УСТРОЙСТВО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ НАЛИЧИЯ ВВ И НВ НА БАЗЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ДОСТУПА ПО ОТПЕЧАТКУ ПАЛЬЦА

Царев Захар Сергеевич1, Шуранов Евгений Витальевич2, Петров Глеб Анатольевич3
1Балтийский Государственный Технический Университет (Военмех) им. Д.Ф. Устинова, кафедра И1
2Балтийский Государственный Технический Университет (Военмех) им. Д.Ф. Устинова, кафедра И1, к.т.н.
3Балтийский Государственный Технический Университет (Военмех) им. Д.Ф. Устинова, кафедра И1, к.т.н.
Tsarev Zahar Sergeevich1, Shuranov Evgeniy Vitalevich2, Petrov Gleb Anatolevich3
1Baltic State Technical University (Voenmech) them. DF Ustinov, Department I1
2Baltic State Technical University (Voenmech) them. DF Ustinov, Department I1, Ph.D.
3Baltic State Technical University (Voenmech) them. DF Ustinov, Department I1, Ph.D.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Царев З.С., Шуранов Е.В., Петров Г.А. Устройство детектирования наличия ВВ и НВ на базе системы контроля доступа по отпечатку пальца // Современные научные исследования и инновации. 2011. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2011/12/5724 (дата обращения: 04.06.2017).

При финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России)

Введение.

Разрабатываемый прибор является средством экспресс-диагностики и идентификации личности. Процедуры анализа спектра поглощения с целью поиска следов ВВ и НВ выполняются параллельно и синхронно с процессом идентификации личности по дактилоскопическому рисунку.

Таким образом, объектами исследования в разрабатываемом приборе являются пальцы (кожа рук человека), подвергающегося досмотру.

Разрабатываемое изделие представляет собой распределенную систему контроля доступа. Отдельные компоненты взаимодействуют между собой через различные интерфейсы (например, Ethernet).

В данной статье приводятся технические решения, о структуре, конструкции и алгоритме работы разрабатываемого изделия с возможностью определения наличия взрывчатых и наркотических веществ.

Ниже приводится состав разрабатываемой системы с описанием основных функций каждого модуля.

В состав системы входят:

1)      прибор, предназначенный для установки на КПП для идентификации и контроля всех лиц, проходящих через пост охраны, на наличие следов ВВ и НВ, адсорбированных на коже пальцев рук (далее Сканер);

2)      программное обеспечение, предназначенное для подключения прибора к компьютеру и позволяющее также объединять несколько таких систем контроля доступа в единую сеть (далее ПО).

Сканер для обнаружения следов ВВ и НВ, адсорбированных на коже пальцев рук, основан на спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО).

Рассмотрим состав системы более подробно.

Прибор представляет собой программно-аппаратный комплекс для получения изображения отпечатка пальца и обнаружения следовых количеств ВВ и НВ на коже, основанный на использовании метода абсорбционной спектроскопии совместно с методом НПВО.

Рассмотрим основные блоки прибора:

а) Оптический блок в составе узла призмы НПВО, узла фокусирующих линз, узла дифракционной решетки, глобара и модулятора. Оптический блок является основным элементом прибора.

Основное назначение оптического блока – реализация оптимального взаимодействия оптического излучения с диагностируемым объектом в режиме НПВО, получение спектра поглощения, синхронизация работы источника излучения и приемной матрицы, построение изображения отпечатка пальца на приемнике.

б)  Электронный блок в составе ИК-приемника, узла сканирования отпечатка пальца, управляющего контроллера и блока питания.

ИК-приемник является электронным модулем с ИК-матрицей и аналого-цифровым преобразователем. ИК-приемник обеспечивает прием (регистрацию) оптического сигнала спектра в требуемом диапазоне.

Узел сканирования отпечатка пальцев – это электронный модуль, состоящий из светочувствительной матрицы видимого диапазона. Узел сканирования обеспечивает прием (регистрацию) оптического сигнала изображения отпечатка пальца.

Управляющий контроллер – основное электронно-вычислительное устройство изделия, обеспечивающее требуемый алгоритм функционирования всех электронных и электромеханических узлов изделия. Также управляющий контроллер осуществляет анализ снятых спектров на предмет наличия НВ и ВВ, предварительную обработку отпечатков пальцев и обмен информацией с внешними устройствами.

Блок питания состоит из нескольких преобразователей постоянного тока и обеспечивает электрическим питанием с требуемыми параметрами все электронные узлы изделия, такие как глобар, управляющий контроллер, ИК-приемник и т.д.

в) Специальное программное обеспечение сканера предназначено для определения наличия ВВ и НВ на объекте и идентификацию типа ВВ и НВ по спектру поглощения. СПО сканера также реализует функцию обмена информацией между прибором и сервером для передачи результатов анализа спектра и изображения отпечатков пальца для последующего дактилоскопического анализа.

1.Принципиальная оптическая схема прибора обнаружения ВВ и НВ.

Как указывалось, оптический узел прибора является основным элементом изделия. На рисунке 1.1 представлена принципиальная оптическая схема прибора. Излучение от инфракрасного источника (глобара) проходит через ограничивающую диафрагму и после механического обтюратора, обеспечивающего периодическую модуляцию излучения с частотой 128 Гц, и зеркала 2 попадает в призму 3. В призме происходит многократное переотражение излучения от граней и возникновение эффекта НПВО [1]. К верхней грани призмы прикладывается объект со следами ВВ и НВ, с которым происходит взаимодействие излучения. Далее излучение с помощью дифракционной решетки 4 раскладывается в спектр и попадает на чувствительный матричный пироэлектрический приемник, таким образом, что на каждый из пикселей приемника приходится участок спектра излучения шириной порядка 0.013 мкм (при 256 пикселях). Оптические элементы 1 предназначены для формирования изображения ограничивающей диафрагмы в плоскости пироэлектрического приемника. Обтюратор необходим для работы пироэлектрического приемника, чувствительного только к переменному сигналу. Для диагностики ВВ и НВ используется спектральный диапазон 5.8-9.2 мкм, внутри которого лежат основные линии поглощения молекул ВВ и НВ. При оптическом контакте с призмой предмета со следами ВВ и НВ возникает эффект НПВО и происходит поглощение соответствующих спектральных компонент излучения на линиях поглощения молекул ВВ и НВ, что и фиксируется пироэлектрическим приемником.

Призма 3 совмещена с оптической системой сканера отпечатка пальца, работающего в видимом диапазоне спектра. Сканер отпечатка пальца включает в состав: призму 6, линзы 7 и 8, осветитель и приемник изображения. В качестве приемника изображения используется монохромная ПЗС матрица разрешением 640 х 480 пикселей. Формат матрицы 1/2”.

2 Макеты

2.1 Макет сканера обнаружения ВВ и НВ

На рисунках 2.1 и 2.2 приводятся оптическая схема и вид макета сканера обнаружения ВВ и НВ.

Рис. 1.1 принципиальная оптическая схема прибора

Рисунок 2.1 – Оптическая схема макета сканера обнаружения ВВ и НВ

  Рисунок 2.2 – Вид макета сканера обнаружения ВВ и НВ

С помощью данного макета были получены спектры поглощения: чистой призмы (рис. 2.3), пальца человека (рис. 2.4), аммиачной селитры, тротила, гексогена, лавсана (рис. 2.5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.3 – Сигнал с чистой призмы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.4 – Спектр пальца

Рисунок 2.5 – Спектр лавсана

Материал лавсан предлагается использовать в качестве материала для получения калибровочного спектра прибора. Из рисунка 2.5 видно, что лавсан в исследуемом спектральном диапазоне обладает двумя четко различимыми пиками. По положению этих пиков можно проводить точную юстировку и калибровку прибора в процессе изготовления и периодического обслуживания, соответственно.

2.2 Макет сканера отпечатков пальца, совмещенного со сканером следов ВВ и НВ

Внешний вид макета сканера показан на рисунке 2.9. Макет предназначен для проверки возможности встраивания сканера отпечатка пальца в прибор регистрации спектра вещества на основе эффекта НПВО.

Оптическая схема макета показана на рисунке 2.10.

Рисунок 2.9 – Макет сканера отпечатка пальца

 Рисунок 2.10 – Оптическая схема макета сканера отпечатка пальца

Макет продемонстрировал принципиальную возможность реализации совмещенного сканера призмы НПВО и сканера отпечатка пальца. Два сканера работают в разных диапазонах оптического излучения и поэтому могут функционировать независимо друг от друга. Принципиальная сложность заключается в одновременном пропускании через совмещенную оптическую систему двух сканирующих излучений. Тем не менее, опыт реализации оптической схемы показывает, что это возможно.

3 Алгоритм распознавания спектров веществ

Каждое вещество характеризуется набором признаков-особенностей. Такими особенностями могут быть:

  • максимум на определённой линии спектра или в некоторой её окрестности,
  • выпуклость на определённой линии спектра или в некоторой её окрестности.

Формируя набор найденных особых точек (экстремумов, перегибов), который можно сравнить с набором особенностей, присущих какому-либо веществу (на предмет прямого или частичного соответствия) и сделать вывод о его наличии или отсутствии.

Сравнение с базой данных спектров веществ производится по следующему алгоритму.

  • Берется запись о веществе из базы данных системы.
  • Из записи получают данные о количестве особенностей, формируемых этим веществом в спектре. Производится резервирование логического массива такой длины.
  • В цикле производится сравнение особенностей вещества с рассчитанными особенностями текущего спектра. Для ускорения работы из базы данных выбирается необходимый спектральный диапазон и вычисляются коэффициенты аппроксимационного полинома в этом диапазоне. По аппроксимирующему полиному вычисляются коэффициенты первой и второй производных.
  • Каждая особенность, указанная в базе данных спектров веществ сопровождается своим весовым коэффициентом
  • Веса обнаруженных особенностей складываются и сравниваются с порогом обнаружения для принятия решения о наличии или отсутствии вещества.

Особенно эффективно применение корреляционного алгоритма для предотвращения ложного срабатывания прибора. Ситуация когда на спектре чистого пальца обнаруживается пик соответствующий признаку одного из определяемых веществ из-за высокого уровня шума может быть корректно обработана расчетом корреляции.

Выводы

В рамках работы над статьей были получены эталонные спектры для некоторых веществ. Была получена экспериментальная база спектров для этих веществ. Для эталонных спектров определены интервалы для расчета корреляции и определены предельные значения, для коэффициента корреляции таким образом, чтобы количество ошибок алгоритма на имеющейся базе спектров веществ было минимально.



Все статьи автора «Tatasheva»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: