RU2418313C2 - Высокопроизводительная система формирования изображения отпечатка пальца - Google Patents

Abstract

Заявленное изобретение относится к системам для построения оптического изображения пальцев. При этом заявленная система содержит оптический стол, имеющий поверхность приема предмета, выполненную с возможностью захвата изображения, полученного прикосновением четырех пальцев, изображения полученного прикосновением одного пальца и изображения отпечатков пальцев, полученного обкаткой. Также заявленная система содержит многоцветный источник света, размещенный для освещения поверхности приема предмета, и систему формирования цветного изображения, имеющую плоскость изображения и предусмотренную для приема света от поверхности приема предмета для формирования изображения предмета на поверхности приема предмета. При этом заявленная система содержит линзовый механизм для фокусировки света от поверхности приема предмета на плоскость изображения и для обеспечения поперечной и осевой цветовой коррекции сфокусированного света. Заявленное изобретение направлено на уменьшение искажений при формировании изображения отпечатка. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится к устройству построения изображения, используемому, например, в системах формирования изображения отпечатка пальца.

Уровень техники

Современные системы формирования изображения отпечатка пальца, использующие преобразование изображения отпечатка пальца в электронные данные, обычно применяют известный контактный метод для создания дактилоскопического узора. Топография поверхности пальца аппроксимируется рядом гребней с бороздками между ними. При наложении пальца на поверхность прозрачной оптической пластины или призмы гребни контактируют с оптической пластиной, тогда как бороздки не контактируют и вместо этого служат для формирования границ областей воздуха и/или влаги.

Палец, изображение которого нужно построить, освещается источником света, расположенным под оптической пластиной или вблизи нее. Свет формирования изображения от источника света падает на поверхность оптической пластины под углом падения, измеряемым относительно нормали к этой поверхности. Свет формирования изображения, отраженный от поверхности, регистрируется системой формирования изображения, которая включает в себя детектор того или иного рода.

Компоненты обычной системы формирования изображения отпечатка пальца ориентированы так, чтобы угол наблюдения (определенный как угол между оптической осью системы формирования изображения нормали к поверхности оптической пластины) был больше критического угла для границы раздела между поверхностью и воздухом на поверхности. Критический угол на границе раздела поверхность/воздух определяется как наименьший угол падения, при котором свет формирования изображения, падающий на границу раздела поверхность/воздух, испытывает полное внутреннее отражение (ПВО) в оптической пластине. Поэтому критический угол на границе раздела поверхность/воздух зависит от показателя преломления воздуха и оптической пластины. Другое ограничение для угла наблюдения обусловлено стремлением наблюдать изображение под наименьшим практическим углом наблюдения для снижения искажения вследствие наклона предмета. Поэтому угол наблюдения обычно выбирают близким к критическому углу, но превышающим его на границе раздела поверхность/воздух.

Система формирования изображения livescan может быть приспособлена для захвата изображений отпечатков пальцев, полученных прикосновением четырех пальцев, прикосновением одного пальца и обкаткой. Традиционные системы формирования изображения отпечатка пальца этого типа могут обеспечивать изображения с разрешением 500 пикселей на дюйм (ppi). Однако желательно также обеспечивать более подробные изображения, например изображения с разрешением 1000 пикселей на дюйм.

Традиционные платформы построения изображения отпечатка пальца используют монохроматические устройства построения изображения на устройствах с зарядовой связью (ПЗС), монохроматические источники света и анаморфотную корректирующую оптику для проецирования предметной плоскости в плоскость изображения. Однако изображения и электроника ПЗС дороги. Оптические и оптомеханические устройства также дороги, и монохроматический источник света создает свет только одного цвета.

Другая платформа использует двойные малоформатные устройства построения цветного изображения на основе комплементарных металлооксидных полупроводников (КМОП) с низкой частотой кадров (около 4-5 кадров в секунду (кадр/с)), с матрицей 1,3 мегапикселя, монохроматический источник света и монохроматическую оптику. Предметная плоскость разделена, причем каждая половина проецируется в одну из пары устройств построения изображения. Однако производительность не повышается по сравнению с другими традиционными конструкциями. Низкая частота кадров также приводит к образованию артефактов, и использование монохроматического источника света ограничивает отношение сигнал-шум в синих и красных пикселях. Кроме того, сравнительно малое количество пикселей в устройстве построения изображения ограничивает частотно-контрастную характеристику (ЧКХ).

Другие системы livescan используют две отдельные цепи построения изображения, одну для обкатанных изображений и другую для прикосновения четырех пальцев. Применяются устройства построения изображения на ПЗС. Освещение является монохроматическим. В устройстве построения изображения для прикосновения четырьмя пальцами применяется матрица линейного преобразования на ПЗС типа CMYG (голубой-пурпурный-желтый-зеленый). В устройстве построения изображения для прикосновения четырьмя пальцами используется монохроматический источник красного света, который сильно стимулирует пурпурные и желтые пиксели, но слабо стимулирует (если вообще стимулирует) зеленые и голубые пиксели. Такую слабую производительность пикселей нужно компенсировать путем сильного выравнивания, создающего характеристику шума, зависящую от пикселей, или путем интерполяции значений сильных пикселей для создания или увеличения значений слабых пикселей. Такой подход приводит к снижению производительности. Кроме того, устройство построения изображения для прикосновения четырьмя пальцами обеспечивает низкую частоту кадров (около 4 кадр/с), приводящую к артефактам движения при движении пальцев во время формирования изображения.

В других системах используется световодная схема освещения. Однако освещаемая поверхность мала (1,6·1,5 дюймов), и система является монохроматической, используя свет длиной волны около 650 нанометров (нм). В одной такой системе применяется телецентрическая оптика предметной плоскости. В другой используется пара цилиндрических линз для обеспечения анаморфотного искажения для отображения формата предметной плоскости в формат плоскости изображения с использованием максимального количества пикселей (неквадратных пикселей). В еще одной системе используется пара призм для анаморфотного искажения изображения в вертикальной области, чтобы точно проецировать предметную плоскость в плоскость изображения для осуществления квадратных пикселей с разрешением в точности 500 пикселей на дюйм.

Раскрытие изобретения

Согласно одному аспекту изобретение предусматривает систему для построения оптического изображения предмета. Система включает в себя оптический стол, имеющий поверхность приема предмета. Многоцветный источник света предусмотрен для освещения поверхности приема предмета. Система формирования цветного изображения, имеющая плоскость изображения, предусмотрена для приема света от поверхности приема предмета для формирования изображения предмета на поверхности приема предмета. Линзовый механизм предусмотрен для фокусировки света от поверхности приема предмета на плоскость изображения и для обеспечения цветовой коррекции сфокусированного света.

Различные реализации изобретения могут включать в себя одну или несколько из следующих особенностей. Линзовый механизм включает в себя ахромат. Линзовый механизм включает в себя либо одну пару дублетов, либо одну пару дублетов и пару синглетов. Линзовый механизм в значительной степени устраняет хроматическую аберрацию. Линзовый механизм включает в себя апертуру. Система дополнительно включает в себя направляющее свет по ломаной траектории зеркало, направляющее свет от поверхности приема предмета на линзовый механизм. Система может включать в себя два направляющих свет по ломаной траектории зеркала. Свет, обеспеченный источником света, имеет длину волны от около 450 до около 650 нанометров. Система включает в себя пару устройств построения изображения на основе КМОП. Устройства построения изображения наклонены под углом к нормали. Система включает в себя устройство построения изображения на основе либо ПЗС, либо КМОП. Система создает изображения с разрешением 500 и 1000 пикселей на дюйм. Система способна захватывать, по меньшей мере, изображения отпечатков пальцев, полученные прикосновением четырех пальцев, прикосновением одного пальца и обкаткой. Источник света является источником белого; красного и зеленого; синего и зеленого; или голубого, пурпурного и зеленого; голубого, зеленого и желтого; или зеленого, желтого и пурпурного света. Источник света выбран из группы, состоящей из светодиода, люминесцентной лампы с холодным катодом и осветительного прибора на основе плазменной панели. Предметом является палец.

Согласно еще одному аспекту изобретение предусматривает систему для построения оптического изображения признаков на поверхности руки. Система включает в себя средство оптической пластины для формирования поверхности приема пальца. Средство немонохроматического источника света используется для освещения поверхности приема пальца. Средство построения цветного изображения принимает свет от поверхности приема пальца для формирования изображения пальца на поверхности приема пальца. Линзовое средство фокусирует свет от поверхности приема предмета на плоскость изображения средства построения цветного изображения и обеспечивает цветовую коррекцию сфокусированного света.

Согласно еще одному аспекту изобретение предусматривает способ построения изображения предмета. Способ содержит этап, на котором принимают предмет на поверхности приема предмета оптического стола. Поверхность приема предмета освещают многоцветным источником света. Собирают свет от поверхности приема предмета. Собранный свет подвергают цветовой коррекции и фокусируют на плоскость изображения системы формирования цветного изображения для формирования изображения предмета.

Различные реализации изобретения могут включать в себя одну или несколько из следующих особенностей. Принятым предметом является палец. Свет от источника света, освещающий оптический стол, падает на оптический стол под углом относительно нормали к поверхности приема предмета, который меньше конкретного критического угла.

Согласно еще одному аспекту изобретение предусматривает источник освещения. Источник освещения содержит светоизлучающую поверхность и светопоглощающую поверхность, расположенную, по существу, перпендикулярно к светоизлучающей поверхности. На светоизлучающей поверхности находится рассеивающая структура. Немонохроматический источник света находится рядом со светоизлучающей поверхностью.

Различные реализации изобретения могут включать в себя одну или несколько из следующих особенностей. Рассеивающая структура представляет собой матрицу микропризм. Источник света создает белый свет; красный и зеленый свет; синий и зеленый свет; голубой, пурпурный и зеленый свет; голубой, зеленый и желтый свет; или зеленый, желтый и пурпурный свет. Источник света расположен в соответствующих отражающих наконечниках, расположенных на противоположных сторонах полости, сформированной между светоизлучающей поверхностью и задней поверхностью. Задняя поверхность непрозрачна, и светоизлучающая поверхность прозрачна.

Изобретение может обеспечивать одно или несколько из следующих преимуществ. Система поддерживает захват изображения с разрешением 500 пикселей на дюйм и 1000 пикселей на дюйм для изображений пальцев, полученных прикосновением четырех пальцев, прикосновением одного пальца и обкаткой, с частотами кадров достаточно высокими, чтобы избежать артефактов. В режиме 500 пикселей на дюйм обеспечена увеличенная ЧКХ, до трех раз выше, чем в традиционных системах формирования изображения 500 пикселей на дюйм. Система, в режиме 1000 пикселей на дюйм, отвечает техническим условиям ФБР для электронной передачи отпечатков пальцев (CJIS-RS-0010) Приложение F или превосходит их на всех задающих частотах вплоть до и включая частоту, на которой дискретизация приводит к ступенчатости. Система достигает геометрической точности, превышающей требование Приложения F для режима 1000 пикселей на дюйм. Система также достигает отношения сигнал-шум, превышающего требование Приложения F. Система работает так, как если бы она была монохроматической. Однако стоимость оптики, оптомеханических устройств и электронного устройства построения изображения снижается до уровня, сравнимого с или меньшего, чем для традиционных систем формирования изображения отпечатка пальца с разрешением 500 пикселей на дюйм.

Подробное описание одного или нескольких вариантов осуществления приведено в прилагаемых чертежах и нижеследующем описании. Другие признаки, объекты и преимущества явствуют из описания и чертежей и из формулы изобретения.

Подробное описание чертежей

Фиг.1 - схематический вид сбоку в разрезе системы формирования изображения, отвечающей настоящему изобретению.

Фиг.2 - схематический вид в перспективе (без источника освещения) системы формирования изображения, показанной на фиг.1.

Фиг.3 - схема источника освещения системы формирования изображения, показанной на фиг.1.

Фиг.4 - схема системы обработки для системы формирования изображения, показанной на фиг.1.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Ввиду преимущества использования отпечатка пальца в качестве идентификатора, который невозможно забыть или потерять, сфера применения устройств построения изображения отпечатка пальца постоянно расширяется. Например, отпечаток пальца можно использовать в качестве ключа доступа.

Устройство построения изображения отпечатка пальца можно использовать для захвата изображений отпечатков пальцев, полученных прикосновением четырех пальцев, прикосновением одного пальца и обкаткой. Устройство построения изображения отпечатка пальца также можно использовать для захвата изображений ладони и всей руки. В идеале, такое устройство должно не только создавать изображения с разрешением 500 пикселей на дюйм, но также изображения с разрешением 1000 пикселей на дюйм. Оба изображения должны отвечать указанным требованиям или стандартам, например требованию технических условий ФБР для электронной передачи отпечатков пальцев (CJIS-RS-0010) Приложение F или превосходить их, на всех задающих частотах вплоть до и включая частоту, на которой дискретизация приводит к ступенчатости. Устройство построения изображения отпечатка пальца также должно поддерживать изображения с повышенным разрешением и быть совместимым с развивающимися стандартами.

Согласно фиг.1 и 2 такое(ая) устройство или система 100 построения изображения отпечатка пальца включает в себя оптическую пластину или стол 102, первичную линзу 104, систему зеркал 106, линзовую систему объектива 107, систему оптического датчика 108 и источник освещения 110. Для дальнейшего описания, направления Y и Z прямоугольной системы координат показаны на фиг.1 стрелками. Третье направление X этой прямоугольной системы координат перпендикулярно к плоскости чертежа на фиг.1.

Оптический стол 102 включает в себя поверхность приема предмета или поле 112 пальца, находящееся в верхней его части. Предмет, например палец, подлежащий идентификации, прикладывают к поверхности 112. Поверхность 112 содержит предметную плоскость системы 100.

Поле 112 пальца имеет оптически гладкую поверхность для обеспечения хорошего контакта с кожистыми гребнями пальца. Области поля пальца, граничащие с кожистыми гребнями и бороздками пальца, образуют дактилоскопический узор. Поле пальца имеет достаточные размеры для надежной идентификации дактилоскопического узора. Поверхность приема предмета достаточно велика для обеспечения достаточных размеров X-Y для изображения четырех пальцев одновременно, а также откатанных изображений отпечатков пальцев. Поверхность приема предмета в плоскости X-Y может иметь, например, около 86 миллиметров (мм) в длину (направление X) и около 66 мм в ширину (направление Y).

Оптическая пластина или призма 102 включает в себя первую боковую поверхность 114 и вторую боковую поверхность 116, наклонные относительно поля 112 пальца. Поле пальца и поверхности 114 и 116 имеют плоскую форму. Любая или обе из этих поверхностей могут иметь другие формы, например цилиндрические формы, для улучшения различных характеристик изображения отпечатка пальца.

Поверхность 114 способна принимать источник освещения для поверхности 112 предметной плоскости. Поверхность 116 является поверхностью наблюдения, через которую освещенная предметная плоскость наблюдается посредством ПВО. Поверхность 114 наклонена к полю пальца под углом 118, как показано на фиг.1. Значение угла 118 обычно выбирается для осуществления нужного освещения предметной плоскости. Поверхность 116 наклонена к полю пальца под углом 120. Поверхность 112 предметной плоскости освещается через поверхность 114 освещения призмы под углом в пределах от 25 до 40 градусов(°). Углы 118 и 120 согласно одному варианту осуществления могут составлять примерно 40 и 50° соответственно. Этот вариант осуществления представляет освещение яркого поля. Также можно использовать освещение темного поля, при котором предметная плоскость освещается под углом примерно 90°. В этом случае фрикционные гребни пальца показаны как яркий предмет на фоне темного поля. Реализация темного поля может быть предпочтительной в некоторых случаях, когда компоновка оптики требует, чтобы освещение обеспечивалось не от лицевой поверхности призмы или пластины предметной плоскости.

Первичная линза 104 располагается вне оптической пластины 102 и позади ее боковой поверхности 116. Первичная линза 104 может содержать, например, квадратную полевую линзу. Полевая линза обеспечивает телецентричность лучей на предметной плоскости. Линза направляет свет от предметной плоскости к линзовой системе объектива 107.

При наложении пальца на предметную плоскость гребневая деталь пальца наблюдается посредством технологии нарушения полного внутреннего отражения (frustrated total internal reflection) (FTIR). Оптическая пластина или призма согласно одному варианту осуществления обеспечивает принцип различения по влажности, позволяющий отличать, в соответствии с показателем преломления стекла и углом наблюдения предметной плоскости, показатель преломления кожи от показателя преломления воздуха и воды на поверхности предметной плоскости. Этот подход описан в патенте США №5416573, под названием "Apparatus For Producing Fingerprint Images Which Are Substantially Free Of Artifacts Attributable To Moisture On The Finger Being Imaged", выданном подателю данной заявки, который включен сюда посредством ссылки.

В частности, согласно одному варианту осуществления система 108 оптического датчика принимает свет от поверхности стола, где воздух и вода контактируют с этой поверхностью, но принимает значительно меньше света от участков поверхности стола, где имеет место контакт с кожей фрикционного гребня. В общем случае, различение по влажности реализуется со стеклом с высоким показателем преломления для реализации ПВО с приемлемым геометрическим искажением. Можно применять стекло с более низким показателем преломления при наличии соответствующих приспособлений для коррекции геометрического искажения и обеспечения приемлемой частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) при соответствующем более крутом угле наблюдения.

Призма может содержать стекло SF-11 (показатель преломления = 1,785), легко доступное от изготовителей высококачественного стекла. Угол наблюдения 120, согласно одному варианту осуществления, согласно вышесказанному, равен примерно 50° для осуществления различения по влажности. Можно использовать стекло с более низким показателем преломления, например стекло BK7, и предметную плоскость, наблюдаемую под меньшим углом, например под углом примерно 65°, для осуществления FTIR для кожи и воды, наложенной на предметную плоскость. Вместо этих конкретных стекол можно использовать другие прозрачные материалы, например стекло или пластик.

Система зеркал 106 содержит два направляющих свет по ломаной траектории зеркала 118 и 120. Зеркала могут быть сложены под углом около 11° для сокращения длины оптического пути. Зеркала отражают свет, как показано, с длиной волны, например, от около 450 до около 650 нм, созданный источником освещения 110.

Согласно фиг.2 линзовая система объектива 107 может содержать пару 2-дублетных ахроматов 121 и 122. Согласно этому варианту осуществления для каждого устройства построения изображения системы 108 оптического датчика существует два дублета. Объектив или ахромат 121, показанный на фиг.1, включает в себя дублетные линзы 123 и 124. Объектив или ахромат 122 также включает в себя две дублетные линзы (не показаны), имеющие аналогичную конфигурацию. Каждый 2-дублетный объектив действует как ахроматическая линза, тем самым в значительной степени устраняя хроматическую аберрацию. Таким образом, линзы объектива обеспечивают поперечную и осевую цветовую коррекцию на нужных длинах волны, например, от около 450 до около 650 нм. Линзовый механизм 107 также обеспечивает соответствующую апертурную диафрагму 126 для каждого объектива, которая задает световой пучок апертуры из лучей света формирования изображения, формирующих изображение дактилоскопического узора. Другие конфигурации линз коррекции света можно применять в линзе объектива для осуществления фокусировки изображения на плоскость изображения без цветовой аберрации, например, шестиэлементный объектив, содержащий два дублета, два синглета и апертурную диафрагму для обеспечения более высокой ЧКХ по более широкому полю зрения.

Дублеты могут быть смонтированы в бочкообразной конфигурации 127. Бочкообразная конфигурация может иметь диаметр около 1,50 дюймов и длину около 3 дюймов.

Поле (ПЗ) зрения предметной плоскости таким образом проецируется в систему 108 оптического датчика через оптику цветовой коррекции, включающую в себя направляющие свет по ломаной траектории зеркала. Конфигурация оптики является телецентрической как в предметной плоскости, так и в плоскости изображения для обеспечения обширной области высокой оптической производительности, проявляя малые пятна размытия в ПЗ для всех цветов. Вертикальное ПЗ, в различных вариантах осуществления, может составлять от около 2 до около 4 дюймов.

Согласно одному варианту осуществления система 108 оптического датчика содержит пару датчиков 128 и 130 изображения на основе КМОП. Датчики изображения являются устройствами построения цветного изображения с высокой плотностью пикселей. Применяемые датчики изображения могут представлять собой трехмегапиксельные устройства КМОП, производства Micron Semiconductor. Альтернативно, можно использовать датчики изображения с матрицей меньше или больше трех мегапикселей. Одиночные устройства построения изображения можно применять в зависимости от горизонтального поля зрения, изображение которого нужно построить, имеющегося количества пикселей по горизонтали и вертикали устройства построения изображения.

Датчик или датчики изображения обеспечивает(ют) цифровые выходные данные на частоте кадров около 12 кадров в секунду или более. Частота кадров достаточно высока для устранения артефактов. Датчики наклонены для осуществления коррекции Шеймплуга трапецеидального искажения изображения и изменения фокуса в вертикальном ПЗ, обусловленного крутым углом наблюдения. Угол наклона датчика составляет от 2 до 11° и зависит от угла наблюдения 120 предметной плоскости. Датчики могут быть наклонены согласно одному варианту осуществления под углом около 2,8° относительно оси изображения. Каждый датчик наблюдает часть полного ПЗ. Например, в иллюстрируемом варианте осуществления каждое устройство построения изображения или датчик наблюдает примерно половину полного ПЗ.

Датчик или датчики устройства построения изображения может/могут использовать матрицу линейного преобразования типа RGB (красный-зеленый-синий) или матрицу линейного преобразования типа CMYG (голубой-пурпурный-желтый-зеленый). Кроме того, вместо устройств построения цветного изображения на основе КМОП можно использовать устройства построения цветного изображения на основе ПЗС.

Согласно фиг.1 источник освещения 110 предназначен и приспособлен для освещения поля 112 пальца. Источник 110 освещения является многоцветным или немонохроматическим источником света. Источник освещения согласно одному варианту осуществления может быть источником белого света, создающего свет в диапазоне, например, от около 450 до около 650 нм. Источник освещения согласно другим вариантам осуществления может быть источником красного и зеленого; синего и зеленого; голубого, пурпурного и зеленого; голубого, зеленого и желтого; или зеленого, желтого и пурпурного света. Источник освещения может представлять собой источник излучения, например светодиод (СИД), люминесцентную трубку с холодным катодом или плазменную световую панель.

Согласно фиг.3 источник освещения может представлять собой световод 132. Световод включает в себя светопоглощающие поверхности 138, по существу, ортогональные светопоглощающей поверхности 134. Светоизлучающая поверхность 136 отделена от и, по существу, параллельна внешней светопоглощающей или задней поверхности 138. Между светоизлучающей поверхностью 136 и задней поверхностью 138 сформировано открытое пространство или полость 139.

Световод может быть выполнен из прозрачного акрила. Внешняя поверхность 138 световода, противоположная светоизлучающей поверхности, может быть матово-белой. Например, эта поверхность может быть окрашена или иметь покрытие, чтобы быть непрозрачной. Внутренние поверхности световода выполнены для обеспечения однородного освещения окрашенной поверхности.

Рассеивающая структура 140 располагается на выходной поверхности 136 световода. Рассеивающая структура рассеивает слабые неоднородности света, излучаемого с поверхности 136, и отклоняет нежелательный свет, поступающий в систему через предметную плоскость от световода. Рассеивающая структура может содержать матрицу микропризм. Матрица микропризм может представлять собой пленку Vikuiti Display Enhancement Film, доступную от 3M Corporation, St. Paul, Minnesota. Микропризматическая структура может быть нанесена путем формовки на лицевую поверхность 136 световода. Альтернативно, микропризматическая структура может быть сформирована как деталь, отдельная от поверхности 136.

Источник света, в одной конфигурации, включает в себя устройства СИД 140, смонтированные в соответствующих отражающих наконечниках 142, смонтированных на или рядом со светопоглощающими поверхностями 134 световода. Устройства 140 являются высокоэффективными (примерно 3000K) СИД. СИД создают белый свет в диапазоне, например, от около 450 до около 650 нм.

Источник освещения обеспечивает однородное освещение на поверхности 112. Это снижает объем выравнивания коэффициента усиления, которое необходимо осуществлять в ПЗ, тем самым повышая отношение сигнал-шум и гарантируя высокую контрастность серого изображения. Дополнительно, схема освещения имеет преимущество, заключающееся в том, что при этом слабо формируется остаточное изображение гребня отпечатка пальца, оставшегося на предметной плоскости 112 за счет масла или другого остатка на пальце. Таким образом, эта схема освещения обеспечивает сравнительно высокую контрастность при малом шуме.

Выходные сигналы устройства построения изображения на основе КМОП являются цифровыми, причем выходные данные соответствуют красному (R), зеленому (G) и синему (B) компонентам применяемого света. Белый свет стимулирует все компоненты RGB с равным освещением, первого порядка. Изменения второго порядка вследствие (1) различий в освещении тремя главными цветами, (2) потерь на фильтре Байера и (3) недостатков усиления каналов RGB устройства построения изображения компенсируются, прежде всего, путем нормализации дисбалансов RGB для осуществления одинаковых выходов для каждого канала в динамическом диапазоне устройств построения изображения с последующим выравниванием освещения для компенсации изменения второго порядка в профиле освещения.

Согласно фиг.4 обработка данных изображения от устройств 108 построения изображения, выведенных из поверхности 112 построения изображения, осуществляется на компьютере 150 специального назначения для обработки цифровых сигналов (DSP). Компьютер 150 принимает выходные данные 152 изображения от датчиков изображения или устройств построения изображения 128 и 130 отпечатка пальца. Эти обработанные данные изображения отвечают указанному требованию ФБР, например Приложению F технических условий ФБР. Обработанные изображения выводятся на главный компьютер (не показан) через канал 154 Firewire IEEE 1394 для сборки в запись, состоящую из набора изображений и текстовых данных. Захват 156 изображения на компьютере 150 может осуществляться с использованием методики, например, описанной в патенте США №5748766, под названием "Method and Device for Reducing Smear in Rolled Fingerprint Image", или методики, описанной в патенте США №4933976, под названием "System for Generating Rolled Fingerprint Images", выданных подателю данной заявки, которые включены сюда посредством ссылки.

Компьютер 150 также управляет, что представлено блоком управления 158, работой системы 108 оптического датчика и источника освещения 110. Оптика системы 100 формирования изображения представлена блоком 160.

Согласно другому варианту осуществления данные можно передавать на главный компьютер до обработки в окончательную форму. Затем окончательная обработка отпечатка пальца может осуществляться программными средствами или комбинированными программно-аппаратными средствами на главном компьютере.

Кроме того, необязательный ручной сканер 162 можно использовать совместно с системой 100 формирования изображения. Ручной сканер действует под управлением, блок управления 164, компьютера 150. Компьютер принимает выходные данные изображения 166 от ручного сканера 162. Ручной сканер 162 может быть наподобие описанного в патенте США №6175407, под названием "Apparatus And Method For Optically Imaging Features On The Surface Of A Hand", выданном подателю данной заявки, который включен сюда посредством ссылки.

Был описан ряд реализаций и подходов. Однако очевидно, что описанные компоненты и методики допускают различные модификации. Например, благоприятные результаты также можно получить, осуществляя этапы раскрытых способов в другом порядке или иначе комбинируя компоненты раскрытых систем, или заменяя или дополняя их другими компонентами.

Например, оптическая схема системы 100 формирования изображения может использовать только одно направляющее свет по ломаной траектории зеркало или больше двух направляющих свет по ломаной траектории зеркал. Также возможно согласно одному варианту осуществления полностью исключить направляющие свет по ломаной траектории зеркала, уменьшив переднее и заднее фокальные расстояния линзы объектива и/или упаковав оптическую систему в более длинный корпус. Линзовая система объектива может содержать некоторую комбинацию линз, отличную от пары дублетов. Например, для обеспечения более высокой ЧКХ в большем ПЗ можно использовать комбинацию из трех пар дублетов. Кроме того, с помощью устройства построения изображения можно строить изображения предметов, отличных от пальца.

Кроме того, вместо двух устройств построения изображения можно применять только одно устройство построения изображения. Можно использовать призму меньшего размера и освещать призму источником белого света на основе СИД. ПЗ можно проецировать в одно устройство построения цветного изображения на основе КМОП с высокой плотностью пикселей через оптику цветовой коррекции с уменьшенным увеличением для повышения разрешения. Вариант осуществления одного устройства построения изображения на основе КМОП также может предусматривать использование более крупной призмы с более сильным увеличением для обеспечения изображения с более низким разрешением, но в гораздо большем ПЗ. В еще одной конфигурации, рассматриваемый источник света может быть многоцветным, обеспечивая более одной длины волны света через оптику цветовой коррекции для стимуляции более одного цвета пикселя на устройстве построения изображения на основе КМОП или ПЗС. Например, устройство построения изображения типа CMYG (голубой-пурпурный-желтый-зеленый) можно эффективно осуществлять источником света, который будет стимулировать три из четырех цветов устройства построения изображения, но не все четыре. Цветовая коррекция в оптике упростится благодаря меньшему разбросу длин волны, который нужно будет поддерживать, и освещение можно будет осуществлять с помощью двуцветных СИД.

Описан ряд вариантов осуществления изобретения. Тем не менее, очевидно, что допустимы различные модификации, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения.

Claims (20)

1. Система для построения оптического изображения предмета, содержащая
оптический стол, имеющий поверхность приема предмета, выполненную с возможностью захвата по меньшей мере одного из изображения полученного прикосновением четырех пальцев, изображения полученного прикосновением одного пальца и изображения отпечатков пальцев, полученного обкаткой;
многоцветный источник света, размещенный для освещения поверхности приема предмета,
систему формирования цветного изображения, имеющую плоскость изображения и предусмотренную для приема света от поверхности приема предмета для формирования изображения предмета на поверхности приема предмета, и
линзовый механизм для фокусировки света от поверхности приема предмета на плоскость изображения и для обеспечения поперечной и осевой цветовой коррекции сфокусированного света.

2. Система по п.2, в которой линзовый механизм включает в себя либо одну пару дублетов, либо одну пару дублетов и пару синглетов.

3. Система по п.1, в которой линзовый механизм в значительной степени устраняет хроматическую аберрацию.

4. Система по п.1, в которой линзовый механизм включает в себя апертурную диафрагму.

5. Система по п.1, дополнительно включающая в себя направляющее свет по ломаной траектории зеркало, направляющее свет от поверхности приема предмета на линзовый механизм.

6. Система по п.5, в которой имеются два направляющих свет по ломаной траектории зеркала.

7. Система по п.1, в которой свет, обеспеченный источником света, имеет длину волны от около 450 до около 650 нм.

8. Система по п.1, в которой система формирования изображения дополнительно включает в себя пару устройств построения изображения на основе КМОП.

9. Система по п.8, в которой устройства построения изображения наклонены под углом к нормали к плоскости изображения.

10. Система по п.1, в которой система формирования цветного изображения включает в себя устройство построения изображения на основе либо ПЗС, либо КМОП.

11. Система по п.1, в которой создаются изображения с разрешением 500 и 1000 пикселей на дюйм.

12. Система по п.1, в которой источник света является источником белого; красного и зеленого; синего и зеленого; голубого, пурпурного и зеленого; голубого, зеленого и желтого; или зеленого, желтого и пурпурного света.

13. Система по п.1, в которой источник света выбран из группы, состоящей из светодиода, люминесцентной лампы с холодным катодом и осветительного прибора на основе плазменной панели.

14. Система по п.1, дополнительно содержащая: светоизлучающую поверхность,
светопоглощающую поверхность, по существу, перпендикулярную к
светоизлучающей поверхности,
рассеивающую структуру на светоизлучающей поверхности,
причем упомянутый многоцветный источник света расположен рядом со светоизлучающей поверхностью.

15. Система по п.14, в которой рассеивающая структура представляет собой матрицу микропризм.

16. Система по п.14, в которой источник света создает белый свет; красный и зеленый свет; синий и зеленый свет; голубой, пурпурный и зеленый свет; голубой, зеленый и желтый свет; или зеленый, желтый и пурпурный свет.

17. Система по п.14, в которой источник света расположен в соответствующих отражающих наконечниках, расположенных на противоположных сторонах полости, сформированной между светоизлучающей поверхностью и задней поверхностью.

18. Система по п.14, в которой задняя поверхность непрозрачна, и светоизлучающая поверхность прозрачна.

19. Способ построения изображения предмета, содержащий этапы, на которых
принимают предмет на поверхности приема предмета оптического стола, причем поверхность приема предмета выполнена с возможностью захвата по меньшей мере одного из изображения, полученного прикосновением четырех пальцев, изображения полученного прикосновением одного пальца и изображения полученного обкаткой,
освещают поверхность приема предмета многоцветным источником света,
собирают свет от поверхности приема предмета, и
осуществляют поперечную и осевую цветовую коррекцию собранного света и фокусируют собранный свет на плоскость изображения системы формирования цветного изображения для формирования изображения предмета.

20. Способ по п.19, в котором свет от источника света, освещающий оптический стол, падает на оптический стол под углом относительно нормали к поверхности приема предмета, который меньше конкретного критического угла.

Images