Ноутбук и сетчатка глаза
Не так давно был представлен новый флагман Samsung Galaxy Note 7. Одной из его ключевых функций стала возможность разблокировки устройства при помощи сканирования радужки глаза.
Сканер радужки глаза, это один из устоявшихся штампов киноиндустрии, особенно, когда дело касается шпионских и научно-фантастических фильмов. Теперь эта технология стала не просто выдумкой, а перекочевала в повседневные гаджеты простых людей (а не супершпионов), в частности, в смартфоны, ну по крайней мере один точно. Посмотрим, как эта штука приживётся в смартфоностроении: перекочует ли она к другим производителям или останется бесполезной диковинкой Galaxy Note 7 (или вообще откровенной дичью), как проектор в китайском смартфоне. Тем не менее, нам стало интересно, как устроен этот сканер. Мы разобрались и спешим поделиться этим с вами.
Как выглядит общая схема сканирования радужной оболочки глаза
Радужная оболочка наших глаз, как и отпечаток пальца имеет свой неповторимый рисунок. Поэтому это удобное средство аутентификации. Биометрические гражданские паспорта, если вы помните, фиксируют именно эту информацию, потому что в отличие от отпечатка пальцев, радужку глаза подделать пока не представляется возможным. Кроме того со временем она не изменяется.
Однако сканер не просто фотографирует ваш глаз, а потом сверяет с исходником. На практике процедура начинается с направленного инфракрасного луча ближнего спектра. Этот свет для идентификации подходит гораздо лучше, чем дневной, потому что камере легче захватить рисунок радужки, подсвеченный именно ИК-светом. Кроме того, такой сканер может работать в темноте. При этом процедуре идентификации радужной оболочки могут подвергаться даже люди с плохим зрением, так как ИК-луч свободно проходит через прозрачные очки и линзы. После того, как рисунок радужки зафиксирован, алгоритм переводит рисунок радужной оболочки глаза в код, который сравнивается с имеющейся базой.
Захват изображения глаза — полученная картинка — определение радужки и века — выделение этой области — удаление века с картинки — нормализация этой области — транскодирование — сравнение с базой данных
В чём особенность сканера Samsung Galaxy Note 7?
По большей части, сканер нового фаблета от Samsung работает по описанной выше схеме, любопытная деталь заключается в том, что на фронтальной панели Galaxy Note 7 располагается камера, которая занимается исключительно распознаванием радужной оболочки глаза. Почему же фронтальная камера не может выполнять эту задачу? Потому что камера должна быть чувствительна к ИК спектру. В обычных камерах ИК свет фильтруется, так как он портит обычные фотографии. Кроме этого считывающая камера имеет более узкий угол обзора, чтобы видеть глаз пользователя лучше, особенно на расстоянии.
Насколько это безопасно?
Некоторые пользователи выразили озабоченность по поводу того, что такой сканер в Samsung Galaxy Note 7 может быть небезопасен, в частности, не приведёт ли его частое использование к необратимому повреждению глаз. Такие вопросы вполне резонны, ведь для сканирования смартфон отправляет луч света прямо в ваш глаз, и так как этот свет невидим для человека, то зрачок никак не пытается от него защититься, поэтому свет попадает на сетчатку, не встречая никаких преград.
На самом деле мы не можем быть на 100% уверенными, что частое использование сканера радужки глаза Samsung Galaxy Note 7 не будет иметь какого-то влияния на наши глаза. Если сейчас эту статью читает окулист, мы будем рады услышать ваше экспертное мнение в этом вопросе.
Сама компания предупреждает пользователей, что подносить смартфон слишком близко к глазам во время идентификации не нужно, если следовать этому предостережению всё должно быть хорошо. Однако так как считывание радужки не такое частое явление, массового тестирования и результатов, сделанных на основе людей, пока нет. Когда они появятся, может быть уже слишком поздно кого-то предупреждать, а может быть и наоборот — придёт подтверждение, что функция полностью безопасна.
Это тоже самое, что сканер сетчатки?
Если вы запутались — проясню, да сканирование радужки и сетчатки — процессы схожие, но различаются по основному принципу. При сканировании сетчатки, алгоритм считывает не рисунок сетчатки, а изображение глазного дна. Но для бытовых условий гораздо проще пользоваться сканером радужной оболочки, так как для считывания сетчатки устройство нужно подносить вплотную к глазу. В случае со смартфоном это выглядело бы очень глупо.
Зачем это нужно?
В смартфонах уже давно есть считыватели отпечатков пальцев, они быстрые надёжные безопасные и достаточно дешёвые, чтобы быть установленными даже в китайских смартфонах дешевле $200. Зачем тогда нам сканеры радужной оболочки? Главным образом затем, что они в несколько раз более надёжны и безопасны. Главным доводом является то, что отпечатки пальцев мы оставляем почти на каждой поверхности, к которой прикасаемся, а значит копию отпечатка гораздо проще достать. При этом мокрые и грязные пальцы устройству часто тяжело распознать. Получить копию радужной оболочки крайне тяжело, а глаза изнутри никогда не заляпаны грязью, поэтому владельцу воспользоваться аутентификацией в любых условиях гораздо проще. Хотя, в кино уже давно придумали способ, как обойти эту защиту:
Есть ли у технологии будущее?
Я считаю, что сканер Samsung Galaxy Note 7 не сделает его хитом. Да, эта технология работает и ей можно лихо хвастаться друзьям, но для большинства — использование сканера отпечатка пальцев будет достаточно. Однако не исключено, что новинку оценит, в первую очередь, корпоративный сегмент, которому необходимо лучше, чем остальным защищать информацию на своём смартфоне. Для простых обывателей, думается мне, будет слишком лениво подносить смартфон на определённое расстояние, при этом совершая необходимые действия. Но это не говорит о том, что Samsung не разовьёт технологию или о том, что она неожиданно не выстрелит и перекочует даже в iPhone. Шансы у этой серьёзной игрушки есть.
Источник
Аутентификация по сетчатке глаза — это одна из биометрических технологий, используемая для проверки подлинности личности.
Тип биометрической технологии, который рассматривается в данной статье, использует физиологический параметр — уникальность сетчатки глаза. Данный метод часто путают с аутентификацией по радужной оболочке глаза, однако это совершенно другой способ аутентификации.
История[править | править код]
Первые упоминания об использовании сетчатки в качестве средства для проверки и идентификации восходят к 1930-м годам. Первое научное исследование было проведено доктором Карлтоном Саймоном и доктором Изодором Гольдштейном. В своей работе они предположили, что из-за различного распределения кровеносных сосудов сетчатка обладает структурой, уникальной для каждого человека, а значит может быть использована в качестве средства подтверждения личности.
Следующее научное исследование, которое подтвердило уникальность сетчатки, было проведено в 1950-х годах ученым, известным как доктор Пол Тауэр. Благодаря его работе было обнаружено, что даже у близнецов структура сетчатки различна. Более того, как и радужная оболочка глаза, сетчатка практически не изменяется в течение жизни человека, за исключением случаев болезни или слепоты.
Таким образом, распознавание по сетчатке является очень надежной системой биометрической аутентификации по сравнению с такими, как распознавание лиц или отпечатков пальцев.
Процесс распознавания сетчатки[править | править код]
В отличие от других биометрических способов, для распознавания сетчатки требуется большое количество требований от пользователя для сбора высококачественных данных. Необходимо, чтобы пользователь находился в непосредственной близости от устройства сканирования сетчатки. В этом состоит большое различие с распознаванием радужной оболочки, когда данные можно собирать с очень большого расстояния.
Процесс можно разбить следующим образом.
Сбор и обработка данных[править | править код]
На этом первом этапе человек должен зафиксировать свой глаз перед небольшим приемником. Отсюда инфракрасный световой луч затем излучается в глаз, чтобы полностью осветить сетчатку. Чтобы уменьшить вероятность ошибки, этот свет излучается на 360 градусов. Данный процесс может занять до нескольких минут. Чтобы обеспечить сбор качественных изображений, человек должен оставаться абсолютно неподвижным, очков или линз быть не должно в целях устранения помех. На этой стадии можно собрать и проанализировать до пяти необработанных изображений, чтобы создать комплексное изображение, из которого затем будут извлечены уникальные признаки.
Создание шаблона регистрации и подтверждения[править | править код]
На этом втором этапе извлекаются уникальные признаки. Генетические факторы фактически не определяют состав структуры кровеносных сосудов, из которых состоит сетчатка. Другими словами, это не вписывается в структуру ДНК человека и не передается потомству. Из-за этого с сетчатки может быть получено до 400 уникальных признаков (для отпечатка пальца — примерно в 30-40). После этого создается шаблон регистрации. Размер шаблона регистрации сетчатки составляет всего 96 байт и считается самым маленьким биометрическим шаблоном из всех. Это, очевидно, имеет многочисленные преимущества. Во-первых, при проверке статистической схожести между шаблонами проверки и регистрации значительно снижаются расходы на вычисления. Во-вторых, этот небольшой размер означает, что большее количество шаблонов может храниться в одной базе данных. Этот же процесс также используется для создания шаблона подтверждения.
Поскольку для распознавания сетчатки требуется высокая точность при сборе данных, существует ряд факторов, которые могут значительно помешать процессу распознавания:
- Неаккуратность пользователя при считывании данных:
Как было описано, человек должен оставаться совершенно неподвижным на протяжении всего процесса. Любое внезапное или непреднамеренное движение может негативно повлиять на относительное расположение линзы, которая используется для передачи луча инфракрасного света в сетчатку.
- Большое расстояние между глазом и объективом:
Для выполнения высококачественного сканирования между приемником и сетчаткой должно быть расстояние не более 3 дюймов. Если расстояние превышает вышеуказанное, процесс сканирования должен повторяться снова, пока данное требование не будет соблюдено. В этом отношении, по сравнению с другими биометрическими методами, точность имеет первостепенное значение при распознавании сетчатки.
- Размер зрачка человека:
Маленький зрачок может значительно уменьшить количество внешнего света, который передается на сетчатку. Также, данная проблема может усугубиться при сжатии зрачка из-за неправильных условий освещения.
Преимущества и недостатки[править | править код]
Преимущества[править | править код]
- Сетчатка считается очень стабильной и практически не меняется в течение жизни человека. Таким образом, в этом отношении она считается самой надежной биометрической технологией, доступной на рынке сегодня.
- Учитывая небольшой размер считываемых и анализируемых данных распознавания сетчатки, система способна быстро подтверждать личность человека.
- Из-за большого количества уникальных признаков, которыми обладает сетчатка, вероятность ложного срабатывания крайне низка.
- Поскольку сетчатка расположена внутри самой структуры глаза, она не подвержена влиянию внешней среды, в отличие от геометрии рук и отпечатков пальцев.
Недостатки[править | править код]
- Многие люди опасаются, что данная процедура негативно влияет на зрение (хотя научно данный факт не доказан)
- По сравнению со всеми другими биометрическими методами распознавание сетчатки требует от пользователя больше всего усилий.
- Из-за высоких требований к пользователю может понадобиться несколько попыток аутентификации и длительное время для получения результатов. Таким образом, если процесс не будет выполнен правильно, это может привести к очень большой частоте ложных отказов.
Алгоритмы, используемые при аутентификации[править | править код]
Алгоритм, основанный на методе фазовой корреляции[править | править код]
В данном алгоритме оцениваются вращение и смещение изображений относительно друг друга при помощи метода фазовой корреляции. После этого изображения выравниваются и вычисляется коэффициент, называемый показателем схожести.
Пусть и — изображения, одно из которых сдвинуто на относительно другого, а и — их преобразования Фурье, тогда:
, где R — кросс-спектр
Получим импульс-функцию, вычислив обратное преобразование Фурье кросс-спектра
Найдем искомое смещение, предварительно определив максимум этой функции
Затем при помощи полярных координат найдем угол вращения при наличии смещения :
Затем, как и в предыдущем случае, применяется метод фазовой корреляции.
После этого вычисляется показатель схожести по следующей формуле:
Вышеописанная техника на практике не всегда показывает хорошие результаты вследствие наличия шумов на изображениях. Для устранения этого недостатка данный алгоритм применяется итеративно (возможно, с изменением порядка подачи изображений в функцию). Каждый раз изображения выравниваются и рассчитывается показатель схожести. Конечным результатом будет считаться наибольший показатель схожести.
Интересные факты[править | править код]
- В среднем сетчатка глаза человека содержит 92 миллиона палочек, поэтому ее действительно можно считать уникальной.
- Исследования национальной лаборатории США показали, что вероятность ошибки второго рода при данном способе аутентификации крайне мала (меньше 1%).
Ссылки[править | править код]
- Explainer: Retinal Scan Technology
- Retina Recognition
- Retinal Recognition — the Ultimate Biometric
- Retinography
- Retinal recognition: Personal identification using blood vessels
- Методы аутентификации по сетчатке глаза
Источник
Глаз человека – это удивительный орган, который одновременно является и частью головного мозга и тонким оптическим прибором, при помощи которого мы видим окружающий мир. Сетчатка – наиболее важная структура глаза, которая имеет чрезвычайно сложное строение, позволяющее ей воспринимать волны света. Она отвечает за взаимодействие оптической системы глаза и зрительных отделов головного мозга. Она получает и передает информацию в головной мозг. То есть сетчатку можно сравнить с тончайшей матрицей видеокамеры, которая воспринимает изображение и передает его дальше. Поэтому от состояния сетчатки напрямую зависит качество нашего зрения.
Заболевания сетчатки, особенно в запущенной стадии, поддаются лечению чрезвычайно плохо. В некоторых ситуациях заболевания сетчатки требуют экстренного, срочного лечения. В этом случае счет идет на часы и на дни, иначе нервные клетки, находящиеся в сетчатке, погибают и восстановить их будущем в будущем уже невозможно. Если заболевания оптической системы глаза (патология роговицы, помутнения хрусталика и стекловидного тела) с успехом можно вылечить хирургическим способом и, как правило, для этого не требуется экстренных хирургических вмешательств, то к заболеваниям сетчатки надо относиться с большим вниманием и осторожностью, и в некоторых случаях показано экстренное хирургическое лечение, для того, чтобы восстановить и сохранить утраченное зрение, так как при своевременном лечении в большинстве случае удается вернуть зрение. Если лечение сетчатки запаздывает и не поведено вовремя, то вернуть утраченное зрение чрезвычайно сложно, а в некоторых случаях это просто невозможно.
Болезни сетчатки могут возникнуть при различных общих и системных заболеваниях, таких как сахарный диабет, гипертоническая болезнь, заболевания почек и надпочечников, при сосудистых нарушениях, при возрастных изменениях сосудистой системы головного мозга, позвоночника и так далее. Очень часто заболевания сетчатки могут возникнуть при таких распространенных заболеваниях как близорукость, дальнозоркость, при внутриглазных воспалительных заболеваниях. Часто заболевания сетчатки развиваются после различных травм глазного яблока и орбиты.
Сетчатка – это очень тонкая и нежная внутренняя оболочка глаза. Некоторые офтальмологи в начале прошлого века сравнивали ее с паутинкой. Сетчатая оболочка располагается между стекловидным телом, которое заполняет внутренний объем глаза, и сосудистой оболочкой глаза, и отвечает за восприятие зрительной информации. В ней отсутствуют нервные окончания, поэтому многие заболевания сетчатки протекают безболезненно! Поэтому чрезвычайно важно анализировать свои зрительные функции и обращать внимание на различные симптомы, которые могут указывать на повреждение или заболевание сетчатой оболочки глаза.
Какие же бывают симптомы, свидетельствующие о том, что у Вас не все в порядке с сетчаткой глаза? Часто предвестником развития заболеваний сетчатки и стекловидного тела является образование МОШЕК или МУШЕК, ПАУТИНОК в глазах. Часто пациент при взоре на какую-то светлую поверхность (потолок, голубое небо, белый экран) может замечать появление данных симптомов. Иногда при повороте глаза из стороны в сторону человек может замечать перемещение точек и волокон, которое мешает ему четко сфокусировать изображение. Эти жалобы характерны при заболеваниях стекловидного тела, при которых нарушается его структура и прозрачность. Также похожие жалобы могут возникать при сосудистых изменениях сетчатой оболочки.
В некоторых случаях пациент отмечает появление ИСКР, ВСПЫШЕК, МОЛНИЙ, которые возникают сбоку. Причиной этих явлений являются дистрофические и воспалительные изменения в сетчатке. При этом образуется контакт и раздражение сетчатки периферическими отделами стекловидного тела, то есть стекловидное тело тянет сетчатку в боковых отделах глазного яблока и это натяжение передается фоторецепторам сетчатой оболочки и выражается в виде различных световых феноменов, перечисленных выше. Надо понимать, что эти процессы могут привести к повреждению сетчатой оболочки глаза, возникновению разрыва и образованию отслойки.
В некоторых случаях пациент может заметить СТРУЙКУ ТЕМНОЙ ЖИДКОСТИ или ПОЯВЛЕНИЕ ТЕМНЫХ КАПЕЛЬ в ПОЛЕ ЗРЕНИЯ. Эти жалобы могут встречаться у пациентов с гипертонической болезнью и сахарным диабетом и могут свидетельствовать о развитии кровоизлияния в стекловидное тело и сетчатку. Иногда пациент замечает РЕЗКОЕ ИСКРИВЛЕНИЕ ПРЕДМЕТОВ В ЦЕНТРЕ , которое значительно снижает остроту зрения, замечает, что острота зрения меняется, пациенту кажется, что он смотрит на мир через большой аквариум. Эти жалобы могут встречаться при отслойке и отеке сетчатки. Бывают жалобы на появление ЗАНАВЕСКИ в поле зрения, которая постепенно увеличивается и может закрывать центральную зону. Иногда появлению занавески предшествует мелькание молний, искр. Такие жалобы являются типичными при развитии отслойки сетчатки. Если Вы обнаружите у себя такие жалобы, то следует СРОЧНО обращаться к офтальмологу. Часто при заболеваниях сетчатой оболочки страдает центральное зрение. При этом пациент может замечать образование плавающих помутнений в виде ПОДКОВЫ или СЕРОГО ОКРУГЛОГО ОБРАЗОВАНИЯ, которое попадает в центральное поле зрения и может перемещаться.
У пациентов старшей возрастной группы часто появляются жалобы на образование СВЕТЛОГО или СЕРОГО ПЯТНА в центре. При этом теряется четкость изображения, пациент не может разбирать мелкие детали, постепенно эти помутнения могут увеличиваться и распространяться на периферии. Эти жалобы могут свидетельствовать о поражении центрального отдела сетчатки, офтальмологи называют эту область «Макулой». В некоторых случаях пациенты могут замечать ИСКРИВЛЕНИЯ ПРИЯМЫХ ЛИНИЙ И ПРЕДМЕТОВ. При этом искривления могут появляться только в определенных участках поля зрения. Эти изменения характерны при различных формах макулодистрофии.
Как можно проанализировать работоспособность сетчатой оболочки? В домашних условиях это можно сделать при помощи сетки (теста) Амслера. Сетка Амслера представляет собой простой и быстрый способ проверки центрального зрения. Время его проведения составляет 10-15 секунд. Сетка Амслера представлена на рисунке 1.
рис.1. Сетка Амслера
Вам следует надеть очки или контактные линзы, если Вы их используете для работы на близком расстоянии. Расположите сетку перед собой на расстоянии 30-40 см, при хорошем освещении. Закройте 1 глаз, сосредоточьте взгляд на центральной точке и оцените изображение, которое Вы видите. Все ли линии сетки прямые и ровные? Все ли квадраты решетки одинакового размера? Нет ли зон, где рисунок искажается, затуманивается, обесцвечивается? Повторите тест для другого глаза. В норме видимое изображение должно быть одинаковым на обоих глазах, линии должны быть ровными, без искажений. Если Вы заметите, что какие-либо области на сетке выглядят как-то ненормально, например, линии разорваны, имеют искривления, затуманены, потеряли цвет, то это может свидетельствовать о патологических процессах в центральной зоне сетчатки (макулодистрофии, отеке сетчатки и других).
Когда же нужно обращаться к офтальмологу, если Вы наблюдаете симптомы, о которых я писал выше? На самом деле это вопрос очень важный, требующий вдумчивого и серьезного отношения и понимания. Симптомы, при которых Вы замечаете какие-то резкие изменения изображения, в частности МОЛНИИ, ИСКРЫ, ОБРАЗОВАНИЕ ЗАНАВЕСОК,ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПОМУТНЕНИЙ – повод обратиться к офтальмологу в КРАТЧАЙШЕЕ ВРЕМЯ, а именно – В БЛИЖАЙШИЕ ЧАСЫ и ДНИ! Так как эти жалобы могут свидетельствовать о развитии грозных заболеваний, лечить которые надо быстро и своевременно.
Симптомы, которые развиваются постепенно и сопровождаются постепенным возникновением ИСКАЖЕНИЙ, ПЯТЕН в поле зрения, развитием образования ПЛАВАЮЩИХ ПОМУТНЕНИЙ, как правило, не требуют экстренного обращения к офтальмологу, но являются признаками патологических процессов в стекловидном теле и сетчатой оболочке, лечить которые и наблюдать за нами необходимо. Поэтому обращаться к офтальмологу нужно, но срочности нет.
Какие обследования в первую очередь должен провести врач-офтальмолог при заболеваниях сетчатой оболочки глаза? — проверить остроты и поле зрения обоих глаз — провести осмотр глазного дна с расширенным зрачком для осмотра центральных и периферических отделов сетчатой оболочки — провести ОКТ-сканирование центральных отделов сетчатки. При этом исследовании врач определяет толщину, структуру всех слоев сетчатой оболочки в центре, определяет наличие дефектов и отека сетчатки. Это исследование может также определить толщину нервных волокон и наличие изменений в стекловидном теле, расположенных перед сетчатой оболочкой, то есть выявить проблемы не только в сетчатке, а и в окружающих ее областях. К дополнительным методам обследованиям сетчатки относится ультразвуковая диагностика, которая помогает проводить изучение сетчатки и стекловидного тела при катаракте, и флюоресцентная ангиография, позволяющая оценить сосудистую систему сетчатки и заднего отрезка глаза.
Можно ли как-то избежать заболеваний сетчатки? Можно ли их остановить? К сожалению, мы не в силах осуществлять профилактику напрямую. Но следует учитывать, что профилактика общих заболеваний, так сахарный диабет, гипертоническая болезнь, атеросклероз сосудов головы и шеи, является очень важным моментом, так как частота возникновений заболеваний сетчатки при этих заболеваниях в продвинутой стадии достаточно высокая. Также следует отметить, что на развитие заболеваний сетчатки и сосудистых заболеваний глаза оказывает влияние курение.
Офтальмологи даже ввели такой термин как «Слепота курильщика», при которой поражается сосудистая система глаза, страдает не только поверхность глазного яблока, но и внутренние структуры, в том числе сетчатая оболочка. Статистически доказано, что у людей, которые имеют значительный стаж курения (30 лет и более), ангиопатии сетчатки (сосудистые, дистрофические заболевания сетчатки) встречаются на 50-60 процентов чаще. Залогом успеха для профилактики и лечения заболеваний сетчатки глаза, является своевременное обращение к квалифицированному врачу-офтальмологу.
Требуется консультация специалиста.
Автор статьи Гусев Юрий Александрович, офтальмолог высшей категории, доктор медицинских наук, заслуженный врач РФ, эксперт в области восстановления зрения.
Запись на консультацию https://zen.doctorgusev.ru
Источник
