Радужная оболочка

Радужная оболочка, радужина, радужка (iris), часть переднего комплекса глаза животных и человека, расположенная между полостью стекловидного тела и передней камерой глаза. Радужная оболочка - тонкая и подвижная диафрагма со зрачковым отверстием в центре; путём сужения и расширения его регулирует поступление света через зрачок на сетчатку. Радужная оболочка включает ретинальную и увеальную части. Ретинальная, задняя, поверхность состоит из 2 пигментированных эпителиев: заднего, являющегося продолжением сетчатки, и ресничного эпителия, покрытого внутренней ограничивающей мембраной, и переднего, являющегося продолжением пигментного эпителия сетчатки и ресничного тела. Из него формируются мышцы Радужная оболочка нейроэпителиального происхождения - сфинктер, сужающий зрачок, и дилятатор, расширяющий зрачок. Сфинктер иннервирован парасимпатическими волокнами глазодвигательного нерва, дилятатор - симпатическими нервами. Увеальная (мезодермальная), передняя, поверхность Радужная оболочка - продолжение сосудистого слоя ресничного тела и сосудистой оболочки; состоит из наружного ретикулярного и глубокого сосудистого слоев; покрыта эндотелием - продолжением эндотелия роговицы. На уровне пограничных мембран Радужная оболочка осуществляется глазо-кровяной, или гематоофтальмический, барьер. Передняя поверхность Радужная оболочка делится на периферическую (цилиарный пояс), содержащую оба слоя, и зрачковую (малый круг Радужная оболочка), в пределах которой наружный слой стромы атрофируется; здесь расположен сфинктер. Сосуды Радужная оболочка, берущие начало от большого сосудистого круга основания периферической зоны, расположены радиально; они анастомозируют в артерио-венозные дуги малого сосудистого круга у человека на расстоянии 1,5 мм от зрачкового края. В Радужная оболочка не обнаружено независимой лимфатическими системы. Строма Радужная оболочка построена из тонких коллагеновых и эластиновых трабекул. Преобладающие клетки стромы - хроматофоры (у человека только меланоциты, у птиц, пресмыкающихся и земноводных - ещё иридофоры и липофоры), определяющие цвет глаз; встречаются фибробласты и гранулярные плазматические клетки. Цвет и архитектоника увеальной части Радужная оболочка в пределах видовых и расовых признаков индивидуальны и меняются с возрастом.

 

Биометрия. Радужная оболочка глаза

Введение 

Радужная оболочка глаза (Iris) является уникальной для каждого человека биометрической характеристикой. Она формируется в первые полтора года жизни и остаётся практически без изменений до самой смерти (изменения радужной оболочки связаны с болязнями).

Изменения могут выражаться в виде изменения цвета, появления  пигментных пятен, линий, кругов, изменений  обвода оболочки, деформации зрачка и  т.д. Эти особенности используются при иридоанализе для диагностики заболеваний и предрасположенности к ним.

 

Радужная оболочка крупным  планом (не выделена, но, надеюсь, никто  не перепутает)

В биометрии используется полутоновое изображение радужки, и некоторые пигментные изменения  не заметны.

 

Строение глаза человека. Радужная оболочка расположена в  передней части глаза. Сетчатка - в  задней. Поэтому различаются и способы сканирования.

Методы идентификации  по радужке 

     Материал этого раздела  статьи и рисунки этого раздела взяты из кмонографии:

     Кухарев Г. А. Биометрические системы: Методы и средства идентифика-ции личности человека. – СПб.: Политехника, 2001. – 240 с.

Сейчас используются два  основных подхода, отличающиеся способами  представления образов.

В первом подходе радужка  выделяется из изображения глаза, во втором - образом является матрица  штрих-кодов, соответствующая радужке.

В первом подходе есть два  своих способа представления:

• В виде колец, относящихся к области радужки.
• В виде прямоугольника, полученного путём преобразования декартовой системы координат в полярную.

Сначала определяется центр  зрачка и два радиуса относительно него - радиус зрачка и радиус внешнего края радужки (границы определяются пороговой обработкой). Границы зрачка и радужки не являются при этом круглыми. Они становятся таковыми после дополнительной обработки. После  чего выполняется увеличение чёткости образа.

Второй подход представлен  на следующем рисунке:

Вкратце, можно описать  так:

1. Определение местоположения, центра и контуров зрачка.
2. Определение радиусов зрачка и внешнего края радужки.
3. Формирование координат полярной системы.
4. Преобразование каждого пикселя из декартовой системы в полярную. На этом этапе может потребоваться интерполяция изображения, т.к. целочисленные декартовы координаты не всегда соответствуют целочисленным полярным.

В результате по оси X отложены углы полярной системы координат, а  по оси Y - значения радиуса (радиус внешней  окружности радужки минус радиус внутренней [или минус радиус зрачка, что оно и то же]).

Второй подход, хоть и  требует больших вычислений на этапе  регистрации, удобнее из-за того, что  поворот изображения, преобразованного из декартовой системы координат  в полярную, заменяется циклическим сдвигом. (Но, я бы сказал, что определение угла поворота - не очень трудная задача, т.к. можно провести прямую между уголками глаза и вычислить её коэффициент наклона. Как бы там ни было - им виднее).

Второй способ (получение  матрицы штрих-кодов) можно представить так:

• Изображение глаза выделяется из изображения лица.
• На радужку накладывается специальная маска штрих-кодов.

Результатом будет матрица, полученная путём логического умножения  маски на радужку. Образ-эталон получается размером 512 байт.

Сканер радужки  в действии

Слева изображён сканер Panasonic Authenticam BM-ET100US (с ним была лабораторная работа, т.ч. про него я и напишу). Справа - какой-то другой сканер =~_~= В комплекте идёт программное обеспечение Security Suite 3.10 Workstation (for Win2000).

Программное обеспечение  Security Suite 3.10 Workstation изменяет окно входа в систему, добавляя возможность идентификации/аутентификации по радужной оболочке глаза. После установки данного программного пакета производится создание учётной записи администратора и присвоение ему пароля и/или образа радужной оболочки. Необходимо определить, какой глаз будет «ключевым» - левый, правый или оба, после чего производится четырёхкратное считывание радужки (если было выбрано два глаза, то каждый считывается четыре раза). [Пользователь смотрит в объектив, где видит оранжевый световой сигнал. При изменении расстояния до камеры сигнал может измениться на зелёный. В этом положении нужно зафиксироваться на время меньше 1 секунды.]

Данное программное обеспечение  может обойтись без использования  образа всей радужной оболочки, т.е. глаз не обязательно должен быть широко раскрыт, что позволяет говорить о дружественности метода. Однако если в процессе считывания радужки  коэффициент открытости глаза изменялся, система сообщит об ошибке регистрации.

Аналогично можно создать  ещё пять пользователей. После перезагрузки операционной системы будет выдаваться обновлённое окно входа в систему. Для входа в систему путём  биометрической идентификации/аутентификации по радужной оболочке глаза необходимо нажать комбинацию клавиш Ctrl+Shift+S* и дать сканеру считать радужку. В случае успешного распознавания производится вход в систему, иначе не будет выдано даже сообщения об ошибке, что можно отнести к недостаткам программного обеспечения.

Сканер радужной оболочки может работать также и в качестве веб-камеры в разрешении 640х480@12.5fps, 320х240@30fps и некоторых других, недостойных перечисления. Для этих целей имеется дополнительный объектив.

• Данная комбинация клавиш (Ctrl+Shift) часто используется для переключения раскладки клавиатуры, а программное обеспечение определяет именно латинскую “S”, поэтому зачастую приходится нажимать клавиши несколько раз. Кроме того, для регистрации радужки даётся слишком мало времени после нажатия клавиш, что создаёт дополнительные неудобства.

Особенности сканера  радужки 

Эти методы были исследованы  на сканере Panasonic Authenticam BM-ET100US.

• Регистрация четырёх различных радужных оболочек под одним пользователем не увенчалась успехом.
• Регистрация левого глаза вместо правого успеха не имела.
• Регистрация и распознавание глаза с цифровой камеры не удалась (из-за бликов).
• Прямое солнечное освещение и его отсутствие не играют роли при сравнении радужных оболочек (открывали-закрывали жалюзи).
• Распознавание по фотографии невозможно (фотография плоская, а глаз - объёмный).

Влияние очков и волос  на качество распознавания установить не удалось.

Оценка биометрического  метода

Достоинства

• Высокая степень распознавания.
• Малое количество ошибок первого и второго рода (вытекает из первого пункта).
• Бесконтактный способ сканирования.
• Малый объём базы данных (впрочем, это характерно для большинства биометрических систем).

Недостатки 

• Необходимо "примериться" к использованию этой системы.
• Неприемлемость метода некоторыми людьми из-за возможности обнаружения болезней.

 

Еще одним уникальным для каждой личности статическим идентификатором является радужная оболочка глаза. Уникальность рисунка радужной оболочки обусловлена  генотипом личности, и существенные отличия радужной оболочки наблюдаются  даже у близнецов. Врачи используют рисунок и цвет радужной оболочки для диагностики заболеваний  и выявления генетической предрасположенности  к некоторым заболеваниям. Обнаружено, что при ряде заболеваний на радужной оболочке появляются характерные пигментные пятна и изменения цвета. Для  ослабления влияния состояния здоровья на результаты идентификации личности в технических системах опознавания  используются только черно-белые изображения  высокого разрешения.

Идея распознавания  на основе параметров радужной оболочки глаза появилась еще в 1950-х  годах. Джон Даугман, профессор Кембриджского университета, изобрел технологию, в состав которой входила система распознавания по радужной оболочке, используемая сейчас в Nationwide ATM. В то время ученые доказали, что не существует двух человек с одинаковой радужной оболочкой глаза (более того, даже у одного человека радужные оболочки глаз отличаются), но программного обеспечения, способного выполнять поиск и устанавливать соответствие образцов и отсканированного изображения, тогда еще не было.

В 1991 году Даугман начал работу над алгоритмом распознавания параметров радужной оболочки глаза и в 1994 году получил патент на эту технологию. С этого момента ее лицензировали уже 22 компании, в том числе Sensar, British Telecom и японская OKI.

Получаемое при  сканировании радужной оболочки глаза  изображение обычно оказывается  более информативным, чем оцифрованное в случае сканирования отпечатков пальцев.

Уникальность рисунка  радужной оболочки глаза позволяет  выпускать фирмам целый класс  весьма надежных систем для биометрической идентификации личности. Для считывания узора радужной оболочки глаза применяется  дистанционный способ снятия биометрической характеристики.

Системы этого класса, используя обычные видеокамеры, захватывают видеоизображение глаза  на расстоянии до одного метра от видеокамеры, осуществляют автоматическое выделение  зрачка и радужной оболочки. Пропускная способность таких систем очень  высокая. Вероятность же ложных срабатываний небольшая. Кроме этого, предусмотрена  защита от муляжа. Они воспринимают только глаз живого человека. Еще одно достоинство этого метода идентификации - высокая помехоустойчивость. На работоспособность  системы не влияют очки, контактные линзы и солнечные блики.

Преимущество сканеров для радужной оболочки состоит в  том, что они не требуют, чтобы  пользователь сосредоточился на цели, потому что образец пятен на радужной оболочке находится на поверхности  глаза. Даже у людей с ослабленным  зрением, но с неповрежденной радужной оболочкой, все равно могут сканироваться  и кодироваться идентифицирующие параметры. Даже если есть катаракта (повреждение  хрусталика глаза, которое находится  позади радужной оболочки), то и она  никак не влияет на процесс сканирования радужной оболочки. Однако плохая фокусировка  камеры, солнечный блик и другие трудности при распознавании  приводят к ошибкам в 1% случаев.

В качестве такого устройства идентификации можно  привести, например, электронную систему  контроля доступа «Iris Access 3000», созданную компанией LG. Эта система за считанные секунды считывает рисунок оболочки, оцифровывает его, сравнивает с 4000 других записей, которые она способна хранить в своей памяти, и посылает соответствующий сигнал в систему безопасности, в которую она интегрирована. Система очень проста в эксплуатации, но при этом, данная технология

обеспечивает высокую  степень защищенности.

Считыватель сетчатки объекта. Модель ICAM 2001. В состав системы  входят:

устройство регистрации  пользователей EOU 3000;

оптическое устройство идентификации / оптический считыватель ROU 3000;

контроллер двери ICU 3000;

сервер.

Устройство регистрации  пользователей EOU 3000 обеспечивает начальный  этап процесса регистрации пользователей. Оно снимает изображение радужной оболочки глаза при помощи камеры и подсветки. В процессе получения  изображения и при его завершении устройство использует голосовую и  световую подсказку.