WO2013176573A1 - Papillary ridge pattern registration system - Google Patents

Papillary ridge pattern registration system Download PDF

Info

Publication number
WO2013176573A1
WO2013176573A1 PCT/RU2013/000145 RU2013000145W WO2013176573A1 WO 2013176573 A1 WO2013176573 A1 WO 2013176573A1 RU 2013000145 W RU2013000145 W RU 2013000145W WO 2013176573 A1 WO2013176573 A1 WO 2013176573A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
image
radiation
intermediate images
reading
image receiver
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000145
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Сергеевич ПРЫТКОВАнтон
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Абилма"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Абилма" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Абилма"
Publication of WO2013176573A1 publication Critical patent/WO2013176573A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G02B27/1013Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for colour or multispectral image sensors, e.g. splitting an image into monochromatic image components on respective sensors
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/10Image acquisition
    • G06V10/12Details of acquisition arrangements; Constructional details thereof
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13Sensors therefor
    • G06V40/1324Sensors therefor by using geometrical optics, e.g. using prisms

Definitions

  • the invention relates to the field of biometry, in particular to systems for automated registration of papillary patterns.
  • FIG. 1 A schematic diagram of a typical papillary pattern registration system is shown in FIG. 1.
  • the light source 1 emits in the direction of the element 2, which sets the position of the reading surface 3 of the registered object, such as, for example, papillary lines of a finger or palm of a hand.
  • the reading surface due to the difference in reflection from the areas corresponding to the depressions and protrusions of the papillary pattern, the light flux from the light source becomes the image carrier of this papillary pattern.
  • An optical system as a rule, including a collective 4, a system of mirrors 5, a lens 6, a protective glass 7 and microlenses 8 above the image receiver, receives this stream and forms an image of the papillary pattern on the photosensitive surface 9 of the multi-element image receiver.
  • the image receiver converts the image from optical to electronic digital in the form of an array of intensity values proportional to the radiation flux incident on the corresponding photosensitive element and transfers it to electronic memory 10.
  • Processing device 11 reduces the scale of this electronic image to standard, thereby forming the output image of the system.
  • An element that sets the position of the registered object is usually made in the form of an optically transparent isosceles rectangular prism.
  • there are options for constructing a registration scheme for papillary patterns in which the role of the element that sets the position of the reading surface is played by prisms of complex shape, cylindrical elements, plane-parallel plates.
  • the role of the element that sets the position of the reading surface is played by the housing element of the system.
  • the number of mirrors in an optical system can be different and determines the shape and overall dimensions of the system.
  • the radiation receiver as a rule, is made in the form of a ruler or matrix based on metal-oxide-semiconductor transistors or charge-coupled devices.
  • FIG. 2a shows the arrangement on a silicon wafer 12 with a diameter of 150 mm of crystals 13 of a typical image pickup system for recording a papillary palm pattern with a resolution of 1000 dpi.
  • a typical image pickup system for recording a papillary palm pattern with a resolution of 1000 dpi.
  • Such a receiver has a photosensitive element size of 6.8 micrometers and contains 7216 elements horizontally and 5412 vertically. From the figure it can be seen that only 4 such crystals are placed on the plate. In addition, in this case, the useful area of the plate used for the manufacture of crystals is only about 50% of its total area. If during manufacture only four critical manufacturing defects 14 are allowed, but located, for example, as shown in FIG. 2a, then no suitable crystal will be obtained from this plate.
  • the arrangement of crystals on the plate 15 with a diameter of 150 mm can be, for example, as shown in FIG. 26.
  • 137 crystals 16 are placed on the plate, which already occupy 80% of the plate area.
  • 133 suitable crystals will be obtained from this plate.
  • the losses will amount to only 3% of the total number of crystals on the plate.
  • US Pat. No. 6,928,195 dated 08/08/2005 for IPC G06K9 / 32 shows a system that can increase the resolution of the registration system for papillary patterns without increasing the number of photosensitive elements of the image receiver by using a swinging mirror in the system to form several spatially spaced intermediate images and forming an output image in which the elements of the intermediate images alternate.
  • This system is the closest analogue of the invention. Its main drawback is the presence of additional elements and procedures that, although they allow the use of a relatively inexpensive receiver, however, they themselves make an additional contribution to the high cost of the system and reduce its reliability. As a result, a significant reduction in the total cost of the system is not achieved, but at the same time reliability is reduced, dimensions are increased, energy consumption is increased and system performance is reduced.
  • the objective of the present invention is the implementation of the registration system of papillary patterns, which has low cost, high reliability and at the same time provides high image quality, small overall dimensions, high speed and low power consumption.
  • the registration system of papillary patterns contains a light source that forms the working radiation, an element that sets the position of the reading surface of the papillary pattern, an optical system that reads the image of this surface at an angle i to its normal, a multi-element image receiver, electronic memory for image storage and processing device, and in electronic memory the output image of the reading surface of the papillary pattern is electrically connected with at least two intermediate images of a resolution lower than the output, by combining, in the processing device, the intensity values between the elements of the intermediate images intersecting in different intermediate images the same image area of the reading surface of the papillary pattern, and each of the intermediate images it is connected electrically with the photosensitive elements of the image receiver, which are connected optically to the radiation source and the reading surface of the papillary pattern through the image of the reading surface of the papillary pattern formed by the optical system, the spectral composition of which is not the same in different intermediate images, and the position of the elements of the optical image on the receiving surface of the image receiver is not the
  • the image receiver is preferably monochromatic.
  • Intermediate images are preferably associated with the photosensitive elements of the image receiver through the normalization of histograms in the processing device in order to compensate for the mismatch between the histograms of the intermediate images due to differences in the light flux from the light source, reflection coefficient from the recorded object, transmission of the optical system and the sensitivity of the image receiver for different spectral radiation compositions.
  • the system preferably comprises a refractive surface that is asymmetrical with respect to the optical beam connecting the centers of the object and the image.
  • the part of the optical system that forms the actual image of the reading surface may have an increase in chromatism sufficient to effect the necessary mutual displacement of intermediate images of different spectral composition.
  • the spectral composition of the working radiation preferably lies in the range from 380 to 1200 nanometers.
  • the reading angle i preferably exceeds the angle of total internal reflection for the material of which the element is made, specifying the position of the reading surface.
  • the processing device, the image receiver and the light source are preferably electrically coupled to provide a synchronization of the reading period of the intermediate images with the radiation period of the desired spectral composition.
  • the technical result provided by the given set of features is to reduce cost, increase reliability, ensure high image quality, small overall dimensions, high speed and low power consumption of the papillary pattern registration system.
  • a light source which is a light panel 1, capable of emitting in two spectral ranges due to the use of two types of LEDs with dominant radiation wavelengths of 470 and 525 nanometers, alternately and synchronously with the flash pulses from a camera containing an image receiver, emits in one of these ranges in the direction of an isosceles rectangular prism 2 of optically transparent material. Having passed the input side of the prism 21, light enters at the angle of total internal reflection on the hypotenuse face 3, which defines the reading surface of the papillary pattern.
  • a registered object such as, for example, papillary lines of a finger or palm of a hand, is placed on this surface.
  • the luminous flux from the light source is partially absorbed by the registered object, in other zones it is completely reflected by the hypotenuse face of the prism.
  • the luminous flux becomes the image carrier of the registered papillary pattern.
  • the light passes through the output cathete face 22 of the prism, plane-parallel the plate 30, the collective 4, is reflected on the mirror 5 and hits the lens 6.
  • the lens forms an image of the recorded object on the photosensitive surface 9 of the monochromatic camera, built on a metal-oxide-semiconductor transistor matrix.
  • one photosensitive element accounts for 1.5 elements of the required resolution on the registered object, and the images for two emitted spectral ranges are mutually offset on the receiving surface by an amount corresponding to 0.5 of the size of the element of the required resolution.
  • This displacement is achieved due to the dispersion on a plane-parallel plate 30, inclined with respect to the optical axis. Rays of different wavelengths are refracted on the surface 31 at different angles and, as a result, reach the surface 32 at different points. After refraction on surface 32, the rays of different wavelengths are mutually parallel and mutually offset.
  • the elements of the optical system and the image receiver are rigidly mounted on a single housing.
  • the camera generates a digital image of the recorded object in the form of an array of intensity values associated with the light flux incident on the corresponding photosensitive element, and transfers it via USB to the memory 10 of the computer with processor 11.
  • two intermediate images are transmitted, and the first intermediate image is read camera during the emission of light with a dominant wavelength of 470 nm, and the second during the emission of light with a dominant wavelength of 525 nm.
  • the intensities of the elements of the second image are normalized by a computer program to ensure the mutual correspondence of the histograms of the first and second images.
  • the deviation from this correspondence is caused by the difference in the luminous flux from the light source, the reflection coefficient from the recorded object, the transmission of the optical system and the sensitivity of the image receiver for different spectral compositions of the radiation. From the obtained two intermediate images, one output image is formed.
  • this computer program combines the values of the intensities of the elements crossing the same area in the image of the registered object. The principle of this combination for the image section is shown in FIG. 4. Suppose that two mutually shifted vertical images with dominant wavelengths of 470 and
  • the value of the intensity of the element B1 corresponds to the sum of the values of the intensity of the element A1 and 0.5 values of the intensity of the element
  • the intensity value of element C1 corresponds to a sum of 0.5 of the intensity value of element A1 and the intensity value of element A2.
  • A2 C1 -0.5 A1
  • intensity values for all elements of the output image can be calculated.
  • the applicant has made samples of papillary pattern scanners that implement the present invention.
  • the experimental data confirmed that when combining mutually displaced images of different spectral composition, it is possible to build a papillary pattern registration system that meets the FBI EBTS Appendix F standard using an image receiver with a smaller than the number of elements of the output image, the number of photosensitive elements.
  • FIG. 1 shows a typical construction scheme for the registration of papillary patterns.
  • FIG. Figure 2 shows the location of the crystals of the image receiver with the number of light-sensitive elements 7216 horizontally and 5412 vertically on a plate with a diameter of 150 mm for various sizes of photosensitive elements.
  • FIG. 2a shows crystals with an element size of 6.8 micrometers
  • FIG. 26 shows crystals with an element size of 1.4 micrometers.
  • FIG. 3 shows a diagram of an implementation of a papillary pattern registration system built on a multi-band light source and using a combination of mutually offset intermediate images of different spectral composition to obtain a higher resolution output image.
  • FIG. 4 shows a scheme for combining mutually offset intermediate images of different spectral composition to obtain a higher resolution output image.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of biometrics. The technical result consists in decreasing the cost and increasing the reliability of a papillary ridge pattern registration system, while providing a high image quality, small overall dimensions, rapid operating speed and lower energy consumption. The system comprises a light source, an element defining the position of a reader surface, an optical system, a multi-element image receiver, an electronic memory, and a processing device, wherein the electronic output image of the system is linked through combination in the processing device with no fewer than two intermediary images of lower resolution being in turn linked to the optical image of the reader surface, the spectral composition of which differs for different intermediary images, and wherein the position of the elements of the optical image on the receiving surface of the image receiver is different for different spectral compositions of radiation.

Description

СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ПАПИЛЛЯРНЫХ УЗОРОВ  PAPILLARY PATTERN REGISTRATION SYSTEM
Область техники  Technical field
Изобретение относится к области биометрии, в частности к системам автоматизированной регистрации папиллярных узоров.  The invention relates to the field of biometry, in particular to systems for automated registration of papillary patterns.
Уровень техники  State of the art
Принципиальная схема типичной системы регистрации папиллярных узоров представлена на фиг. 1. Источник света 1 излучает в направлении элемента 2, задающего положение поверхности 3 считывания регистрируемого объекта, такого, например, как папиллярные линии пальца или ладони руки. На поверхности считывания, за счёт различия в отражении от участков, соответствующих впадинам и выступам папиллярного узора, световой поток от источника света становится носителем изображения этого папиллярного узора. Оптическая система, как правило, включающая коллектив 4, систему зеркал 5, объектив 6, защитное стекло 7 и микролинзы 8 над приёмником изображения, принимает этот поток и формирует изображение папиллярного узора на светочувствительной поверхности 9 многоэлементного приёмника изображения. Приёмник изображения преобразует изображение из оптического в электронное цифровое в виде массива значений интенсивности, пропорциональных потоку излучения, попавшему на соответствующий светочувствительный элемент и передаёт его в электронную память 10. Устройство обработки 11 приводит масштаб этого электронного изображения к стандартному, формируя тем самым выходное изображение системы.  A schematic diagram of a typical papillary pattern registration system is shown in FIG. 1. The light source 1 emits in the direction of the element 2, which sets the position of the reading surface 3 of the registered object, such as, for example, papillary lines of a finger or palm of a hand. On the reading surface, due to the difference in reflection from the areas corresponding to the depressions and protrusions of the papillary pattern, the light flux from the light source becomes the image carrier of this papillary pattern. An optical system, as a rule, including a collective 4, a system of mirrors 5, a lens 6, a protective glass 7 and microlenses 8 above the image receiver, receives this stream and forms an image of the papillary pattern on the photosensitive surface 9 of the multi-element image receiver. The image receiver converts the image from optical to electronic digital in the form of an array of intensity values proportional to the radiation flux incident on the corresponding photosensitive element and transfers it to electronic memory 10. Processing device 11 reduces the scale of this electronic image to standard, thereby forming the output image of the system.
Элемент, задающий положение регистрируемого объекта, как правило выполняется в виде оптически прозрачной равнобедренной прямоугольной призмы. Однако существуют варианты построения схемы регистрации папиллярных узоров, в которых роль элемента, задающего положение поверхности считывания, выполняют призмы сложной формы, цилиндрические элементы, плоскопараллельные пластины. В более редких вариантах роль элемента, задающего положение поверхности считывания, выполняет корпусной элемент системы. An element that sets the position of the registered object is usually made in the form of an optically transparent isosceles rectangular prism. However, there are options for constructing a registration scheme for papillary patterns, in which the role of the element that sets the position of the reading surface is played by prisms of complex shape, cylindrical elements, plane-parallel plates. In more rare cases, the role of the element that sets the position of the reading surface is played by the housing element of the system.
Количество зеркал в оптической системе может быть различным и определяет форму и габаритные размеры системы.  The number of mirrors in an optical system can be different and determines the shape and overall dimensions of the system.
Приёмник излучения, как правило, выполнен в виде линейки или матрицы на основе транзисторов металл-оксид-полупроводник или приборов с зарядовой связью.  The radiation receiver, as a rule, is made in the form of a ruler or matrix based on metal-oxide-semiconductor transistors or charge-coupled devices.
Общим недостатком указанных систем, вследствие крайне жёстких требований к качеству изображения, является необходимость применения приёмников изображения с относительно большими размерами светочувствительных элементов, что приводит к значительным общим размерам рабочей поверхности приёмников и, как следствие, крайне высокой стоимости систем, построенных с их применением.  A common drawback of these systems, due to extremely stringent requirements for image quality, is the need to use image receivers with relatively large sizes of photosensitive elements, which leads to significant overall dimensions of the working surface of the receivers and, as a result, the extremely high cost of systems built using them.
Причина значительной цены приёмников большой площади состоит в высокой стоимости кремниевых пластин, из которых их изготавливают, и низком проценте использования площади таких пластин.  The reason for the significant price of large-area receivers is the high cost of the silicon wafers from which they are made, and the low percentage of use of the area of such wafers.
Так, на фиг. 2а показано расположение на кремниевой пластине 12 диаметром 150 мм кристаллов 13 типичного приёмника изображения для системы регистрации папиллярного узора ладоней с разрешением 1000 точек на дюйм. Такой приёмник имеет размер светочувствительных элементов 6,8 микрометра и содержит 7216 элементов по горизонтали и 5412 по вертикали. Из фигуры можно видеть, что на пластине помещается только 4 таких кристалла. Кроме того, в этом случае полезная площадь пластины, используемая для изготовления кристаллов составляет всего около 50% её общей площади. Если же при изготовлении будет допущено всего четыре критических дефекта 14 производства, но расположенные, например, как показано на фиг. 2а, тогда с данной пластины не будет получено ни одного годного кристалла.  So in FIG. 2a shows the arrangement on a silicon wafer 12 with a diameter of 150 mm of crystals 13 of a typical image pickup system for recording a papillary palm pattern with a resolution of 1000 dpi. Such a receiver has a photosensitive element size of 6.8 micrometers and contains 7216 elements horizontally and 5412 vertically. From the figure it can be seen that only 4 such crystals are placed on the plate. In addition, in this case, the useful area of the plate used for the manufacture of crystals is only about 50% of its total area. If during manufacture only four critical manufacturing defects 14 are allowed, but located, for example, as shown in FIG. 2a, then no suitable crystal will be obtained from this plate.
Если же построить приёмник с таким же количеством светочувствительных элементов, но размером 1,4 микрометра, тогда расположение кристаллов на пластине 15 диаметром 150 мм может быть, например, таким, как показано на фиг. 26. В этом случае на пластине помещается 137 кристаллов 16, которые занимают уже 80% площади пластины. При этом если при изготовлении будет допущено четыре критических дефекта 17 производства, расположенных так же, как показано на фиг. 2а, тогда с данной пластины будет получено 133 годных кристалла. Таким образом, из-за дефектов потери составят всего 3% от общего количества кристаллов на пластине. If you build a receiver with the same amount photosensitive elements, but with a size of 1.4 micrometers, then the arrangement of crystals on the plate 15 with a diameter of 150 mm can be, for example, as shown in FIG. 26. In this case, 137 crystals 16 are placed on the plate, which already occupy 80% of the plate area. Moreover, if during production four critical manufacturing defects 17 are located, located in the same manner as shown in FIG. 2a, then 133 suitable crystals will be obtained from this plate. Thus, due to defects, the losses will amount to only 3% of the total number of crystals on the plate.
Однако, несмотря на очевидные преимущества, применение в системах регистрации папиллярных узоров приёмников с малыми размерами светочувствительных элементов сдерживается недостаточным, для соответствия действующим стандартам в области биометрии, качеством формируемого изображения, в частности шумом и растеканием заряда между элементами. Основным таким стандартом для систем регистрации папиллярных узоров в настоящее время является FBI EBTS Appendix F.  However, despite the obvious advantages, the use of receivers with small sizes of photosensitive elements in registration systems of papillary patterns is constrained by insufficient quality of the image formed, in particular, noise and charge spreading between the elements to comply with current biometric standards. The main such standard for papillary pattern registration systems is currently the FBI EBTS Appendix F.
Существуют немногочисленные варианты построения систем регистрации папиллярных узоров, реализующих требуемое разрешение и размер , области считывания при применении относительно дешёвых приёмников изображения.  There are few options for constructing registration systems for papillary patterns that realize the required resolution and size, reading areas when using relatively cheap image receivers.
Так, в патенте США 5859420 от 12.01.1999 по МПК GO 1В 11/124 показана система, в которой разрешение системы регистрации папиллярных узоров увеличено путём разделения системы на несколько каналов, каждый из которых формирует отдельную часть изображения регистрируемого объекта, после чего части изображения объединяются в выходное изображение.  So, in US patent 5859420 dated January 12, 1999 for IPC GO 1B 11/124, a system is shown in which the resolution of the registration system for papillary patterns is increased by dividing the system into several channels, each of which forms a separate image part of the registered object, after which the image parts are combined into the output image.
В патенте США 6928195 от 09.08.2005 по МПК G06K9/32 показана система, позволяющая повысить разрешение системы регистрации папиллярных узоров, без увеличения количества светочувствительных элементов приёмника изображения, путём применения в системе качающегося зеркала для формирования нескольких пространственно разнесённых промежуточных изображений и формирования выходного изображения, в котором чередуются элементы промежуточных изображений. US Pat. No. 6,928,195 dated 08/08/2005 for IPC G06K9 / 32 shows a system that can increase the resolution of the registration system for papillary patterns without increasing the number of photosensitive elements of the image receiver by using a swinging mirror in the system to form several spatially spaced intermediate images and forming an output image in which the elements of the intermediate images alternate.
Данная система является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения. Главным её недостатком является наличие дополнительных элементов и процедур, которые хотя и позволяют применить относительно недорогой приёмник, однако при этом сами вносят дополнительный вклад в дороговизну системы и снижают её надёжность. Как следствие, не достигается существенного снижения общей стоимости системы, но при этом снижается надёжность, увеличиваются габариты, повышается энергопотребление и снижается быстродействие системы.  This system is the closest analogue of the invention. Its main drawback is the presence of additional elements and procedures that, although they allow the use of a relatively inexpensive receiver, however, they themselves make an additional contribution to the high cost of the system and reduce its reliability. As a result, a significant reduction in the total cost of the system is not achieved, but at the same time reliability is reduced, dimensions are increased, energy consumption is increased and system performance is reduced.
Задача изобретения  Object of the invention
Задачей настоящего изобретения является реализация системы регистрации папиллярных узоров, обладающей низкой стоимостью, высокой надёжностью и при этом обеспечивающей высокое качество изображения, малые габаритные размеры, высокое быстродействие и пониженное энергопотребление.  The objective of the present invention is the implementation of the registration system of papillary patterns, which has low cost, high reliability and at the same time provides high image quality, small overall dimensions, high speed and low power consumption.
Сущность изобретения  SUMMARY OF THE INVENTION
Указанная задача решается за счёт того, что система регистрации папиллярных узоров содержит источник света, формирующий рабочее излучение, элемент, задающий положение поверхности считывания папиллярного узора, оптическую систему, считывающую изображение этой поверхности под углом i к её нормали, многоэлементный приёмник изображения, электронную память для хранения изображений и устройство обработки, причём в электронной памяти выходное изображение поверхности считывания папиллярного узора связано электрически не менее чем с двумя промежуточными изображениями меньшего, чем выходное, разрешения через комбинирование, в устройстве обработки, значений интенсивности между элементами промежуточных изображений, пересекающими в разных промежуточных изображениях одну и ту же область изображения поверхности считывания папиллярного узора, а каждое из промежуточных изображений связано электрически со светочувствительными элементами приёмника изображения, которые связаны оптически с источником излучения и поверхностью считывания папиллярного узора через сформированное оптической системой изображение поверхности считывания папиллярного узора, спектральный состав которого неодинаков в различных промежуточных изображениях, причём положение элементов оптического изображения на приёмной поверхности приёмника изображения неодинаково для этих различных спектральных составов излучения. This problem is solved due to the fact that the registration system of papillary patterns contains a light source that forms the working radiation, an element that sets the position of the reading surface of the papillary pattern, an optical system that reads the image of this surface at an angle i to its normal, a multi-element image receiver, electronic memory for image storage and processing device, and in electronic memory the output image of the reading surface of the papillary pattern is electrically connected with at least two intermediate images of a resolution lower than the output, by combining, in the processing device, the intensity values between the elements of the intermediate images intersecting in different intermediate images the same image area of the reading surface of the papillary pattern, and each of the intermediate images it is connected electrically with the photosensitive elements of the image receiver, which are connected optically to the radiation source and the reading surface of the papillary pattern through the image of the reading surface of the papillary pattern formed by the optical system, the spectral composition of which is not the same in different intermediate images, and the position of the elements of the optical image on the receiving surface of the image receiver is not the same for of these various spectral compositions of radiation.
Приёмник изображения, предпочтительно, является монохроматическим.  The image receiver is preferably monochromatic.
Промежуточные изображения, предпочтительно, связаны со светочувствительными элементами приёмника изображений через нормирование гистограмм в устройстве обработки с целью компенсации взаимного несоответствия гистограмм промежуточных изображений вследствие отличий в световом потоке от источника света, коэффициенте отражения от регистрируемого объекта, пропускании оптической системы и чувствительности приёмника изображения для различных спектральных составов излучения.  Intermediate images are preferably associated with the photosensitive elements of the image receiver through the normalization of histograms in the processing device in order to compensate for the mismatch between the histograms of the intermediate images due to differences in the light flux from the light source, reflection coefficient from the recorded object, transmission of the optical system and the sensitivity of the image receiver for different spectral radiation compositions.
Между поверхностью считывания и приёмником изображения система, предпочтительно, содержит преломляющую поверхность, несимметричную по отношению к оптическому лучу, соединяющему центры предмета и изображения. В другом варианте часть оптической системы, формирующая действительное изображение поверхности считывания, может обладать хроматизмом увеличения, достаточным для осуществления необходимого взаимного смещения промежуточных изображений разного спектрального состава.  Between the reading surface and the image receiver, the system preferably comprises a refractive surface that is asymmetrical with respect to the optical beam connecting the centers of the object and the image. In another embodiment, the part of the optical system that forms the actual image of the reading surface may have an increase in chromatism sufficient to effect the necessary mutual displacement of intermediate images of different spectral composition.
Спектральный состав рабочего излучения, предпочтительно, лежит в диапазоне от 380 до 1200 нанометров.  The spectral composition of the working radiation preferably lies in the range from 380 to 1200 nanometers.
Угол считывания i, предпочтительно, превышает угол полного внутреннего отражения для материала, из которого изготовлен элемент, задающий положение поверхности считывания. The reading angle i preferably exceeds the angle of total internal reflection for the material of which the element is made, specifying the position of the reading surface.
Устройство обработки, приёмник изображения и источник света, предпочтительно, связаны электрически для обеспечения синхронизации периода считывания промежуточных изображений с периодом излучения требуемого спектрального состава.  The processing device, the image receiver and the light source are preferably electrically coupled to provide a synchronization of the reading period of the intermediate images with the radiation period of the desired spectral composition.
Результат изобретения  Result of invention
Техническим результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, заключается в снижении стоимости, повышении надёжности, обеспечении высокого качества изображения, малых габаритных размеров, высокого быстродействия и пониженного энергопотребления системы регистрации папиллярных узоров.  The technical result provided by the given set of features is to reduce cost, increase reliability, ensure high image quality, small overall dimensions, high speed and low power consumption of the papillary pattern registration system.
Осуществление изобретения  The implementation of the invention
Пример осуществления изобретения может быть показан на основе схемы, приведённой на фиг. 3. Источник света, представляющий собой световую панель 1, способную излучать в двух спектральных диапазонах благодаря использованию двух типов светодиодов с доминантными длинами волн излучения 470 и 525 нанометров, попеременно и синхронно с импульсами вспышки от камеры, содержащей приёмник изображения, излучает в одном из этих дипазонов в направлении равнобедренной прямоугольной призмы 2 из оптически прозрачного материала. Пройдя входную катетную грань призмы 21, свет попадает под углом полного внутреннего отражения на гипотенузную грань 3, задающую собой поверхность считывания папиллярного узора. На этой поверхности располагают регистрируемый объект, такой, например, как папиллярные линии пальца или ладони руки. В местах, соответствующих выступам папиллярного узора, световой поток от источника света частично поглощается регистрируемым объектом, в остальных зонах он полностью отражается гипотенузной гранью призмы. Таким образом световой поток становится носителем изображения регистрируемого папиллярного узора. Далее свет проходит через выходную катетную грань 22 призмы, плоскопараллельную пластину 30, коллектив 4, отражается на зеркале 5 и попадает в объектив 6. Объектив формирует изображение регистрируемого объекта на светочувствительной поверхности 9 монохроматической камеры, построенной на матрице транзисторов металл-оксид-полупроводник. Причём на один светочувствительный элемент приходится 1,5 элемента требуемого разрешения на регистрируемом объекте, а изображения для двух излучаемых спектральных диапазонов взаимно смещены на приёмной поверхности на величину, соответствующую 0,5 от размера элемента требуемого разрешения. Данное смещение достигается за счёт дисперсии на плоскопараллельной пластине 30, заклонённой по отношению к оптической оси. Лучи различных длин волн преломляются на поверхности 31 под разными углами и, как следствие, достигают поверхности 32 в разных точках. После преломления на поверхности 32 лучи разных длин волн взаимно параллельны и взаимно смещены. Элементы оптической системы и приёмник изображения жёстко закреплены на едином корпусе. Камера формирует цифровое изображение регистрируемого объекта в виде массива значений интенсивности, связанных со световым потоком, попавшим на соответствующий светочувствительный элемент, и передаёт его через интерфейс USB в память 10 компьютера с процессором 11. Таким образом происходит передача двух промежуточных изображений, причём первое промежуточное изображение считывается камерой во время излучения света с доминантной длиной волны 470 нм, а второе— во время излучения света с доминантной длиной волны 525 нм. Далее значения интенсивностей элементов второго изображения нормируются компьютерной программой для обеспечения взаимного соответствия гистограмм первого и второго изображений. Отступление от такого соответствия вызвано различием в световом потоке от источника света, коэффициенте отражения от регистрируемого объекта, пропускании оптической системы и чувствительности приёмника изображения для различных спектральных составов излучения. Из полученных двух промежуточных изображений формируется одно выходное изображение. Для этого компьютерная программа комбинирует значения интенсивностей элементов, пересекающих одну и ту же область на изображении регистрируемого объекта. Принцип такого комбинирования для участка изображения показан на фиг. 4. Пусть для получения выходного изображения зоны А на регистрируемом объекте были сформированы два взаимно смещённых по вертикали изображения с доминантными длинами волн 470 иAn example embodiment of the invention can be shown based on the circuit shown in FIG. 3. A light source, which is a light panel 1, capable of emitting in two spectral ranges due to the use of two types of LEDs with dominant radiation wavelengths of 470 and 525 nanometers, alternately and synchronously with the flash pulses from a camera containing an image receiver, emits in one of these ranges in the direction of an isosceles rectangular prism 2 of optically transparent material. Having passed the input side of the prism 21, light enters at the angle of total internal reflection on the hypotenuse face 3, which defines the reading surface of the papillary pattern. A registered object, such as, for example, papillary lines of a finger or palm of a hand, is placed on this surface. In places corresponding to the protrusions of the papillary pattern, the luminous flux from the light source is partially absorbed by the registered object, in other zones it is completely reflected by the hypotenuse face of the prism. Thus, the luminous flux becomes the image carrier of the registered papillary pattern. Further, the light passes through the output cathete face 22 of the prism, plane-parallel the plate 30, the collective 4, is reflected on the mirror 5 and hits the lens 6. The lens forms an image of the recorded object on the photosensitive surface 9 of the monochromatic camera, built on a metal-oxide-semiconductor transistor matrix. Moreover, one photosensitive element accounts for 1.5 elements of the required resolution on the registered object, and the images for two emitted spectral ranges are mutually offset on the receiving surface by an amount corresponding to 0.5 of the size of the element of the required resolution. This displacement is achieved due to the dispersion on a plane-parallel plate 30, inclined with respect to the optical axis. Rays of different wavelengths are refracted on the surface 31 at different angles and, as a result, reach the surface 32 at different points. After refraction on surface 32, the rays of different wavelengths are mutually parallel and mutually offset. The elements of the optical system and the image receiver are rigidly mounted on a single housing. The camera generates a digital image of the recorded object in the form of an array of intensity values associated with the light flux incident on the corresponding photosensitive element, and transfers it via USB to the memory 10 of the computer with processor 11. Thus, two intermediate images are transmitted, and the first intermediate image is read camera during the emission of light with a dominant wavelength of 470 nm, and the second during the emission of light with a dominant wavelength of 525 nm. Further, the intensities of the elements of the second image are normalized by a computer program to ensure the mutual correspondence of the histograms of the first and second images. The deviation from this correspondence is caused by the difference in the luminous flux from the light source, the reflection coefficient from the recorded object, the transmission of the optical system and the sensitivity of the image receiver for different spectral compositions of the radiation. From the obtained two intermediate images, one output image is formed. For this computer program combines the values of the intensities of the elements crossing the same area in the image of the registered object. The principle of this combination for the image section is shown in FIG. 4. Suppose that two mutually shifted vertical images with dominant wavelengths of 470 and
525 нм, соответствующих зонам В и С на регистрируемом объекте, которые совпадают в горизонтальном направлении с зоной А. Метками А1, В1, CI, А2,525 nm, corresponding to zones B and C on the registered object, which coincide in the horizontal direction with zone A. Labels A1, B1, CI, A2,
В2, С2 и т. д. обозначены элементы регистрируемого объекта, соответствующие элементам разрешения соответствующего изображения.B2, C2, etc., the elements of the registered object corresponding to the resolution elements of the corresponding image are indicated.
Легко видеть, что значение интенсивности элемента В1 соответствует сумме значения интенсивности элемента А1 и 0,5 значения интенсивности элементаIt is easy to see that the value of the intensity of the element B1 corresponds to the sum of the values of the intensity of the element A1 and 0.5 values of the intensity of the element
А2. Кроме того, значение интенсивности элемента С1 соответствует сумме 0,5 значения интенсивности элемента А1 и значения интенсивности элемента А2.A2. In addition, the intensity value of element C1 corresponds to a sum of 0.5 of the intensity value of element A1 and the intensity value of element A2.
Т.е. получаем систему двух уравнений с двумя неизвестными: Those. we get a system of two equations with two unknowns:
А1 +0,5 А2=В1  A1 +0.5 A2 = B1
0,5 -А1 +А2=С1 ' 0.5 -A1 + A2 = C1 '
Решая эту систему получаем значения интенсивностей А1 и А2 выходного изображения:  Solving this system, we obtain the intensities A1 and A2 of the output image:
А 1 _ В1 -0,5 С1 A 1 _ B1 -0.5 C1
0,75  0.75
А2=С1 -0,5 А1  A2 = C1 -0.5 A1
Далее, АЗ=В2-0,5 А2 .  Further, AZ = B2-0.5 A2.
Подобным образом могут быть вычислены значения интенсивностей для всех элементов выходного изображения.  In a similar way, intensity values for all elements of the output image can be calculated.
Заявителем были изготовлены образцы сканеров папиллярного узора, реализующими настоящее изобретение. Экспериментальные данные подтвердили, что при осуществлении комбинирования взаимно смещённых изображений разного спектрального состава возможно построение системы регистрации папиллярных узоров, соответствующей стандарту FBI EBTS Appendix F, с применением приёмника изображений с меньшим, чем количество элементов выходного изображения, количеством светочувствительных элементов. The applicant has made samples of papillary pattern scanners that implement the present invention. The experimental data confirmed that when combining mutually displaced images of different spectral composition, it is possible to build a papillary pattern registration system that meets the FBI EBTS Appendix F standard using an image receiver with a smaller than the number of elements of the output image, the number of photosensitive elements.
Применение светочувствительной площадки малого размера привело к относительно низкой стоимости приёмника изображения и меньшему энергопотреблению. Формирование выходного изображения увеличенного разрешения и нормирование гистограмм промежуточных изображений позволило обеспечить высокое качество изображения. Также из-за малых размеров светочувствительной поверхности фокусное расстояние объектива значительно, по сравнению с ближайшим аналогом, сократилось, что привело к уменьшению габаритов системы и стоимости объектива. В системе отсутствуют подвижные элементы, что приводит к повышению, по сравнению с ближайшим аналогом, быстродействия и надёжности системы.  The use of a small photosensitive area has led to a relatively low cost of the image receiver and lower power consumption. The formation of the output image with increased resolution and the normalization of histograms of intermediate images made it possible to ensure high image quality. Also, due to the small size of the photosensitive surface, the focal length of the lens was significantly reduced compared to the closest analogue, which led to a decrease in the size of the system and the cost of the lens. There are no moving elements in the system, which leads to an increase, in comparison with the closest analogue, in the speed and reliability of the system.
Краткое описание чертежей  Brief Description of the Drawings
Уровень техники и сущность изобретения поясняется чертежами.  The prior art and the invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображена типичная схема построения системы регистрации папиллярных узоров.  In FIG. 1 shows a typical construction scheme for the registration of papillary patterns.
На фиг. 2 показано расположение кристаллов приёмника изображения с количеством светочу вствительных элементов 7216 по горизонтали и 5412 по вертикали на пластине диаметром 150 мм при различных размерах светочувствительных элементов. На фиг. 2а показаны кристаллы с размером элементов 6,8 микрометра, на на фиг. 26 изображены кристаллы с размером элементов 1,4 микрометра.  In FIG. Figure 2 shows the location of the crystals of the image receiver with the number of light-sensitive elements 7216 horizontally and 5412 vertically on a plate with a diameter of 150 mm for various sizes of photosensitive elements. In FIG. 2a shows crystals with an element size of 6.8 micrometers, in FIG. 26 shows crystals with an element size of 1.4 micrometers.
На фиг. 3 изображена схема осуществления системы регистрации папиллярных узоров, построенная на мультидиапазонном источнике света и использующая комбинирование взаимно смещённых промежуточных изображений разного спектрального состава для получения выходного изображения большего разрешения.  In FIG. 3 shows a diagram of an implementation of a papillary pattern registration system built on a multi-band light source and using a combination of mutually offset intermediate images of different spectral composition to obtain a higher resolution output image.
На фиг. 4 изображена схема комбинирования взаимно смещённых промежуточных изображений разного спектрального состава для получения выходного изображения большего разрешения.  In FIG. 4 shows a scheme for combining mutually offset intermediate images of different spectral composition to obtain a higher resolution output image.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Система регистрации папиллярных узоров, содержащая источник света, формирующий рабочее излучение, элемент, задающий положение поверхности считывания папиллярного узора, оптическую систему, считывающую изображение этой поверхности под углом i к её нормали, многоэлементный приёмник изображения, электронную память для хранения изображений и устройство обработки, отлич аю щая ся тем , что в электронной памяти выходное изображение поверхности считывания папиллярного узора связано электрически не менее чем с двумя промежуточными изображениями меньшего, чем выходное, разрешения через комбинирование, в устройстве обработки, значений интенсивности между элементами промежуточных изображений, пересекающими в разных промежуточных изображениях одну и ту же область изображения поверхности считывания, а каждое из промежуточных изображений связано электрически со светочувствительными элементами приёмника изображения, которые связаны оптически с источником излучения и поверхностью считывания папиллярного узора через сформированное оптической системой изображение поверхности считывания, причём угол считывания i и спектральный состав рабочего излучения обеспечивают разность светового потока в направлении считывания для выступов и впадин папиллярного узора, спектральный состав излучения неодинаков в различных промежуточных изображениях, а положение элементов оптического изображения на приёмной поверхности приёмника изображения неодинаково для этих различных спектральных составов излучения.  1. The registration system of papillary patterns, containing a light source that generates working radiation, an element that sets the position of the reading surface of the papillary pattern, an optical system that reads the image of this surface at an angle i to its normal, a multi-element image receiver, an electronic memory for storing images, and a processing device characterized in that in electronic memory the output image of the reading surface of the papillary pattern is electrically connected to at least two intermediate images less than the output resolution through the combination in the processing device, the intensity values between the elements of the intermediate images intersecting in different intermediate images the same region of the image of the reading surface, and each of the intermediate images is connected electrically to the photosensitive elements of the image receiver, which are connected optically with a radiation source and a reading surface of a papillary pattern through an image formed on top of the optical system readings, and the reading angle i and the spectral composition of the working radiation provide a difference in the light flux in the reading direction for the protrusions and depressions of the papillary pattern, the spectral composition of the radiation is not the same in different intermediate images, and the position of the optical image elements on the receiving surface of the image receiver is not the same for these different spectral radiation compositions.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что приёмник изображения является монохроматическим.  2. The system according to claim 1, characterized in that the image receiver is monochromatic.
3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что промежуточные изображения связаны со светочувствительными элементами приёмника изображений через нормирование гистограмм в устройстве обработки с целью компенсации взаимного несоответствия гистограмм промежуточных изображений вследствие отличий в световом потоке от источника света, коэффициенте отражения от регистрируемого объекта, пропускании оптической системы и чувствительности приёмника изображения для различных спектральных составов излучения. 3. The system according to claim 1, characterized in that the intermediate images are associated with the photosensitive elements of the image receiver through the normalization of the histograms in the processing device in order to compensate for the mutual inconsistency of the intermediate histograms images due to differences in the luminous flux from the light source, the reflection coefficient from the registered object, the transmission of the optical system and the sensitivity of the image receiver for various spectral compositions of radiation.
4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что между поверхностью считывания и приёмником изображения система содержит преломляющую поверхность, несимметричную по отношению к оптическому лучу, соединяющему центры предмета и изображения.  4. The system according to claim 1, characterized in that between the read surface and the image receiver, the system comprises a refractive surface that is asymmetric with respect to the optical beam connecting the centers of the object and the image.
5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что часть оптической системы, формирующая действительное изображение поверхности считывания, обладает хроматизмом увеличения, достаточным для осуществления необходимого взаимного смещения промежуточных изображений разного спектрального состава.  5. The system according to claim 1, characterized in that the part of the optical system that forms the actual image of the read surface has an increase in chromatism sufficient to effect the necessary mutual displacement of intermediate images of different spectral composition.
6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что спектральный состав рабочего излучения лежит в диапазоне от 380 до 1200 нанометров.  6. The system according to claim 1, characterized in that the spectral composition of the working radiation lies in the range from 380 to 1200 nanometers.
7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что угол считывания i превышает угол полного внутреннего отражения для материала, из которого изготовлен элемент, задающий положение поверхности считывания.  7. The system according to claim 1, characterized in that the reading angle i exceeds the angle of total internal reflection for the material from which the element specifying the position of the reading surface is made.
8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство обработки, приёмник изображения и источник света связаны электрически для обеспечения синхронизации периода считывания промежуточных изображений с периодом излучения требуемого спектрального состава.  8. The system according to claim 1, characterized in that the processing device, the image receiver and the light source are electrically coupled to ensure synchronization of the reading period of the intermediate images with the radiation period of the desired spectral composition.
PCT/RU2013/000145 2012-05-21 2013-02-22 Papillary ridge pattern registration system WO2013176573A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012121627/08A RU2484524C1 (en) 2012-05-21 2012-05-21 System for recording papillary patterns
RU2012121627 2012-05-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013176573A1 true WO2013176573A1 (en) 2013-11-28

Family

ID=48785847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000145 WO2013176573A1 (en) 2012-05-21 2013-02-22 Papillary ridge pattern registration system

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2484524C1 (en)
WO (1) WO2013176573A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3264328A1 (en) * 2016-06-27 2018-01-03 Samsung Electronics Co., Ltd Biometric sensor and electronic device comprising the same

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016118050A1 (en) * 2015-01-23 2016-07-28 Антон Сергеевич ПРЫТКОВ Compact system for registering papillary ridge patterns
RU2597465C2 (en) * 2015-01-23 2016-09-10 Антон Сергеевич Прытков Compact papillary picture recording system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5859420A (en) * 1996-02-12 1999-01-12 Dew Engineering And Development Limited Optical imaging device
US6928195B2 (en) * 2000-12-18 2005-08-09 Cross Match Technologies, Inc. Palm scanner using a programmable nutating mirror for increased resolution
RU78656U1 (en) * 2008-07-07 2008-12-10 Закрытое акционерное общество "СОНДА Технолоджи" DEVICE FOR PAPILLARY PATTERN REGISTRATION
RU2364935C2 (en) * 2007-07-24 2009-08-20 Общество с ограниченной ответственностью ООО "Юник Ай Сиз" Fingerprinting (scanner) device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5859420A (en) * 1996-02-12 1999-01-12 Dew Engineering And Development Limited Optical imaging device
US6928195B2 (en) * 2000-12-18 2005-08-09 Cross Match Technologies, Inc. Palm scanner using a programmable nutating mirror for increased resolution
RU2364935C2 (en) * 2007-07-24 2009-08-20 Общество с ограниченной ответственностью ООО "Юник Ай Сиз" Fingerprinting (scanner) device
RU78656U1 (en) * 2008-07-07 2008-12-10 Закрытое акционерное общество "СОНДА Технолоджи" DEVICE FOR PAPILLARY PATTERN REGISTRATION

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3264328A1 (en) * 2016-06-27 2018-01-03 Samsung Electronics Co., Ltd Biometric sensor and electronic device comprising the same
US10776645B2 (en) 2016-06-27 2020-09-15 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Biometric sensor and electronic device comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
RU2484524C1 (en) 2013-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8170300B2 (en) Biometric image pickup apparatus
US9698191B2 (en) System and method to extend near infrared spectral response for imaging systems
US10342417B2 (en) Image-capturing element
US9972651B2 (en) Spectrum-inspection device
US6987259B2 (en) Imaging system with an integrated source and detector array
US20190019025A1 (en) Image pickup apparatus,authentication apparatus, and image pickup method
WO2021077406A1 (en) Fingerprint recognition apparatus and electronic device
WO2013176573A1 (en) Papillary ridge pattern registration system
KR100651740B1 (en) Sensor of recognizing finger print using micro lens
US9104900B2 (en) Ridge pattern recording system
US10657354B2 (en) Compact system for registering papillary ridge patterns
JP2014010428A (en) Line illumination apparatus
JP2023538624A (en) image acquisition system
TWM607420U (en) Under-screen fingerprint sensing module and electronic device
ES2926784T3 (en) Compact system for recording papillary ridge patterns
CN116699748B (en) Super-surface light-splitting module, image sensor, lens module and electronic equipment
BR112017013669B1 (en) COMPACT SYSTEM FOR RECORDING PAPILLARY CREST PATTERNS
RU46914U1 (en) FINGERPRINT REGISTRATION DEVICE (OPTIONS)
WO2008008000A1 (en) Fingerprint recording device
RU2011129631A (en) I / O LENS, LIGHTING DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE
JP2003308518A (en) Image sensor module

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13794065

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS (EPO FORM 1205N DATED 04-05-2015)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13794065

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1