FF-OCT的指纹识别

Update.18/12/2015:
事实上,早在2008年,印度某研究组就开始研究对指纹识别的FF-OCT技术[2]。如图是before和after,这就是七年的成果。

   指纹beforeand

指纹after

参考文献:
[2]Dubey, Satish Kumar, et al. “Simultaneous topography and tomography of latent fingerprints using full-field swept-source optical coherence tomography.” Journal of Optics A: Pure and Applied Optics 10.1 (2008): 015307.


 

FF-OCT

这是我的专业领域和Apple的某项技术靠得最近的一次。
最近,看见科技新闻「OCT指纹识别,可穿透皮层搜集3D信息」:

大多数指纹扫描仪的工作原理都是相似的——手指压在扫描仪玻璃表面,光线穿过玻璃扫描手指,产生组成指纹的嵴纹和波谷的图像。这些传统的指纹扫描通常来说还是有效的,但是,它终归不能识别那些被岁月磨平嵴纹和波谷的指纹,以及硅胶做成的皮肤模型。因此,巴黎郎之万研究所的科学家就发明了一种更可靠的扫描仪,它可以深入识别皮肤表面下的皮层。

和「可区分真人与假指纹技术诞生 指纹安全再进一步」:

这项技术由BitFlow和法国巴黎的朗之万研究所共同开发,能迅速而准确地捕捉用户的“内部指纹”。与手指表面指纹类似,“内部指纹”有着同样的指纹图像特征,但位于手指皮肤的0.5毫米下方。此外,这一系统还可以扫描手指上的汗腺,进一步增强识别能力。

再继续往下看:

这一传感器的工程开发者是朗之万研究所博士后研究员艾迪朱斯·奥克索利斯(Egidijus Auksorius)和科学仪器专业教授克劳德·博卡拉(Claude Boccara),基于全场光学相干层析成像技术(FF-OCT)。与需要3D数据和激光的标准光学相干层析成像技术(OCT)不同,FF-OCT采用2D探测器,因此使用起来更方便、速度更快,而成本也更低。

这四年来,几乎每天都看Claude Boccara教授的研究小组发表的论文,我的课题也是FF-OCT(Full-field optical coherence tomography),中文就是「全场光学相干层析术」。其光学系统如下图:
FF-OCT系统
其基本原理就是用干涉的手段筛选样品特定深度的内部信息,且三维分辨率可达1µm,这个分辨率毫无疑问可以看见细胞核甚至内部结构。在这之前,由郎之万研究所和LLTech公司共同开发的FF-OCT仪器,已经进行商业开发,而且在北京某三甲医院进行试用。而从上述文章看来,郎之万研究所和BitFlow又有新动作。
2015年2月,Dr.Egidijus Auksorius就在在旧金山Moscone centre上发表了题为「Large field of view full field optical coherence tomography for fingerprint imaging」的presentation。幸运的是,当时我在现场。 跟之前的技术差别在于,该系统没有使用高数值孔径的显微物镜,所谓高数值孔径,简单来说就是放大倍率高,但这是就失去了成像深度作为代价。对指纹成像,分辨率就不再是一个很必要的技术参数,成像深度变成了目标。所以,将显微物镜移除换成普通透镜,数值孔径约0.05,这时成像深度最多大约0.5毫米。很巧妙地规避了FF-OCT的缺点和利用了它的优势。
倾斜FF-OCT原理图

以上两图的区别就在与是否有显微物镜(MO)。而所谓的识别真假指纹,就是因为FF-OCT能穿透指肚,可以探测深度约200µm的乳突[1],这是假指纹不会存在的信息。

Touch ID

那苹果公司的Touch ID的原理是什么呢?在文章开头的第一篇报道中写到:

不过总的来说,这台扫描仪的研发还在改善,科学家们希望能研制出一台成本低于1万美元的最终成品。因此,这个产品短期内不会面向消费者市场,而是配置给安全需求较高的场所使用。另据悉,为了弥补这个遗憾,加州大学的科学家正致力于研发一款基于超声成像的3D指纹识别机,来替代目前移动设备的电容式扫描仪

Exactly, 就是这个电容式扫描仪。手指和Touch ID构成电场,通过电压的不同来识别指纹,而假指纹是不会导电的,也从而解决了真假指纹识别的问题。但是,「乳突」是否存在这一条件显然要强于是否「导电」,而事实上,已经有人利用特殊材料模仿人体指纹成功骗取Touch ID解锁iPhone。

我曾经有一个想法是将我们的系统跟Apple结合。

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参考文献
[1]Egidijus Auksorius and A. Claude Boccara, “Fingerprint imaging from the inside of a finger with full-field optical coherence tomography,” Biomed. Opt. Express 6, 4465–4471 (2015)

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