DE3017160C2 - Verfahren zur Aufzeichnung von Bilddetails und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung einer Person mittels optoelektronischer Abtastung der Hand, wobei durch eine Rasterabtastung der Handfläche analoge Signale erzeugt werden, die der auf dem jeweils abgetasteten Flächenteil herrschenden Licht intensität proportional sind und wobei aus den analogen Signalen eine digitale Aufzeichnung der Bilddetails zur Identifizierung erzeugt wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche mit einer Rasterabtast- und Aufzeichnungsvorrichtung für die Erfassung der von der Fläche einer Hand ausgehenden Strahlen, und mit einem der Rasterabtast- und Aufzeichnungsvorrichlung nachgeschalteten Speicher sowie mit einer Steuereinrichtung.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise aus der DE-OS 28 31 582 derselben Anmelderin bekannt. Der Schrift ist jedoch nicht zu entnehmen, auf welche Weise die Lichtintensität erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Verbesserung der analogen Signale die nachfolgende Signalverarbeitung und Identifizierung wesentlich vereinfacht.

Es ist auf einem anderen technischen Gebiet, wie beispielsweise aus der US-PS 41 52 723 hervorgeht, bekanntgeworden, die Oberfläche von Platinen für elektronische Schaltungen, welche ein Muster metallischer Leiter auf einem Isolierstoffkörper aufweisen, mit einem Lichtstrahl derart gerastert abzutasten, daß die Oberfläche des lsoiierstoffkörpers aufgrund der genügend hohen Lichtstrahlenergie beim Auftreffen des Lichtstrahles zur Fluoreszenz angeregt wird, wogegen die metallisehen Leiter aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften nicht fluoreszieren. Die Aussendung von Fluoreszenz wird geeignet nachgewiesen und ergibt daher ein Abbild der Gesamtoberfläche bei dem Leiter als »dunkle«, d. h. nicht fluoreszierende Stellen erkennbar werden.

Im Gegensatz hierzu besteht die Oberfläche einer menschlichen Hand nicht aus zwei Materialien unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften, sondern ist eine lebende organische, relativ homogene Substanz, nämlich Haut.

Die Erfindung steht unter der Aufgabe, das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, daß auf optische Weise die für eine Identifizierung charakteristischen Merkmale einer menschlichen Hand hervorgehoben werden, um den Aufwand für die nachfolgende elektronische Auswertung der abgetasteten Handfläche verringern zu können.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der abzutastende Flächenbereich gleichzeitig einer hinreichend energiereichen Strahlung ausgesetzt wird, die den Flächenbereich zumindest in Teilbereichen zur Emission sichtbarer Strahlung anregt, und daG die Strahlung unter einem Winkel derart auf die Hand gerichtet ist. daß bestimmte Bereiehe auf der Handfläche gegen die Strahlung abgeschattet sind. Die interessierenden charakteristischen Merkmale sind das Handflächenmuster, bei dem infolge der Aufstrahlung unter einem Winkel die Vertiefungen im Schatten liegen und so in überraschender Weise trotz

bo der Homogenität der Haut der Effekt der Fluoreszenz genutzt werden kann.

Infolge der Aufstrahlung findet daher die gewünschte Selektion wesentlicher Bildelcmentc statt. Die optoelektronische Abtastung kann hierbei unverändert blci-

h^r) ben, insbesondere eine beliebige Kamera verwendet werden, die optisch oder ein Ladungsbild empfängt und in analoge Signale entsprechend den Lichtintensitätsuntcrscliicden umwandelt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die auf die Räche der Hand geworfene Strahlung im ultravioletten Bereich liegt und daß das emittierte Licht im sichtbaren Bereich durch Fluoreszenz oder Phosphoreszenz ecüieht Optoelektronisch wird dann die Strahlung im sichtbaren Bereich aufgenommen.

Wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die energiereiche Strahlung unter einem Winkel von weniger als 45° auf die Fläche der Hand geworfen, ergibt sich ein vorteilhaft großer Intensitätsunterschied der sichtbare Strahlung emittierenden Teilbereiche von den abgeschatteten Bereichen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dauert die Bestrahlung der Hand etwa eine Millisekunde. Die Strahlung kann also kurzzeitig, etwa als Blitz oder Blitzfolge, appliziert werden. Aufgrund des Nachleuchtens verbleibt genügend Zeit für die Aufnahme durch eine Kamera.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Strahlenquelle für ultraviolette Strahlung jeweils unter einem gleichbleibenden Winkel auf die Hand ausgerichtet ist, daß die Rasterabtast- und Aufzeichnungsvorrichtung gegenüber der Handfläche unter einem rechten Winkel angeordnet ist, und mit dem Speicher und mit der Steuereinrichtung verbunden ist Hierdurch werden standardisierte Bedingungen geschaffen, wie sie für Identifizierungszwecke besonders vorteilhaft sind, und gleichzeitig die charakteristischen Merkmale deutlich hervorgehoben.

Wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß zwischen der Strahlenquelle für die ultraviolette Strahlung und der Fläche der Hand ein erstes Filter mit einer Durchlässigkeit von 350 bis 400 Nanometern und zwischen der Fläche der Hand und der optischen Rasterabtast- und Aufzeichnungsvorrichtung ein zweites Filter mit einer Durchlässigkeit zwischen 450 bis 500 Nanometern angeordnet ist, so wird durch die Trennung von aufgestrahlter und emittierter Strahlung in vorteilhafter Weise erreicht, daß keine Beeinflussung der Aufzeichnungsvorrichtung durch die energiereiche aufgestrahlte Strahlung erfolgt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der nahe der Fläche der Hand ein Spiegel zur Reflexion der ultravioletten Strahlung auf die Hand angeordnet ist. Hierdurch wird die ultraviolette Strahlung besser ausgenutzt und damit die Emission verbessert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eins zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein schematischcs Blockschaltbild una

Fig. 2 einen Schnitt durch die Oberfläche eines Objektes, auf das unter einem schrägen Winkel Strahlungsenergie auftrifft.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Idcntifikaiionssystems mit einer Anordnung zur optischen Hervorhebung von Bilddetails dargestellt.

Das Identifikationssystem 10 besteht aus einer Kamera 12, mit deren Hilfe die Bilddetails aufgezeichnet werden. Die Kamera selbst kann eine Videoauf/.eichnungskamera oder ein Bildsensor mit Halbleitern sein, der auf ein Ladungsbild anspricht, beispielsweise eine Fairchild-Kamera CCD 202. Eine solche Kamera rasten ein Bild und gibt ein analoges elektrisches Signal ab, das den Strahlungsunterschieden entspricht, die von einem Bild innerhalb jeder horizontalen Abtastung gewonnen werden. An die Kamera schließt sich eine Erhöhungsschaltung 14 an, die aus einer üblichen Differenzierungsschaltung bestehen kann. Eine solche Schaltung besteht aus einer Serienkapazität und einen: Nebenschlußwiderstand. Diese Glieder dienen dazu, eine elektrische Erhöhung oder Steigerung der aufgezeichneten Bilddetails zu besorgen, falls eine solche elektrische Steigerung notwendig ist oder gewünscht wird. Das Analog-Signal, entweder elektrisch verstärkt oder direkt von der Kamera übernommen, wird von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 16 quantifiziert, um numerische Digitaldaten zu erzeugen, die den verschiedenen, quantifizierten Spannungsänderungen entsprechen. Für diesen Zweck sind mannigfaltige Analog-Digital-Umsetzer bekannt

Das quantifizierte oder »digitalisierte« Signal wird dann in einem Bildspeicher 20 Zeile für Zeile so gespeichert, wie das Bild abgetastet worden ist, so daß ein vollständiges, digitalisiertes Bild gespeichert werden kann. Eine solche Speichereinheit umfaßt 10 000 oder mehr adressierbare Speicherelemente.

Ein Datenerkennungs-Analysator 22 ist anschließend vorgesehen, um eine elementenweise Analyse des in der Bildspeichcreinheit 20 gespeicherten Bildmusters zu ermöglichen. Der Datenerkennungs-Analysator 22 besteht aus einer Anzahl von »Read-only-memories« (ROM) mit deren Hilfe spezifische logische Schritte für eine Analysierung jeden Speicherelementes unter Programmsteuerung so vorgenommen werden können, daß die Daten hierbei nicht verändert oder zerstört werden. Dies geschieht, um die herausragenden Bilddetails aufzugreifen und sie dann nach ihrer Gewichtung zu ordnen. Die stärker gewichteten Details des Bildes werden dann in einem Datenspeicher 24 abgelegt, der aus jedem beliebigen, für eine dauernde Speicherung geeigneten Speichermedium bestehen kann, beispielsweise aus magnetischen Disketten, Bändern, Kassetten oder Karten. Die Daten lassen sich später auf Befehl zu Identifikationszwecken wiederauffinden.

Der Identitätsvergleich wird von einer Identitäts-Testschaltung 26 vorgenommen, die eine frühere Bildinformation, so wie sie im Datenspeicher 24 abgelegt ist, mit einer neuaufgenommenen Bildinformation, welche in den Bildspeicher 20 eingeleser. wurde, vergleicht. Die Identifikations-Testschaltung 26 besteht gleichfalls aus ROMs, die zu spezifischen logischen Schritten für den Vergleich unter einer Programmsteuerung fähig sind. Zusätzlich kann der Datenerkennungs-Analysator 22 aufgerufen werden, um die als hervorragend gewichteten Details herauszusuchen, die für die Originaldaten-Akquisition abgelegt worden sind. Von der Identifikations-Testschaltung 26 wird die Entscheidung getroffen, ob eine wesentliche Übereinstimmung zwischen den gespeicherten Erkennungsdaten und den neuaufgenommenen Mustern vorhanden ist. Dadurch entsteht ein Ausgangssignal, das an eine Auswcrtschaltung 30 angelegt wird, mit deren Hilfe das neu aufgenommene Bildmuster in der Weise qualifiziert wird, daß es angenommen oder zurückgewiesen wird. In Übereinstimmung

b<> hiermit besteht die Auswertschaltung 30 aus entsprechenden elektromechanischen Gliedern zur Steuerung von Türöffnern oder optischen oder akustischen Anzeigen.

Eine Prozeß- und Steuerschaltung 34 ist vorgesehen,

M um die Aufnahme und Aufnahmesequenz der Kamera zu steuern und um die einzelnen Schaltungen des ganzen Identifikationssystems 10 aufeinander abzustimmen. Diese Steuerschaltung 34 ist im wesentlichen ein

Minicomputer oder ein Mikroprozessor. Sowohl ein Minicomputer als auch ein Mikroprozessor haben sich in Prototypen der vorliegenden Erfindung bewährt und für die praktische Anwendung wird zwcckmäßigcrwcise ein Mikroprozessor vorgesehen werden. Insgesamt besteht das Identifikationssystem 10 aus solchen Elementen, wie sie aus der DE-OS 28 31 582.4 der selben Anmelderin bekannt sind.

Vor der Kamera findet eine Hervorhebung auf optische Weise, der für eine Identifizierung wesentlichen Merkmale statt. Diese stützt sich auf die Ausnutzung der fluoreszierenden und phosphoreszierenden Eigenschaften der Handfläche einer menschlichen Hand. Die Hand wird in eine bestimmte Stellung gebracht, beispielsweise illii Hilfe einer hier nicht dargestellten ge- is eigneten Handrückenauflage. Auf diese Weise wird die Hand für wiederholbare Aufzeichnungen in die richtige Position gebracht, und zwar derart, daß die Handfläche sowohl einer ultravioletten Strahlungsquelle 40 als auch der Kamera 12 zugewandt ist. Die Handfläche wird so 2» ausgerichtet, daß gegenüber der ultravioletten Strahlungsquelle 40 ein spitzer Winkel entstehl, während die Handfläche zugleich gegenüber der Kamera 12 aus Gründen, die nachstehend noch näher erläutert werden, einen rechten Winkel einnimmt. Das Identifikationssystern 10 kann durch eine von vielen möglichen Methoden ausgelöst werden. Beispielsweise können die Daten der zu identifizierenden Person mit einem Identitätscode über eine Tastatur eingegeben werden oder es kann eine magnetische Identifikationskarte in einen Kartenleser eingesteckt werden. Nach der Auslösung des Identifikationssystems startet die Steuerschaltung 34 ihre vorher festgelegte Identifikationssequenz. Zunächst wird die ultraviolette Strahlungsquelle 40 eingeschaltet, von der ein ultravioletter Blitz oder eine Biitzfolge von Strahlungsenergie ausgeht, und zwar in Richtung auf die Handfläche. Während der ultravioletten Anregung oder kurz darauf emittiert die Handfläche sichtbares Licht für einen kurzen Augenblick, in welchem Bilddetails deutlich werden. Diese beziehen sich vorzugsweise auf die Handlinien, die infolge von Fluoreszenz und Phosphoreszenz sichtbar werden.

Diese Änderungen der Lichtstärke, die von den höchsten Erhebungen der Handlinien unter Lumineszenz emittiert werden, lassen sich leicht mit den Variationen 4^r> der Lichstärke vergleichen, die von den Riefen und benachbarten Bereichen ausgesandt werden. Hierbei ist anzumerken, daß die Linien selbst praktisch als dunkle Linien gegen die helleren benachbarten Bereiche abstechen. Es wird angenommen, daß dies daher rührt, daß die Haul der Handfläche bei geöffneter Hand gedehnt wird, wodurch die molekulare Dichte der Haut in den Handlinien gegenüber der Dichte der anderen Bereiche geringer wird, was zu der Konsequenz führt, daß entsprechend der hierbei eine Rolle spielenden quantenmechanischen Effekte verhältnismäßig weniger Atome auch weniger Strahlungsenergie absorbieren und dadurch auch weniger sichtbares Licht emittieren. Deshalb erscheinen Handliniendetails für die Kamera als dunkle Linien.

Die Blitzdauer der ultravioletten Strahlungsquelle 40 beträgt etwa eine Millisekunde. Eine typische Zeit für die Abtastung und Aufnahme durch die Kamera 12 liegt bei zehn Millisekunden.

Optische Filter 42 und 44 können vorgesehen werden. Das Filter 42 läßt Licht mit einer Wellenlänge von 350 bis 400 Nanorr>"tern durch, um sicherzustellen, daß lediglich ultraviolette Strahlen die Handfläche erreichen.

Das Filter 44 liißi Licht mit einer Wellenlänge von 450 bis 550 Nanometern durch, um sicherzustellen, daß lediglich sichtbares Licht aiii die Kamera 12 fällt.

Ein Spiegel 46 kann vorgesehen werden, um eine vollständige und ebene Abdeckung der Handfläche durch Spiegelung zu erzielen, wobei die sonst danebenzielende ultraviolette Strahlung auf die Handfläche während der Bliizperiode zurückgeworfen wird. Selbst unter dieser zurückgeworfenen Strahlung werden die vertieften Teile der Handfläche einschließlich der Handliniendetails abgeschattet.

Sobald die Handflächendetailinformation von der Kamera 12 aufgezeichnet ist, tritt das Identifikationssystem in Tätigkeit, um die gespeicherte Information mit Hilfe der Steuerung, ausgehend von der Steuerschaltung 34 zu verarbeiten, und sobald diese Verfahrensstufe erreicht ist, kann die Hand von der Auflage weggenommen werden.

Aus F i g. 2 gehl hervor, daß, sobald Licht auf ein Objekt 50 mil Erhebungen 52 und Vertiefungen 54 unter einem schrägen Winkel auftrifft, die Vertiefungen 54 nichts von dem einfallenden Licht empfangen, da sie in dieser Stellung abgeschaltet sind. Deshalb wird das Licht bevorzugt von den Erhebungen 52 reflektiert. Aus diesem Grunde wird die Handfläche vorzugsweise so zu der ultravioletten Strahlung von der Blitzstrahlenquelle 40 orientiert, daß die Oberfläche der Innenhand unter einem spitzen Winkel getroffen wird. Dies stellt sicher, daß die Handliniendetails weniger Strahlungsenergie absorbieren und daß die Bilddetails der Handfläche dadurch hervorgehoben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Identifizierung einer Person mittels optoelektronischer Abtastung der Hand, wobei durch eine Rasterabtastung der Handfläche analoge Signale erzeugt werden, die der auf dem jeweils abgetasteten Flächenteil herrschenden Lichtintensität proportional sind und wobei aus den analogen Signalen eine digitale Aufzeichnung der Biiddetails zur Identifizierung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der abzutastende Flächenbereich gleichzeitig einer hinreichend energiereichen Strahlung ausgesetzt wird, die den Flächenbereich zumindest in Teilbereichen zur Emission sichtbarer Strahlung anregt und daß die Strahlung unter einen* Winkel derart auf die Hand gerichtet ist, daß bestimmte Bereiche auf der Handfläche gegen die Strahlung abgeschattet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Fläche der Hand geworfene Strahlung im ultravioletten Bereich liegt und daß das emittierte Licht im sichtbaren Bereich durch Fluoreszenz oder Phosphoreszenz entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung unter einem Winkel von weniger als 45° auf die Fläche der Hand geworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch I oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung der Hand eine Millisekunde dauert.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche mit einer Rasterabtast- und Aufzeichnungsvorrichtung für die Erfassung der von der Fläche einer Hand ausgehenden Strahlen, und mit einem der Rasterabtast- und Aufzeichnungsvorrichtung nachgcschalteten Speicher sowie mit einer Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlenquelle (40) für ultraviolette Strahlung jeweils unter einem gleichbleibenden Winkel auf die Hand ausgerichtet ist, daß die Rasterabtast- und Aufzeichnungsvorrichtung (12) gegenüber der Handfläche unter einem rechten Winkel angeordnet ist, und mit dem Speicher (20) und mit der Steuereinrichtung (34) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Strahlenquelle (40) für die ultraviolette Strahlung der Fläche der Hand ein erstes Filter (42) mit einer Durchlässigkeit von 350 bis 400 Nanometern und zwischen der Fläche der Hand und der optischen Rasterabtast- und Aufzeichnungsvorrichtung (12) ein zweites Filter (44) mit einer Durchlässigkeit zwischen 450 bis 500 Nanometern angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß nahe an der Fläche der Hand ein Spiegel (46) zur Reflexion der ultravioletten Strahlung auf die Hand angeordnet ist.