Die Erforschung von Hologrammen könnte die forensische Fingerabdruckanalyse verbessern

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Wenn Sie Ihr Smartphone mit Ihrem Fingerabdruck entsperren, prüft Ihr Telefon anhand eines zweidimensionalen Musters, ob es sich um den richtigen Fingerabdruck handelt, bevor es für Sie entsperrt wird. Aber der Abdruck, den Ihr Finger auf der Oberfläche der Taste hinterlässt, ist eigentlich eine dreidimensionale Struktur, die als Fingerabdruck bezeichnet wird.

Fingerabdrücke bestehen aus winzigen Ölwülsten auf Ihrer Haut. Jeder Grat ist nur wenige Mikrometer hoch oder ein paar Hundertstel der Dicke eines menschlichen Haares.

Biometrische Identifikatoren zeichnen Fingerabdrücke nur als 2D-Bilder auf, und obwohl diese viele Informationen enthalten, fehlen viele. Bei einem 2D-Fingerabdruck wird die Tiefe des Fingerabdrucks vernachlässigt, einschließlich Poren und Narben in den Fingerrücken, die schwer zu erkennen sind.

Ich bin ein Pädagoge und Wissenschaftler Wer studiert Holographie, ein Forschungsgebiet, das sich auf die Darstellung von 3D-Informationen konzentriert. Mein Labor hat eine Möglichkeit geschaffen, Fingerabdrücke dreidimensional aus jeder Perspektive auf einem Computer abzubilden und zu visualisieren – mit digitaler Holographie.

Arten von Fingerabdrücken

Wissenschaftler kategorisieren Fingerabdrücke entweder als sichtbar, plastisch oder latent, je nachdem, wie sichtbar sie sind, wenn sie auf einer Oberfläche hinterlassen werden.

Offensichtliche Fingerabdrücke sind die sichtbarste Art – blutige Fingerabdrücke an Tatorten sind ein Beispiel. Fingerabdrücke aus Kunststoff finden sich auf weichen Oberflächen wie Ton, Play-Doh oder Schokoriegeln. Das menschliche Auge kann beides sehen Fingerabdrücke aus Patent- und Kunststoffresten lassen sich ganz leicht entfernen.

Am wenigsten sichtbar sind latente Fingerabdrücke. Diese findet man meist auf harten Oberflächen wie z Glas, Metalle, Hölzer und Kunststoffe. Um sie zu erkennen, muss ein Fingerabdruckprüfer physikalische oder chemische Methoden anwenden, z. B. das Bestäuben mit Pulver, das Herbeiführen chemischer Reaktionen mit geeigneten Reagenzien usw Rauchendes Cyanacrylat.

Cyanacrylat ergibt Superkleber seine flüssige Form, kann aber als Gas latente Fingerabdrücke sichtbar machen. Forscher entwickeln die Abdrücke, indem sie Cyanacrylat-Dampfmoleküle mit Komponenten in den latenten Fingerabdruckrückständen reagieren lassen.

Die geometrischen Details auf Fingerabdrücken werden in drei Ebenen eingeteilt. Level 1 umfasst sichtbare Gratmuster, also Schleifen, Wirbel und Bögen. Level 2 bezieht sich auf Kleinigkeiten oder kleine Detailswie Gabelungen, Enden, Augen und Haken.

Fingerabdrücke weisen sichtbare Gratstrukturen wie Bögen (links), Wirbel (Mitte) und Schleifen (rechts) auf, auf mikroskopischer Ebene weisen sie jedoch viel feinere Muster und Strukturen auf. ValeriyPolunovskiy/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Schließlich sind Merkmale der Stufe 3, wie Poren, Narben und Falten, zu klein, als dass das menschliche Auge sie erkennen könnte. Das ist wo optische Techniken B. die Holographie, sind praktisch, da optische Wellenlängen in der Größenordnung von Mikrometern liegen und klein genug sind, um kleine Details auf einem Objekt zu erkennen.

Entwicklung von Fingerabdruck-Hologrammen

Da Fingerabdrücke normalerweise als 2D-Bilder erfasst werden und Hologramme 3D-Informationen anzeigen, wollte mein Team eine Technik entwickeln, die alle topologischen 3D-Eigenschaften eines Fingerabdrucks anzeigen kann.

Um dies zu erreichen, haben wir mit zusammengearbeitet Akhlesh Lakhtakias Gruppe an der Penn State. Sie entwickelten eine spezielle Technik, die a ablagert nanoskaliger säulenförmiger dünner Film Schicht, genannt CTF, auf den Fingerabdruck auftragen, um ihn zu entwickeln und zu bewahren.

Säulenförmige dünne Filme sind dichte Säulen von glasartiges Material die den Fingerabdruck gleichmäßig bedecken, wie ein dichter Bewuchs identischer Bäume in einem Wald. So wie die Spitzen dieser Bäume die Topologie des Bodens widerspiegeln würden, so würden auch die Spitzen dieser säulenförmigen dünnen Filme die Topologie des Bodens widerspiegeln Replizieren Sie die 3D-Struktur der Fingerabdrücke, auf denen sie angebracht sind.

Mit CTF-Film gesammelte Proben. Banerjee-Labor

Um ein Hologramm zu erstellen Um so etwas wie einen 3D-Fingerabdruck zu erzeugen, teilten Forscher das Licht eines Lasers in zwei Teile auf. Ein Teil, die sogenannte Referenzwelle, scheint direkt auf eine Digitalkamera. Die andere Welle strahlt auf das Objekt, in diesem Fall den Fingerabdruck.

Wenn das Objekt reflektierend ist, ist es auch das reflektierte Licht auf die Digitalkamera gerichtet Und der Referenzwelle überlagert.

Durch die Überlagerung von Wellen – sowohl von der Referenz als auch vom Objekt – entsteht ein Interferenzmuster, das als Hologramm bezeichnet wird. Bei der digitalen Holographie wird dieses Hologramm, also ein 2D-Bild, in der Digitalkamera aufgezeichnet. Anschließend importieren die Forscher das Hologramm in einen Computer, wo sie mithilfe der physikalischen Gesetze der Wellenausbreitung herausfinden können, wo die Lichtwellen des Lasers von verschiedenen Teilen des Objekts reflektiert werden.

Dieser Prozess ermöglicht es ihnen das Objekt zu rekonstruieren als 3D-Bild.

Das rekonstruierte Hologramm hat also alle 3D-Details des Objektsund Sie können das 3D-Objekt nun auf einem Laptop visualisieren aus jeder Perspektive.

Fingerabdrücke aufnehmen

Im Jahr 2017 unsere Zusammenarbeit berichteten über unsere ersten Ergebnisse, wo wir mithilfe der CTF-Technik 3D-Bilder latenter Fingerabdrücke erstellt haben. Wir haben Hologramme der mit CTF entwickelten Fingerabdrücke mit zwei verschiedenen Lichtwellenlängen – grün und blau – aufgenommen, die von einem Laser erzeugt wurden. Mithilfe zweier verschiedener Wellenlängen konnten wir in den 3D-Rekonstruktionen winzige Details wie Poren erkennen.

Lakhtakias Forschungsgruppe hat Hunderte Fingerabdrücke auf Glas, Holz und Kunststoff hinterlassen. Anschließend ließen sie sie in verschiedenen Umgebungen, bei unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten altern, bevor sie sie mit einer CTF-Folie überzogen, um den Fingerabdruck aufzunehmen. Meine Gruppe zeichnet die digitalen Hologramme dieser Fingerabdrücke auf und visualisiert sie in 3D auf einem Computer.

Wir haben außerdem mit der Arbeit an einem besseren Plan zur 3D-Fingerabdruckanalyse begonnen, um die Identifizierung von Straftatverdächtigen zu erleichtern.

Der Regionales Kriminallabor Miami Valley in Dayton, Ohio, hat die Qualität der von Lakhtakias Forschungsgruppe erfassten Fingerabdrücke bewertet. Es wird uns auch dabei helfen, eine neue Methode zur Bewertung der holografischen 3D-Rekonstruktionen zu entwickeln, die es derzeit noch nicht gibt. Dies kann die Erstellung von Kategorien umfassen, um zu klassifizieren, wie klar die 3D-Darstellungen der Fingerabdrücke sind.

Die Verwendung von Fingerabdrücken als eindeutige Identifikatoren hat eine lange Geschichte, die bis zurückreicht alte babylonische und chinesische Zivilisationen. Sie wurden für forensische Zwecke verwendet seit Ende der 1890er Jahre, beginnend in Kalkutta, Indien. Ziel unserer Arbeit ist es, auf dieser reichen Geschichte aufzubauen und modernste Technologien zur Verbesserung der Fingerabdruckanalyse einzusetzen.


Partha Banerjee ist Professorin für Elektrotechnik und Informationstechnik an der University of Dayton. Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einem Creative Commons License. Lies das originaler Artikel.




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