Az ujjnyomok olyan komplex szerkezetek, amelyek több dimenziós információt hordoznak magukban, mint például a mélység és a felületi textúra. Bár az okostelefonok jelenleg csak 2D-s képeket használnak az ujjlenyomat-azonosításhoz, a 3D-s adatok potenciálisan nagyobb biztonságot és pontosságot jelenthetnek az azonosítás során.
A holográfia egy olyan technológia, amely lehetővé teszi a háromdimenziós objektumok pontos és részletes megjelenítését. Laboratóriumom olyan módszert fejlesztett ki, amely segítségével az ujjnyomokat három dimenzióban lehet feltérképezni és megjeleníteni számítógépes rendszeren keresztül. Ezáltal a digitális holográfia lehetővé teszi az ujjnyomok teljes körű, részletes elemzését, amely magában foglalja a mélységi információkat és a felületi jellemzőket is.
Ez a technológia potenciálisan forradalmi lehet az ujjlenyomat-alapú azonosítás terén, mivel pontosabb és megbízhatóbb azonosítást tesz lehetővé a hagyományos 2D-s módszerekhez képest. A háromdimenziós ujjnyomatok lehetővé tehetik a pontosabb és biztonságosabb hozzáférést az okostelefonokhoz és más biometrikus azonosító rendszerekhez, javítva ezzel az adatbiztonságot és a felhasználók védelmét.
Ujjlenyomat típusok
A tudósok az ujjlenyomatokat három kategóriába sorolják: patentált, műanyag és látens, attól függően, hogy mennyire láthatóak a felületen hagyva.
A patentált ujjlenyomatok a legfeltűnőbb típusok közé tartoznak – például bűnügyi helyszíneken található véres ujjlenyomatok. Műanyag ujjlenyomatok találhatók puha felületeken, például agyagban, Play-Doh-ban vagy csokoládéban. Az emberi szem könnyen észleli mindkét típust: a patentált és a műanyag ujjlenyomatokat.
A legkevésbé láthatóak a látens ujjlenyomatok. Ezek általában kemény felületeken találhatók, például üvegen, fémeken, fán vagy műanyagon. Az azonosításhoz az ujjlenyomat-vizsgálónak fizikai vagy kémiai módszereket kell alkalmaznia, például porral szórnia, megfelelő reagensekkel kémiai reakciókat létrehoznia, vagy cianoakrilát füstöt alkalmaznia.
A cianoakrilát szuper ragasztóvá válik folyékony állapotában, de gázként láthatóvá teheti a látens ujjlenyomatokat. A kutatók olyan módon alakítják ki a lenyomatokat, hogy lehetővé teszik a cianoakrilát gőzmolekulák reakcióját a látens ujjlenyomat-maradványokkal.
Az ujjlenyomatok geometriai részletei három szintre oszlanak. Az első szint tartalmazza a látható gerincmintákat, mint például hurkok, örvények és ívek. A második szint apró részletekre utal, mint például a bifurkációk, végződések, szemek és horgok.
Az ujjlenyomatoknak van látható gerincstruktúrájuk, például ívek (balra), örvények (középen) és hurkok (jobbra), de mikroszkopikus szinten sokkal finomabb mintázatokkal és szerkezetekkel rendelkeznek. ValeriyPolunovskiy/Wikimedia Commons, CC BY-SA
Végül a harmadik szintű jellemzők, például a pórusok, hegek és ráncok túl kicsik ahhoz, hogy az emberi szem felismerje. Ez az a terület, ahol az optikai technikák, például a holográfia, nagyon hasznosak lehetnek, mivel az optikai hullámhosszak mikron méretűek, így elegendő részletet tudnak megjeleníteni egy tárgyon.
Ujjlenyomat-hologramok kifejlesztése
Mivel az ujjlenyomatok általában 2D-s képekként kerülnek rögzítésre, míg a hologramok 3D-s információkat közvetítenek, csapatunk olyan technikát fejlesztett ki, amely képes az ujjlenyomatok teljes 3D-s topológiai jellemzőinek megjelenítésére.
Ehhez együttműködtünk Akhlesh Lakhtakia csoportjával Pennsylvaniában. Kifejlesztettek egy speciális technikát, amely egy nanoméretű oszlopos vékony fólia réteget, az ún. CTF-t helyez a ujjlenyomat tetejére, hogy kifejlessze és megőrizze azt.
Az oszlopos vékony fólia sűrű pillérei olyan üveges anyagból készülnek, amelyek egyenletesen fedik az ujjlenyomatot, hasonlóan egy erdőben egymás mellett álló fák sűrűségéhez. Ahogyan ezeknek a fáknak a teteje tükrözi a talaj topográfiáját, úgy ezek az oszlopos vékony fóliák teteje reprodukálja az ujjlenyomatok 3D-s szerkezetét.
A mintákat CTF fólia segítségével gyűjtöttük. Banerjee Laboratórium
Hologram készítése során, amikor valamely 3D-s ujjlenyomról van szó, a kutatók a lézerfényt két részre osztják. Az egyik rész, a referenciához tartozó hullám, közvetlenül a digitális fényérzékelőre irányul. A másik hullám a tárgyat, ebben az esetben az ujjlenyomatot világítja meg.
Amennyiben a tárgy visszaveri a fényt, a visszavert fény a digitális fényérzékelőre irányul, ahol összeadódik a referenciahullámmal.
A hullámok szuperpozíciója – mind a referenciától, mind a tárgytól – interferenciamintázatot hoz létre, ami a hologramot alkotja. Ezt a hologramot a digitális fényérzékelő rögzíti a digitális holográfia során. A kutatók ezután a hologramot egy számítógépre importálják, ahol a hullámterjedés fizikai törvényei alapján rekonstruálják, hogy a lézerfény hullámai mely részekről verődtek vissza a tárgyon.
Ez a folyamat lehetővé teszi számukra az objektum 3D-s képként történő rekonstrukcióját.
Tehát a rekonstruált hologram rendelkezik az objektum teljes 3D-s részletével, és most már egy laptopon is megjeleníthető a 3D objektum bármilyen szemszögből.
Ujjlenyomatok gyűjtése
2017-ben megosztottuk az első eredményeinket, amelyek a látens ujjlenyomatokról készült 3D képeket mutatták be a CTF technika alkalmazásával. A CTF által létrehozott ujjlenyomat-hologramokat rögzítettük két különböző hullámhosszú lézerrel – zöld és kék. A két eltérő hullámhossz használata lehetővé tette számunkra, hogy a 3D-s rekonstrukciókban apró részleteket, például pórusokat is megfigyeljünk.
Lakhtakia kutatócsoportja több száz ujjlenyomatot helyezett el üvegen, fán és műanyagon. Ezeket különféle környezeti feltételek között, különböző hőmérsékleten és páratartalom mellett hagyták, mielőtt CTF fóliával kezelték volna őket az ujjlenyomatok rögzítéséhez. Csoportunk digitális hologramokat készített ezekről az ujjlenyomatokról, majd számítógépen jelenítette meg őket 3D-ben.
Ezenkívül dolgozni kezdtünk egy fejlettebb 3D ujjlenyomat-elemzési terven is, amely segíthet azonosítani a bűncselekményekkel gyanúsítottakat.
Az Ohio Daytonban található Miami Valley Regionális Bűnügyi Laboratórium minősítette Lakhtakia kutatócsoportjának által rögzített ujjlenyomatok minőségét. Ez segít nekünk abban, hogy új módszert dolgozzunk ki a 3D holografikus rekonstrukciók osztályozására, ami jelenleg nem létezik. Ennek része lehet kategóriák létrehozása annak meghatározására, hogy mennyire egyértelműek az ujjnyomok 3D-s megjelenítései.
Az ujjlenyomatokat egyedi azonosítóként használják már évszázadok óta, egészen az ókori babiloni és kínai civilizációkig visszanyúlva. Igazságügyi szakértői célokra használták őket az 1890-es évek végétől kezdve, kezdve az indiai Kalkuttától. Célunk az, hogy ezen gazdag történelmi hagyományokra építve, és a legmodernebb technológiákat felhasználva javítsuk az ujjnyomok elemzését.
Partha Banerjee a Daytoni Egyetem villamos- és számítástechnika professzora. Ezt a cikket újra kiadták A beszélgetés alatt Creative Commons licenc. Olvassa el a eredeti cikk.
A cikk eredeti nyelven itt érhető el: https://www.discovermagazine.com/technology/research-into-holograms-could-improve-forensic-fingerprint-analysis
