Инновационная технология позволяет обнаружить отпечатки пальцев с потрясающей детализацией в 3D.

Когда вы используете отпечаток пальца для разблокировки смартфона, ваш телефон просматривает двумерный рисунок, чтобы определить, правильный ли это отпечаток пальца, прежде чем разблокироваться для вас. Но отпечаток пальца на поверхности кнопки на самом деле представляет собой трехмерную структуру, называемую отпечатком пальца.

Следы пальцев состоят из крошечных выступов масла на коже. Каждый гребень имеет высоту всего несколько микрон или несколько сотых толщины человеческого волоса.

Биометрические идентификаторы записывают отпечатки пальцев только в виде 2D-изображений, и хотя они несут много информации, многое отсутствует. 2D-отпечаток пальца не учитывает глубину отпечатка пальца, включая поры и шрамы, спрятанные в гребнях пальцев, которые трудно увидеть.

Я педагог и ученый, изучающий голографию — область исследований, посвященную способам отображения трехмерной информации. Моя лаборатория разработала способ картирования и визуализации отпечатков пальцев в трех измерениях с любой точки зрения на компьютере — с помощью цифровой голографии.

Типы отпечатков пальцев

Ученые делят отпечатки пальцев на явные, пластиковые и скрытые, в зависимости от того, насколько они заметны, если оставить их на поверхности.

Патентные отпечатки пальцев являются наиболее заметными. Одним из примеров являются кровавые отпечатки пальцев на месте преступления. Пластиковые отпечатки пальцев можно найти на мягких поверхностях, таких как глина, пластилин Play-Doh или шоколадные плитки. Человеческий глаз довольно легко различает как лакированные, так и пластиковые отпечатки пальцев.

Наименее заметными являются скрытые отпечатки пальцев. Обычно они встречаются на твердых поверхностях, таких как стекло, металл, дерево и пластик. Чтобы их распознать, дактилоскопист должен использовать физические или химические методы, такие как присыпка порошком, проведение химических реакций с соответствующими реагентами или дымление цианакрилатом.

Цианоакрилат делает суперклей в жидкой форме, но в газообразном виде он может сделать видимыми скрытые отпечатки пальцев. Исследователи создают отпечатки, позволяя молекулам паров цианакрилата вступать в реакцию с компонентами скрытых остатков отпечатков пальцев.

Геометрические детали отпечатков пальцев делятся на три уровня. Уровень 1 включает в себя видимые гребни, такие как петли, завитки и арки. Уровень 2 относится к мелочам или мелким деталям, таким как развилки, окончания, проушины и крючки.

Наконец, особенности уровня 3, такие как поры, шрамы и складки, слишком малы для человеческого глаза. Именно здесь пригодятся оптические методы, такие как голография, поскольку длина оптической волны составляет порядка микронов, что достаточно мало, чтобы различить мелкие детали объекта.

Разработка голограмм отпечатков пальцев

Поскольку отпечатки пальцев обычно собираются в виде 2D-изображений, а голограммы отображают 3D-информацию, моя команда хотела разработать метод, который мог бы отображать все топологические характеристики 3D-отпечатков пальцев.

Для этого мы сотрудничаем с группой Ахлеша Лахтакиа в Пенсильванском университете. Они разработали специальную технику, которая наносит наноразмерный столбчатый тонкий пленочный слой, называемый CTF, поверх отпечатка пальца, чтобы проявить и сохранить его.

Столбчатые тонкие пленки представляют собой плотные столбики стекловидного материала, которые равномерно покрывают след от пальца, как густая поросль одинаковых деревьев в лесу.

Точно так же, как вершины этих деревьев отражают топологию земли, вершины этих столбчатых тонких пленок повторяют трехмерную структуру отпечатков пальцев, на которых они нанесены.

Чтобы создать голограмму, напоминающую трехмерный отпечаток пальца, исследователи разделили свет лазера на две части. Одна часть, называемая опорной волной, светится непосредственно на цифровую камеру. Другая волна светится на объект, в данном случае на отпечаток пальца.

Если объект является отражающим, отраженный свет также направляется на цифровую камеру и накладывается на опорную волну.

Суперпозиция волн – как от эталона, так и от объекта – создает интерференционную картину, которая называется голограммой. В цифровой голографии эта голограмма, представляющая собой 2D-изображение, записывается в цифровой камере.

Затем исследователи импортируют голограмму в компьютер, где они смогут использовать физические законы распространения волн, чтобы выяснить, где световые волны лазера отражаются от различных частей объекта.

Этот процесс позволяет им реконструировать объект как трехмерное изображение.

Итак, реконструированная голограмма содержит все трехмерные детали объекта, и теперь вы можете визуализировать трехмерный объект на ноутбуке с любой точки зрения.

Сбор отпечатков пальцев

В 2017 году наша коллаборация сообщила о первых результатах: мы сделали 3D-изображения скрытых отпечатков пальцев с использованием техники CTF. Мы записали голограммы отпечатков пальцев, разработанных CTF, с использованием света двух разных длин волн — зеленого и синего, генерируемого лазером.

Использование двух разных длин волн позволило нам различить мельчайшие детали, такие как поры, в 3D-реконструкциях.

Исследовательская группа Лахтакиа оставила сотни отпечатков пальцев на стекле, дереве и пластике. Затем они позволили им состариться в разных условиях, при различных температурах и уровнях влажности, а затем покрыли их пленкой CTF, чтобы улавливать отпечатки пальцев.

Моя группа записывает цифровые голограммы этих отпечатков пальцев и визуализирует их в 3D на компьютере.

Мы также начали работу над более совершенным планом 3D-анализа отпечатков пальцев, который поможет идентифицировать подозреваемых в совершении преступлений.

Региональная криминальная лаборатория Майами-Вэлли в Дейтоне, штат Огайо, оценила качество отпечатков пальцев, полученных исследовательской группой Лахтакиа.

Это также поможет нам разработать новый метод оценки трехмерных голографических реконструкций, которого в настоящее время не существует.

Это может включать создание категорий для классификации четкости трехмерной визуализации отпечатков пальцев.

Использование отпечатков пальцев в качестве уникальных идентификаторов имеет долгую историю, восходящую к древним вавилонским и китайским цивилизациям.

Их использовали в криминалистических целях с конца 1890-х годов, начиная с Калькутты, Индия. Наша работа направлена ​​на развитие этой богатой истории и использование передовых технологий для улучшения анализа отпечатков пальцев.

Что вы думаете об этом революционном прорыве? Мы хотели бы услышать вашу точку зрения! Не стесняйтесь поделиться своими мыслями в комментариях ниже или продолжить обсуждение в нашем Twitter или Facebook.

Рекомендации редакции:

• Проблемы искусственного интеллекта в 2024 году: выводы трех ведущих исследователей искусственного интеллекта
• Люди и ChatGPT отражают общие языковые шаблоны – вот как
• Трейдеры ChatGPT AI: слишком быстро, слишком яростно, слишком рискованно?
• Как уберечь подростка от опасных проблем в социальных сетях

Примечание редактора: эта статья была написана Партой Банерджи, профессором электротехники и вычислительной техники Дейтонского университета и переиздана из журнала The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.