เทคนิคที่ก้าวล้ำเผยให้เห็นลายนิ้วมือในรายละเอียด 3 มิติที่น่าทึ่ง

เมื่อคุณใช้ลายนิ้วมือเพื่อปลดล็อคสมาร์ทโฟน โทรศัพท์ของคุณจะดูรูปแบบสองมิติเพื่อพิจารณาว่าเป็นลายนิ้วมือที่ถูกต้องก่อนที่จะปลดล็อคให้คุณหรือไม่ แต่รอยนิ้วมือของคุณที่ทิ้งไว้บนพื้นผิวของปุ่มนั้นจริงๆ แล้วเป็นโครงสร้าง 3 มิติที่เรียกว่าฟิงเกอร์มาร์ก

รอยนิ้วมือประกอบด้วยรอยน้ำมันเล็กๆ จากผิวหนังของคุณ สันเขาแต่ละอันมีความสูงเพียงไม่กี่ไมครอน หรือเพียงไม่กี่ร้อยของความหนาของเส้นผมมนุษย์

ตัวระบุไบโอเมตริกซ์จะบันทึกลายนิ้วมือเป็นรูปภาพ 2 มิติเท่านั้น และถึงแม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะมีข้อมูลจำนวนมาก แต่ก็ยังมีข้อมูลที่ขาดหายไปมากมาย ลายนิ้วมือ 2 มิติจะละเลยความลึกของรอยนิ้ว รวมถึงรูขุมขนและรอยแผลเป็นที่ฝังอยู่ในสันนิ้วที่มองเห็นได้ยาก

ฉันเป็นนักการศึกษาและนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาโฮโลแกรม ซึ่งเป็นสาขาการวิจัยที่เน้นวิธีการแสดงข้อมูล 3 มิติ ห้องปฏิบัติการของฉันได้สร้างวิธีการสร้างแผนที่และแสดงภาพลายนิ้วมือในแบบสามมิติจากทุกมุมมองบนคอมพิวเตอร์ โดยใช้โฮโลแกรมดิจิทัล

ประเภทลายนิ้วมือ

นักวิทยาศาสตร์จัดประเภทของรอยนิ้วมือว่าเป็นสิทธิบัตร พลาสติก หรือวัสดุแฝง ขึ้นอยู่กับว่ามองเห็นได้แค่ไหนเมื่อปล่อยไว้บนพื้นผิว

ลายนิ้วมือของสิทธิบัตรเป็นประเภทที่มองเห็นได้มากที่สุด - ลายนิ้วมือเปื้อนเลือดในที่เกิดเหตุเป็นตัวอย่างหนึ่ง รอยนิ้วพลาสติกจะพบได้บนพื้นผิวที่อ่อนนุ่ม เช่น ดินเหนียว Play-Doh หรือแท่งช็อกโกแลต สายตามนุษย์สามารถมองเห็นทั้งสิทธิบัตรและรอยนิ้วมือพลาสติกได้ค่อนข้างง่าย

สิ่งที่มองเห็นได้น้อยที่สุดคือรอยนิ้วที่แฝงอยู่ มักพบบนพื้นผิวแข็ง เช่น แก้ว โลหะ ไม้ และพลาสติก เครื่องตรวจสอบลายนิ้วมือจะต้องใช้วิธีการทางกายภาพหรือทางเคมี เช่น การปัดฝุ่นด้วยผง การสร้างปฏิกิริยาทางเคมีด้วยรีเอเจนต์ที่เหมาะสม หรือการฟูมของไซยาโนอะคริเลต

ไซยาโนอะคริเลตสร้างกาวซุปเปอร์ในรูปของเหลว แต่ในฐานะก๊าซ สามารถทำให้มองเห็นรอยนิ้วมือที่ซ่อนเร้นได้ นักวิจัยพัฒนาภาพพิมพ์โดยปล่อยให้โมเลกุลไอไซยาโนอะคริเลตทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบในคราบลายนิ้วมือแฝง

รายละเอียดทางเรขาคณิตบนนิ้วแบ่งออกเป็นสามระดับ ระดับ 1 ครอบคลุมรูปแบบสันเขาที่มองเห็นได้ จึงเป็นวง วงก้นหอย และส่วนโค้ง ระดับ 2 หมายถึง รายละเอียดปลีกย่อยหรือรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ เช่น การแยกไปสองทาง การสิ้นสุด ดวงตา และตะขอ

สุดท้าย คุณลักษณะระดับ 3 เช่น รูขุมขน รอยแผลเป็น และรอยพับ มีขนาดเล็กเกินกว่าที่สายตามนุษย์จะสามารถแก้ไขได้ นี่คือจุดที่เทคนิคด้านการมองเห็น เช่น โฮโลกราฟฟี มีประโยชน์ เนื่องจากความยาวคลื่นแสงอยู่ในลำดับไมครอน ซึ่งเล็กพอที่จะแสดงรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ บนวัตถุได้

การพัฒนาโฮโลแกรมรอยนิ้ว

เนื่องจากโดยปกติแล้วรอยนิ้วจะถูกรวบรวมเป็นภาพ 2 มิติ และโฮโลแกรมจะแสดงข้อมูล 3 มิติ ทีมของฉันจึงต้องการพัฒนาเทคนิคที่สามารถแสดงคุณลักษณะทอพอโลยี 3 มิติทั้งหมดของรอยนิ้วได้

เพื่อทำเช่นนี้ เราได้ร่วมมือกับกลุ่มของ Akhlesh Lakhtakia ที่ Penn State พวกเขาพัฒนาเทคนิคพิเศษที่สะสมชั้นฟิล์มบางเรียงเป็นแนวระดับนาโนที่เรียกว่า CTF ไว้บนรอยนิ้วเพื่อพัฒนาและรักษาไว้

ฟิล์มบางเรียงเป็นแนวเป็นเสาหนาแน่นที่ทำจากวัสดุคล้ายแก้วซึ่งปกคลุมรอยนิ้วมืออย่างสม่ำเสมอ เหมือนกับต้นไม้ที่เติบโตอย่างหนาแน่นของต้นไม้ที่เหมือนกันในป่า

เช่นเดียวกับยอดของต้นไม้เหล่านี้จะสะท้อนถึงโครงสร้างของพื้นดิน ยอดของฟิล์มบางเรียงเป็นแนวเหล่านี้ก็จำลองโครงสร้าง 3 มิติของรอยนิ้วที่พวกมันติดอยู่

ในการสร้างโฮโลแกรมของบางอย่างเช่นลายนิ้วมือ 3 มิติ นักวิจัยได้แยกแสงจากเลเซอร์ออกเป็นสองส่วน ส่วนหนึ่งเรียกว่าคลื่นอ้างอิง ซึ่งฉายแสงโดยตรงบนกล้องดิจิตอล คลื่นอีกลูกหนึ่งส่องไปที่วัตถุ ในกรณีนี้คือนิ้ว

หากวัตถุสะท้อนแสง แสงที่สะท้อนจะถูกส่งไปยังกล้องดิจิตอลและซ้อนทับบนคลื่นอ้างอิง

การซ้อนทับของคลื่น - ทั้งจากการอ้างอิงและวัตถุ - ทำให้เกิดรูปแบบการรบกวน ซึ่งเรียกว่าโฮโลแกรม ในการถ่ายภาพสามมิติแบบดิจิทัล โฮโลแกรมซึ่งเป็นภาพ 2 มิตินี้จะถูกบันทึกลงในกล้องดิจิตอล

จากนั้นนักวิจัยนำเข้าโฮโลแกรมไปยังคอมพิวเตอร์ ซึ่งพวกเขาสามารถใช้กฎทางกายภาพของการแพร่กระจายคลื่นเพื่อค้นหาว่าคลื่นแสงจากเลเซอร์สะท้อนไปที่ส่วนต่างๆ ของวัตถุที่ใด

กระบวนการนี้ทำให้พวกเขาสามารถสร้างวัตถุขึ้นใหม่เป็นภาพ 3 มิติได้

ดังนั้น โฮโลแกรมที่สร้างขึ้นใหม่จึงมีรายละเอียด 3 มิติทั้งหมดของวัตถุ และตอนนี้คุณก็สามารถเห็นภาพวัตถุ 3 มิติบนแล็ปท็อปได้จากทุกมุมมอง

ยกนิ้ว

ในปี 2017 การทำงานร่วมกันของเรารายงานผลลัพธ์แรกของเรา โดยเราได้สร้างภาพ 3 มิติของรอยนิ้วมือที่ซ่อนเร้นโดยใช้เทคนิค CTF เราบันทึกโฮโลแกรมของรอยนิ้วมือที่พัฒนาโดย CTF โดยมีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสองแบบ ได้แก่ สีเขียวและสีน้ำเงิน ซึ่งสร้างจากเลเซอร์

การใช้ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสองแบบช่วยให้เราสามารถระบุรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ เช่น รูพรุนในการสร้างใหม่แบบ 3 มิติได้

กลุ่มวิจัยของ Lakhtakia ได้ฝากรอยนิ้วหลายร้อยนิ้วไว้บนกระจก ไม้ และพลาสติก จากนั้นพวกเขาจะปล่อยให้พวกเขามีอายุในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ที่อุณหภูมิและระดับความชื้นต่างๆ ก่อนที่จะเคลือบด้วยฟิล์ม CTF เพื่อรับลายนิ้วมือ

กลุ่มของฉันบันทึกโฮโลแกรมดิจิทัลของรอยนิ้วเหล่านี้และแสดงเป็นภาพสามมิติบนคอมพิวเตอร์

นอกจากนี้เรายังได้เริ่มดำเนินการแผนการวิเคราะห์ลายนิ้วมือ 3 มิติที่ดีขึ้น เพื่อช่วยระบุตัวผู้ต้องสงสัยในอาชญากรรม

ห้องทดลองอาชญากรรมระดับภูมิภาคไมอามีแวลลีย์ในเมืองเดย์ตัน รัฐโอไฮโอ ได้ให้คะแนนคุณภาพของลายนิ้วมือที่กลุ่มวิจัยของ Lakhtakia จับได้

นอกจากนี้ยังจะช่วยเราพัฒนาวิธีการใหม่ในการให้คะแนนการสร้างภาพโฮโลแกรม 3 มิติใหม่ ซึ่งเป็นสิ่งที่ยังไม่มีอยู่ในปัจจุบัน

ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการสร้างหมวดหมู่เพื่อจำแนกว่าการเรนเดอร์ 3D ของรอยนิ้วมีความชัดเจนเพียงใด

การใช้ลายนิ้วมือเป็นตัวระบุที่ไม่ซ้ำกันมีประวัติศาสตร์อันยาวนาน ย้อนกลับไปถึงอารยธรรมบาบิโลนโบราณและจีน

พวกมันถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางนิติวิทยาศาสตร์ตั้งแต่ปลายทศวรรษที่ 1890 โดยเริ่มที่เมืองกัลกัตตา ประเทศอินเดีย งานของเรามีเป้าหมายที่จะสร้างประวัติศาสตร์อันยาวนานนี้และใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยเพื่อปรับปรุงการวิเคราะห์ลายนิ้วมือ

คุณคิดอย่างไรกับความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่นี้ เราชอบที่จะได้ยินมุมมองของคุณ! อย่าลังเลที่จะแบ่งปันข้อมูลเชิงลึกของคุณในความคิดเห็นด้านล่างหรือสนทนาต่อบน Twitter หรือ Facebook ของเรา

คำแนะนำของบรรณาธิการ:

• ความท้าทายด้าน AI ในปี 2024: ข้อมูลเชิงลึกจาก 3 นักวิจัย AI ชั้นนำ
• Humans และ ChatGPT สะท้อนรูปแบบภาษาซึ่งกันและกัน - มีวิธีดังนี้
• เทรดเดอร์ ChatGPT AI: เร็วเกินไป โมโหเกินไป เสี่ยงเกินไปใช่ไหม
• วิธีดูแลลูกวัยรุ่นของคุณให้ปลอดภัยจากความท้าทายทางโซเชียลมีเดียที่เป็นอันตราย

หมายเหตุบรรณาธิการ: บทความนี้เขียนโดย Partha Banerjee ศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยเดย์ตัน และเผยแพร่ซ้ำจาก The Conversation ภายใต้ใบอนุญาต Creative Commons อ่านบทความต้นฉบับ