способ дактилоскопической идентификации личности человека

Формула изобретения

1. Способ дактилоскопической идентификации личности человека, включающий зондирование оптическим излучением подушечек пальцев, измерение интенсивности отраженного от них оптического излучения, измерение геометрических параметров изображения полученного папиллярного рисунка, отличающийся тем, что зондирование производят с помощью низко-когерентного оптического излучения, длину волны выбирают в ближнем ИК диапазоне 750-1200 нм, при этом зондирование осуществляют путем деления излучения на два пучка - измерительного и опорного, фокусируют измерительный пучок на поверхность подушечек пальцев, а отраженное назад излучение смешивают с отраженным назад излучением опорного пучка на фотодетекторе, устанавливают режим послойного сканирования измерительного пучка по двум поперечным координатам (х, у) для каждой фиксированной настройки оптической длины в опорном пучке и дискретно перестраивают оптическую длину в опорном плече на минимальную величину z, определяемую длиной продольной когерентности излучателя L_c, при этом измеряют интенсивность отраженного от подушечек пальцев оптического излучения на глубине кожи из фиксированного объема когерентности, определяемого произведением L_c на размер фокального пятна измерительного оптического пучка D, а идентификационным параметром является трехмерная папиллярная структура поверхности исследуемой кожи пальца человека, а также уровень интенсивности отраженного назад оптического излучения от росткового (базального) слоя эпидермиса и глубина L его положения относительно рогового слоя эпидермиса подушечек пальца.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что послойное сканирование осуществляют в вертикальной плоскости (х, z).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области криминалистической техники и может быть использовано для формирования бескраскового дактилоскопического изображения. Изобретение предназначено для идентификации личности на основе получения трехмерного оптического изображения папиллярной структуры пальцев или ладони человека с помощью технологии оптической низко-когерентной томографии.

Известен способ идентификации личности человека, включающий бесконтактное зондирование пальца или ладони человека при зондировании оптическим излучением видимого диапазона и детектирование отраженного и рассеянного живой биотканью излучения с помощью цветной видиоматрицы, при этом зондирование проводят в разных спектральных диапазонах, что позволяет определить структуру вен внутри ладони или пальца (см. заявку WO 2005069212), вследствие различной величины поглощения света эритроцитами крови в зондируемых биотканях. Устройства, разработанные фирмами Fujitsu и Hitachi на основе предложенного способа, получили название Palm Vein и устанавливаются в ведущих банках Японии. Однако данный способ не позволяет создать трехмерную структуру изображения вен ладони человека вследствие сильных эффектов рассеяния оптического изображения на клеточных оптических неоднородностей, кроме того, метод встречает трудности для идентификации личности людей негроидной расы, вследствие сильного поглощения света видимого диапазона меланином в эпидермальном слое кожи.

Известен способ идентификации личности на основе дактилоскопирования (см. патент РФ на изобретение № 2022524, МПК A61B 5/117). Сущность изобретения заключается в регистрации двумерного изображения папиллярной структуры пальца человека на основе его измерения отпечатка пальца, прижимаемого к плоской поверхности стеклянной призмы, работающей под углом полного внутреннего отражения, корректирующей призмы и оптической системы формирования изображения. Способ позволяет строить изображение отпечатка пальца на матричном фотоприемнике.

Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков:

1. Способ позволяет получить лишь двумерную папиллярную структуру рисунка бороздок пальца, которая при измерении искажается плоской измерительной поверхностью.

2. При умышленном повреждении папиллярной поверхности кожи пальца или нанесении искусственных поверхностей возникают трудности идентификации личности.

Наиболее близким к предлагаемому способу является оптический способ определения дактилоскопической идентификации личности человека (см. патент РФ № 2314027, МПК A61B 5/117). В основе способа лежит устройство для сканирования рисунка кожных линий, содержащее прозрачный для излучения цилиндр, установленный с возможностью поворота вокруг фиксированной оси вращения, на угол, обеспечивающий полное перемещение исследуемого кожного участка относительно потока излучения от источника излучения. Источник и приемник излучения неподвижно установлены относительно цилиндра. На поверхность цилиндра натянут эластичный и прозрачный для излучения материал, герметично примыкающий к торцам цилиндра, а зазор между материалом и цилиндром заполнен иммерсионной жидкостью. Технический результат в виде улучшения качества регистрируемого изображения достигается за счет адаптации поверхности эластичного и оптически прозрачного материала под форму кожного участка.

Однако данный способ содержит ряд недостатков:

1. Способ не позволяет определить трехмерные поверхности, реально существующие для пальцев и ладоней.

2. Способ обладает плохой помехозащищенностью и однозначностью идентификации личности человека при искусственном повреждении поверхности пальцев или ладони.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности идентификации личности человека на основе бесконтактного определения трехмерной структуры поверхности папиллярного рисунка пальцев или ладони человека, а также восстановление папиллярного рисунка, когда роговой слой разрушен, но сохранился слой эпидермиса (например, для судебной медицины), либо когда папиллярный рисунок намеренно поврежден.

Технический результат заключается в расширении анализируемых параметров, однозначно связанных с идентифицируемым человеком при исследовании трехмерного анализа папиллярной поверхности, а также бесконтактного измерения внутрикожного папиллярного рисунка в роговом и эпидермальном слое кожи пальцев или ладони.

Данный способ позволяет оценить содержание меланина во внутреннем (базальном) слое анализируемой кожи, что должно позволить дополнительное определение территориальной или расовой принадлежности личности.

Поставленная задача решается тем, что в способе дактилоскопической идентификации личности человека, включающем зондирование оптическим излучением подушечек пальцев, измерение интенсивности отраженного от них оптического излучения, измерение геометрических параметров изображения полученного папиллярного рисунка, отличающемся тем, что зондирование производят с помощью низко-когерентного оптического излучения, длину волны выбирают в ближнем ИК в диапазоне 750-1200 нм, при этом зондирование осуществляют путем деления излучения на два пучка - измерительного и опорного, фокусируют измерительный пучок на поверхность подушечек пальцев, а отраженное назад излучение смешивают с отраженным назад излучением опорного пучка на фотодетекторе, устанавливают режим послойного сканирования измерительного пучка по двум поперечным координатам (х, у) для каждой фиксированной настройки оптической длины в опорном пучке и дискретно перестраивают оптическую длину в опорном плече на минимальную величину z, определяемую длиной продольной когерентности излучателя L_c, при этом измеряют интенсивность отраженного от подушечек пальцев оптического излучения на регулируемой глубине кожи из фиксированного объема когерентности, определяемого произведением L_c, на размер фокального пятна измерительного оптического пучка D, а идентификационным параметром является трехмерная папиллярная структура поверхности исследуемой кожи пальца человека, а также уровень интенсивности отраженного назад оптического излучения от базального слоя эпидермиса и глубина L его положения относительно рогового слоя эпидермиса подушечек пальца.

Способ может обеспечить послойное сканирование в вертикальной плоскости (x, z).

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема установки для измерения папиллярной 3-мерной структуры пальца человека; на фиг.2 представлена трехмерная поверхность большого пальца левой руки мужчины (58 лет) при послойном поперечном сканировании, на фиг.3 представлена двумерная цифровая фотография папиллярной структуры того же пальца; на фиг.4 - гистологическое изображение среза по глубине подушечек пальца человека; на фиг.5 представлен бесконтактный оптический двумерный срез по глубине для зондируемого большого пальца мужчины (58 лет), т.е. двумерная зависимость интенсивности обратно отраженного оптического сигнала от зондируемого пальца, при этом сканирование осуществлялось по одной поперечной координате х (ось абсцисс) и продольной (z) (по глубине); на фиг.6. представлена двумерная зависимость интенсивности обратно отраженного оптического сигнала от большого пальца женщины 35 лет, при этом сканирование осуществлялось также по одной поперечной координате х и продольной z.

Для реализации способа представлено устройство, которое состоит из:

1 - суперлюминесцентного диода (SLD);

2 - оптической системы ввода излучения SLD в одномодовое оптическое волокно;

3 - входного канала одномодового волоконно-оптического X разветвителя;

4 - измерительного канала одномодового волоконно-оптического X разветвителя;

5 - Х-Y сканера поперечного смещения измерительного оптического пучка;

6 - длиннофокусной оптической системы;

7 - диагностируемого объекта (палец или ладонь человека);

8 - персонального компьютера;

9 - фотоприемника с электронным усилителем и аналого-цифровым преобразователем;

10 - оптической системы ввода излучения в фотоприемник;

11 - смесительного канала одномодового волоконно-оптического X разветвителя;

12 - опорного канала одномодового волоконно-оптического X разветвителя;

13 - оптико-механической системы продольного сканирования оптической длины в опорном канале.

Кроме того, на чертежах приняты следующие обозначения:

14 - эпидермис подушечек пальцев человека;

15 - базальный ростковый слой.

Способ осуществляется следующим образом:

В соответствии с фиг.1. непрерывное оптическое излучение ближнего инфракрасного диапазона суперлюминесцентного диода (SLD) (1) вводится с помощью оптической системы (микролинзы) (2) в входной канал одномодового волоконно-оптического X разветвителя (3), после оптического деления в X разветвителе (3) часть излучения поступает в измерительный канал (4), где с помощью оптико-механического - XY сканера поперечного смещения измерительного оптического пучка (5) осуществляется поперечное сканирование пучка по поперечной X и Y координате, а длиннофокусная оптическая система (6) формирует определенное фокальное пятно размером D на зондируемой поверхности пальца или ладони человека, при этом с помощью управляющего сигнала с компьютера (8) осуществляется поперечное сканирование пучка, оптическое излучение, обратно отраженное из фиксированного объема когерентности V_c, определяемого размером фокального пятна D и длиной продольной когерентности L_c излучателя, смешивается с обратно отраженным оптическим излучением опорного канала (12), состоящего из оптико-механической системы продольного сканирования оптической длины, перестраивающей продольную координату Z с помощью подачи управляющего сигнала с персонального компьютера (8), отраженные оптические поля измерительного и опорного каналов интерферируют в смесительном канале (11) и с помощью оптической системы (10) детектируются. С помощью фотодетектора (9) выделяется сигнал интерференции, который пропорционален интенсивности обратно отраженного оптического излучения измерительного и опорного каналов. При пространственном сканировании длины в опорном канале (12) для каждой поперечной настройки оптического пучка в измерительном канале измеряется интенсивность отраженного света только из объема когерентности V_c, определяемой поперечным размером фокального пятна D и продольной длиной когерентности L_c.

Длина продольной когерентности L_c оптического излучателя определяется спектральной шириной зондирующего излучения , в частности шириной спектра суперлюминесцентного диода (1), и имеет вид

где - длина волны центра линии излучения.

Минимальный объем когерентности V_c и соответственно максимальная трехмерная разрешающая способность метода на данный момент ограничивается длиной когерентности, равной L_c=5-10 микрон, при размере фокального пятна с диаметром, составляющем 10-20 микрон. Проведенные нами тестовые измерения, представленные на фиг.2, 5, 6, получены при зондировании излучением суперлюминисцентного диода с длиной волны 820 нм, диаметром фокального пятна, составляющим 20 микрон, и длиной продольной когерентности, равной L_c=10 микрон.

Оптический диапазон зондирования ограничен сверху (1200 нм) поглощением воды в зондируемых биотканях, а нижний диапазон (750 нм) связан с минимальным поглощением форменных элементов крови (эритроцитов) и минимальной величиной коэффициента рассеяния, что позволяет зондировать реальные биоткани (подушечки пальцев и ладони) до глубины 2 миллиметра с пространственным разрешением 5-10 микрон.