Составить по сетчатке глаза
Одной из наиболее чувствительных и ключевых (с точки зрения восприятия зрительных образов) оболочек глаза считается сетчатка. В чем ее исключительность и важность для зрительной системы человека, попробуем рассмотреть более подробно.
Что это такое?
Имея сетчатое строение – отсюда и специфика ее названия, сетчатка представляет собой периферический отдел органа зрения (точнее, зрительного анализатора), являясь при этом специфическим (биологическим) «окном в мозг».
К ее характеристикам относят:
- прозрачность (ткань сетчатки лишена миелина);
- мягкость;
- неэластичность.
Анатомически сетчатка составляет внутреннюю оболочку глазного яблока (выстилает глазное дно): снаружи она опоясана сосудистой оболочкой зрительного анализатора, а изнутри граничит со стекловидным телом (его мембраной).
Функции
Роль сетчатки состоит в том, чтобы преобразовывать световое раздражение, поступающее из окружающей среды, превращать его в нервный импульс, возбуждая нервные окончания, и осуществлять первичную обработку сигнала.
В структуре зрительной системы сетчатке отведена роль сенсорной составляющей:
- через нее происходит восприятие светового сигнала;
- она ответственна за восприятие цвета.
Видео:
Строение
С функционально-структурной точки зрения сетчатку принято подразделять на 2 компонента:
- Оптическая или зрительная часть. Это т.наз. большая часть сетчатки – занимает 2/3 ее ткани, образуя слоистую нервную светочувствительную структуру (тонкую и прозрачную по своему составу пленку).
- Слепая или реснично-радужковая часть. Являясь меньшей по объему частью сетчатки, она составляет ее наружную пигментную слоистую структуру – состоит из пигментного слоя тканей.
К сосудистой оболочке сетчатка прочно крепится лишь в нескольких местах – в остальных зонах соединение рыхлое и удерживается только за счет стекловидного тела (оно создает область давления).
На всем своем протяжении оптическая часть сетчатки неравномерна по величине:
- утолщенная ее часть (0,4 мм) располагается возле края диска зрительного нерва;
- тончайшая зона (до 0,075 мм) – включена в область пятна сетчатки (именно эта зона отличается наилучшим восприятием зрительных раздражителей);
- средняя по толщине область в 0,1 мм представлена близ зубчатой линии (передняя доля глазного яблока).
В разрезе сетчатки можно отследить 3 нейрона, которые расположены радиально:
- Наружный – образование колбочек и палочек, своеобразных светочувствительных элементов (фоторецепторный нейрон).
- Средний – образование биполярных клеток, «транспортирующих» световые сигналы (ассоциативный нейрон).
- Внутренний – формирование из ганглиозных клеток, генерирующих нервные импульсы (ганглионарный нейрон).
Первые два нейрона довольно короткие, ганглионарный нейрон имеет протяженность вплоть до структур головного мозга.
Слоистая структура
Структурными единицами сетчатки являются ее слои, их общее количество – 10,
4 из которых представляют светочувствительный аппарат сетчатки, а остальные 6 – это ткань мозга.
Кратко о каждом из слоев:
- 1-й: плотно соединен с сосудистой оболочкой, окружает фоторецепторы, снабжая их солями, кислородом, различными питательными веществами – по сути, является пигментным эпителием;
- 2-й: здесь выполняется первичная трансформация световых сигналов в физиологический возбуждающий импульс – это внешние части фоторецепторов – палочек/колбочек (колбочки отвечают за ощущение цвета и центральное зрение, палочки – за ночное зрение);
- 3-й: тут содержатся наружные структуры палочек/колбочек, их органические сцепления, объединенные в наружную пограничную мембрану;
- 4-й: образование ядер (тел) палочек/колбочек – носит название наружного ядерного (зернистого);
- 5-й: переходной между наружным и внутренним ядерными слоями, связующее звено биполярных клеток и палочек/колбочек – слой наружный плексиформный (сетчатый);
- 6-й: ядерные образования ассоциативного нейрона (сами биполярные клетки) – получили название внутреннего ядерного (зернистого);
- 7-й: переплетенное и разветвленное скопление отростков ассоциативного и ганглинарного нейронов – слой носит название внутреннего плексиформного (сетчатого);
- 8-й: скопление ганглиозных клеток образуют еще один специфический слой;
- 9-й: формация нервных волокон, совокупность которых составляет основу зрительного нерва – включает отростки ганглиозных клеток;
- 10-й: граничащий со стекловидным телом слой, формирующий внутреннюю пограничную мембрану (в виде пластины).
Диск зрительного нерва
Зону, где главный нерв зрительного органа исходит к мозговым структурам, называют диском зрительного нерва.
Его общая площадь – около 3 мм2, величина диаметра – 2 мм.
Скопление сосудов расположено в зоне по центру диска, они структурно представлены веной сетчатки и центральной артерией, которым надлежит обеспечивать функцию снабжения сетчатки кровью.
Желтое пятно (пятно сетчатки)
Глазное дно в своей центральной части имеет специфическое образование – пятно сетчатки (макула).
В нем же имеется центральная ямка (находится в самом центре пятна) – воронка внутренней поверхности сетчатки. По размеру она соответствует величине диска зрительного нерва, находится напротив зрачка.
Именно это является местом зрительного анализатора, где острота зрения наиболее выражена (пятно отвечает за его ясность и четкость).
Как «работает» сетчатка
Биофизический принцип функционирования сетчатки можно представить так:
- под воздействием светового сигнала меняется проницаемость мембран колбочек/палочек;
- рождается ток ионов, задающий определенную величину РП – ретинального потенциала;
- РП распространяется по ганглиозным клеткам, инициируя нервные импульсы – именно они несут информационные данные.
Сетчатка выступает своего рода универсальным рецепторным образованием, измеряющим световые данные внешней среды по многим параметрам (спектр изображения, контрастность, уровень освещенности).
Заболевания сетчатки глаза
В структуре офтальмологических болезней и патологий, заболеваемость сетчатки, по приблизительным подсчетам, занимает не ˃1%. Наиболее встречающиеся нарушения условно можно разбить на несколько групп:
- дистрофические патологии сетчатки (врожденные или приобретенные);
- воспалительные заболевания;
- поражения вследствие травм глаза;
- аномалии, связанные с сопутствующими заболеваниями – сердечнососудистой системы, эндокринными нарушениями, патологическими новообразованиями и пр.
Общая симптоматика
При аномальном функционировании сетчатки пациенты отмечают сходные симптомы:
- падает острота зрения;
- проявляются аномалии поля зрения (оно сужается, наблюдаются «слепые» области – скотомы);
- ухудшается адаптация глаза к темноте;
- возникают аномалии цветового зрения.
Болевых ощущений при заболеваниях сетчатки, как правило, нет – нервные импульсы не передаются вследствие отсутствия чувствительной иннервации.
Некоторые болезни
Для примера следует рассмотреть несколько самых распространенных патологий сетчатки:
- нарушение периферического зрения – пигментная дегенерация сетчатки, являющаяся наследственной болезнью;
- нарушение центрального зрения – дистрофия пятна сетчатки (гибнут или повреждаются клетки желтого пятна);
- аномалия фоторецепторов сетчатки – палочко-колбочковая дистрофия;
- отслоение сетчатки – происходит ее отделение от задней стенки глазного яблока;
- злокачественные новообразования – ретинобластома (в сетчатке образовывается опухоль);
- патология сосудистой системы центральной зоны сетчатки – макулодистрофия.
По самому принципу существования – архитектонике, сетчатка сопоставима с головным мозгом: ее кровоснабжение формируется по аналогичной схеме, сложность строения и множественность структурных единиц обеспечивают богатую функциональность в процессе адекватной передачи и восприятия зрительных образов окружающего мира. Этим и обусловлена особая исключительность сетчатки в работе зрительной системы человека.
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
