Tehnica inovatoare dezvăluie amprentele digitale în detalii 3D uimitoare

Când folosiți amprenta pentru a vă debloca smartphone-ul, telefonul se uită la un model bidimensional pentru a determina dacă este amprenta corectă înainte de a se debloca pentru dvs. Dar amprenta pe care o lasă degetul pe suprafața butonului este de fapt o structură 3D numită semn de deget.

Urmele degetelor sunt formate din mici creste de ulei de pe pielea ta. Fiecare creastă are doar câțiva microni înălțime, sau câteva sutimi din grosimea părului uman.

Identificatorii biometrici înregistrează semnele degetelor doar ca imagini 2D și, deși acestea poartă o mulțime de informații, lipsesc multe. O amprentă digitală 2D neglijează adâncimea semnului degetului, inclusiv porii și cicatricile îngropate în crestele degetelor care sunt greu de văzut.

Sunt un educator și un om de știință care studiază holografia, un domeniu de cercetare care se concentrează pe modul de afișare a informațiilor 3D. Laboratorul meu a creat o modalitate de a mapa și de a vizualiza semnele degetelor în trei dimensiuni din orice perspectivă pe un computer - folosind holografia digitală.

Tipuri de semne de degete

Oamenii de știință clasifică semnele degetelor ca fiind patente, plastice sau latente, în funcție de cât de vizibile sunt atunci când sunt lăsate pe o suprafață.

Urmele de brevet sunt cel mai vizibil tip - amprentele sângeroase de la locul crimei sunt un exemplu. Urmele de plastic se găsesc pe suprafețe moi, precum argilă, Play-Doh sau batoane de ciocolată. Ochiul uman poate vedea destul de ușor atât urmele patentate, cât și cele din plastic.

Cele mai puțin vizibile sunt urmele latente. Acestea se găsesc de obicei pe suprafețe dure, cum ar fi sticlă, metale, lemn și materiale plastice. Pentru a le evidenția, un examinator de amprente trebuie să utilizeze metode fizice sau chimice, cum ar fi pulbere cu pulbere, crearea de reacții chimice cu reactivi adecvați sau fuming de cianoacrilat.

Cianoacrilatul face super adeziv sub forma sa lichidă, dar ca gaz poate face vizibile urmele latente. Cercetătorii dezvoltă amprentele lăsând moleculele de vapori de cianoacrilat să reacționeze cu componentele din reziduul latent de amprentă.

Detaliile geometrice de pe semnele degetelor sunt clasificate pe trei niveluri. Nivelul 1 cuprinde modele vizibile de creasta, deci bucle, spirale și arcade. Nivelul 2 se referă la detalii sau detalii mici, cum ar fi bifurcații, terminații, ochi și cârlige.

În cele din urmă, caracteristicile de nivel 3, cum ar fi porii, cicatricile și cutele, sunt prea mici pentru ca ochiul uman să le rezolve. Aici sunt utile tehnicile optice precum holografia, deoarece lungimile de undă optice sunt de ordinul micronilor, suficient de mici pentru a distinge mici detalii pe un obiect.

Dezvoltarea de holograme ale degetelor

Deoarece semnele sunt de obicei colectate ca imagini 2D, iar hologramele afișează informații 3D, echipa mea a dorit să dezvolte o tehnică care să poată arăta toate caracteristicile topologice 3D ale unui deget.

Pentru a face acest lucru, am colaborat cu grupul lui Akhlesh Lakhtakia de la Penn State. Ei au dezvoltat o tehnică specializată care depune un strat de film subțire columnar la scară nanometrică, numit CTF, deasupra semnului degetului pentru a-l dezvolta și păstra.

Filmele subțiri coloane sunt stâlpi denși de material sticlos care acoperă uniform semnul degetului, ca o creștere densă a copacilor identici într-o pădure.

Așa cum vârfurile acestor copaci ar reflecta topologia pământului, vârfurile acestor pelicule subțiri columnare reproduce structura 3D a semnelor de degete pe care sunt depuse.

Pentru a realiza o hologramă a unui deget 3D, cercetătorii au împărțit lumina de la un laser în două părți. O parte, numită val de referință, strălucește direct pe o cameră digitală. Cealaltă undă strălucește asupra obiectului, în acest caz semnul degetului.

Dacă obiectul este reflectorizant, lumina reflectată este de asemenea direcționată către camera digitală și suprapusă undei de referință.

Suprapunerea undelor – atât de la referință, cât și de la obiect – creează un model de interferență, care se numește hologramă. În holografia digitală, această hologramă, care este o imagine 2D, este înregistrată în camera digitală.

Cercetătorii importă apoi holograma pe un computer, unde pot folosi legile fizice ale propagarii undelor pentru a afla unde undele luminoase de la laser au sărit în diferite părți ale obiectului.

Acest proces le permite să reconstruiască obiectul ca o imagine 3D.

Deci, holograma reconstruită are toate detaliile 3D ale obiectului și acum puteți vizualiza obiectul 3D pe un laptop din orice perspectivă.

Ridicarea urmelor de la degete

În 2017, colaborarea noastră a raportat primele rezultate, în care am realizat imagini 3D ale urmelor latente folosind tehnica CTF. Am înregistrat holograme ale semnelor dezvoltate de CTF cu două lungimi de undă diferite de lumină – verde și albastru – generate de un laser.

Folosirea a două lungimi de undă diferite ne-a permis să distingem detalii minuscule, cum ar fi porii, în reconstrucțiile 3D.

Grupul de cercetare al lui Lakhtakia a depus sute de urme de degete pe sticlă, lemn și plastic. Apoi le-au lăsat să îmbătrânească în diferite medii, la diferite temperaturi și niveluri de umiditate, înainte de a le acoperi cu folie CTF pentru a prelua amprenta.

Grupul meu înregistrează hologramele digitale ale acestor semne și le vizualizează în 3D pe un computer.

De asemenea, am început să lucrăm la un plan mai bun de analiză a semnelor 3D pentru a ajuta la identificarea suspecților de infracțiuni.

Laboratorul regional de criminalitate din Miami Valley din Dayton, Ohio, a evaluat calitatea semnelor de degete capturate de grupul de cercetare al lui Lakhtakia.

De asemenea, ne va ajuta să dezvoltăm o nouă metodă de gradare a reconstrucțiilor holografice 3D, ceva care nu există în prezent.

Acest lucru poate implica crearea de categorii pentru a clasifica cât de clare sunt redările 3D ale semnelor degetelor.

Utilizarea amprentelor digitale ca identificatori unici are o istorie îndelungată, începând cu vechile civilizații babiloniene și chineze.

Au fost folosite în scopuri criminalistice de la sfârșitul anilor 1890, începând cu Calcutta, India. Munca noastră își propune să se bazeze pe această istorie bogată și să utilizeze tehnologii de ultimă oră pentru a îmbunătăți analiza semnelor.

Ce părere aveți despre această descoperire revoluționară? Ne-ar plăcea să auzim punctul tău de vedere! Simțiți-vă liber să împărtășiți opiniile dvs. în comentariile de mai jos sau continuați discuția pe Twitter sau Facebook.

Recomandările editorilor:

• Provocări ale inteligenței artificiale în 2024: informații de la 3 cercetători de top în domeniul inteligenței artificiale
• Oamenii și ChatGPT oglindesc modele de limbaj reciproce – iată cum
• Comercianți ChatGPT AI: Prea rapid, prea furioși, prea riscant?
• Cum să vă protejați adolescentul de provocările periculoase din rețelele sociale

Nota editorului: Acest articol a fost scris de Partha Banerjee, profesor de inginerie electrică și informatică, Universitatea din Dayton și republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.