Как работает сканер радужной оболочки глаза? Iris scanning — Что Это? Сканирование Радужной Оболочки Глаза Первый телефон с сетчаткой глаза.

Радужная оболочка глаза - это тонкая подвижная диафрагма со зрачком в центре, которая расположена за роговицей перед хрусталиком глаза. Она образовывается ещё до рождения человека и не меняется на протяжении всей жизни. По текстуре радужная оболочка напоминает сеть с большим количеством кругов, при этом ее рисунок очень сложен, что позволяет отобрать порядка 200 точек, с помощью которых обеспечивается высокая степень надежности аутентификации.

Сканер радужной оболочки глаза часто ошибочно называют сканером сетчатки. Отличие заключается в том, что сетчатка расположена внутри глаза и просканировать ее оптическим сенсором невозможно, только с помощью инфракрасного излучения. При этом анализируется не сама сетчатка, а узор кровеносных сосудов глазного дна. Называть подобный сенсор иридосканером неправильно, так как iris – это радужка, сетчатка же имеет название retina.


В основе иридосканера современного смартфона лежит высококонтрастная камера, подобная обычной камере. Иногда роль сканера радужной оболочки может выполнять и обычная фронтальная камера. Процесс аутентификации начинается с получения детального изображения глаза человека. Для этой цели используют монохромную камеру с неяркой подсветкой, которая чувствительна к инфракрасному излучению и позволяет работать в условиях недостаточной освещенности. Обычно делается серия из нескольких фотографий, так как зрачок чувствителен к свету и постоянно меняет свой размер. Затем из полученных фотографий выбирается одна наиболее удачная, определяются границы радужки и контрольная область. К каждой точке выбранной области применяют специальные фильтры, чтобы извлечь фазовую информацию и преобразовать рисунок оболочки в цифровой формат. Очки и контактные линзы, даже цветные, не влияют на качество аутентификации.


Внедрение сканера радужной оболочки глаза в смартфоны началось в 2015 году. Первыми его стали устанавливать китайские и японские производители. В частности первопроходцем был V55, так и не поступивший в массовую продажу. Из самых новых устройств, оснащенных иридосканером, можно выделить Samsung Galaxy S8, однако его сканер с легкостью удалось обмануть хакерам, распечатавшим фотографию на принтере и положившим на нее контактную линзу.

Технология сканирования радужной оболочки глаза была представлена еще в 36-м году прошлого века офтальмологом по имени Франк Бурш. Он первым заговорил об уникальности этой части организма. Вероятность совпадения этого параметра даже ниже, чем в случае с дактилоскопическими отпечатками. Спустя десятилетия, в 90-е годы прошлого века, представители компании Iridian Technologies оформили патент на особый алгоритм, способный находить отличия в узорах глаз. В наше время этот способ аутентификации считается одним из самых надежных. Для его реализации используется специальный сенсор под названием иридосканер, о котором мы и расскажем сегодня.

Радужка представляет собой тончайшую подвижную диафрагму, в центре которой находится зрачок. Ее образование происходит еще до рождения человека и она не меняется на протяжении жизни. Своей текстурой она сильно походит на своеобразную сеть, в составе которой множество кругов. В целом же рисунок крайне сложен, что позволяет датчикам отбирать около 200 точек, использующихся в дальнейшем для проверки.

Систему, которая умеет выполнять упомянутые ранее функции, зачастую ошибочно называют не иначе как сканер сетчатки. Дело в том, что сканировать сетчатку оптическими средствами невозможно. Для работы с ней необходимы специальные инфракрасные сенсоры. Прибор производит анализ узоров кровеносных сосудов.

Что касается иридосканеров, используемых в современных мобильных девайсах, то они основываются на функционировании высококонтрастной камеры. Кроме того, в некоторых случаях в роли основы датчика может выступать и обычная камера, расположенная на передней панели. Сам же процесс прохождения аутентификации условно может быть разделен на несколько составляющих:

• На начальном этапе устройству необходимо получить детальный снимок радужки. Это удается сделать за счет монохромной камеры, которая способна работать даже при недостаточной освещенности. Таким образом можно быстро сформировать несколько изображений.
• На следующем этапе алгоритм анализирует снимки и выбирает наиболее подходящий. Ему требуется изображение, на котором удается определить границы радужки, а также контрольные области.
• Затем каждая контрольная точка обрабатывается с использованием фильтров, что дает возможность извлечения фазовых данных, которые преобразуются в цифровые. На основе полученной информации система идентифицирует человека.

Интеграция устройств рассматриваемого типа с мобильной электроникой началась несколько лет назад. Китайские и японские вендоры первыми начали использовать такие средства защиты выпускаемых гаджетов. На данный момент иридосканером оснащены флагманские модели смартфонов, например, Samsung Galaxy S8.

Что такое Iris scanning технология? Что такое сканирование радужной оболочки глаза?

Если вам надоело постоянно носить с собой громоздкую связку гремящих ключей, представьте, что уже совсем скоро вы сможете открывать свои двери только лишь посмотрев на них в течении нескольких минут! Технология сканирования радужной оболочки глаза (анг. – Iris – радужная оболочка глаза; scanning — сканирование), уже через пару лет сможет сделать такую процедуру вполне обыденной. Она уже активно применяется в некоторых аэропортах и военных базах, где быстрая и надежная идентификация личности – жизненно важная необходимость. Сканирование радужной оболочки глаза – это наиболее точная форма распознавания по биометрическим показателям (идентификация, основанная на измерении определенных участков тела), которая в разы превосходит технологии распознавания по отпечаткам пальцев (отпечатки пальцев могут изменяться со временем) и по ДНК (требует слишком много времени). Что такое iris scanning и как работает данная технология? Давайте разберемся!

Зачем использовать биометрические показатели?

Сейчас на нашей планете живет людей больше чем когда-либо до этого. Все мы имеем, что-либо ценное, и обмениваемся ежедневно большими объемами информации. В такой ситуации, важность безопасности трудно переоценить. Мы постоянно совершенствуем свои системы защиты, однако всегда найдутся те, кто захочет заполучить чужие данные и ценности. Обычно люди полагаются на системы защиты, на взлом которых уходит очень много времени: замки очень трудно открыть без правильного металлического ключа, тогда как информацию защищенную кодированием трудно получить без корректного математического ключа. Однако оба таких метода имеют один большой недостаток: имея в руках нужный ключ, злоумышленник все-таки сможет быстро получить доступ к интересующей его информации или ценностям.

Большинство специалистов по безопасности сходятся во мнении, что будущее защиты лежит за биометрическим распознаванием (измерение частей тела). Вместо того, чтобы позволять людям получать доступ к чему-либо через стандартные замки и ключи, мы будем открывать доступ после биометрической идентификации человека по каким-либо уникальным частям его тела. К примеру, идентификация человека по фотографии в паспорте является самой просто биометрической формой распознавания. Когда на таможне работник сверяет вашу фотографию в паспорте с вашим лицом, он интуитивно ищет сходные черты. Размеры носа, оттопыренность ушей, расположение глаз – все это сопоставляется. Это самое простое биометрическое распознавание. Проблема заключается в том, что со временем наше лицо изменяется, да и к тому же многие люди достаточно похожи друг на друга. Отпечатки пальцев – это более надежный биометрический способ идентификации, однако и он далеко не идеален: болезни, травмы и само течении жизни могут изменить уникальный рисунок кожи наших пальцев. Сканирование радужной оболочки глаза это намного более надежный способ идентификации человека – у вас просто фотографируются глаза, все!

Что уникального в сканировании радужной оболочки глаза?

Радужная оболочка глаза – это цветная мускульная ткань круглой формы, обрамляющая зрачок человека, и помогающая ему (зрачку) сжиматься/разжиматься, как затвору камеры. Цветной узор нашей радужной оболочки глаза формируется на генетическом уровне еще тогда, когда мы находимся в утробе матери, однако окончательно он заканчивает свое формирование только к двум годам нашей жизни. Цвет радужной оболочки глаза зависит от количества пигмента меланина: чем больше меланина, тем больше глаза имеют коричневый оттенок, чем меньше – тем более выражен голубой цвет. Хотя мы привыкли четко выделять цвет глаз у каждого человека – «коричневые глаза», «зеленые глаза», «голубые глаза» — на самом деле цвет и узор для каждой конкретной радужной оболочки глаза является уникальным. К примеру, даже два глаза одного и того же человека имеют два разных оттенка и узора своих радужных оболочек, тоже самое касается и глаз генетических близнецов.

Как работает сканирование радужной оболочки глаза

Чтобы пройти такое биометрическое сканирование, уникальный узор вашей радужной оболочки должен быть распознан, что позволит дать позитивный ответ вашей идентификации. Это означает, что в сканировании радужной оболочки глаза присутствует две стадии: получение снимка вашего глаза (т.е. первый раз использования системы, когда она только учится распознавать уникальный узор вашего глаза) и подтверждение подлинности снимка (когда система уже имеет в своей базе снимок вашего глаза и сопоставляет его с текущим изображением вашей радужной оболочки).

Стадия 1: Получение снимка вашего глаза
Все, что нужно такой системе распознавания для верификации человека – это снимок его радужной оболочки глаза. Поэтому для запуска такой системы, каждый человек должен пройти единоразово фотографирование своих глаз. При этом процедура фотографирования происходит, как при обычном освещении, так и при невидимом инфракрасном (тип света, используемый в приборах ночного видения, который имеет чуть большую длину волн чем обычный красный свет).

Инфракрасный свет в сканировании радужной оболочки глаза помогает более точно распознать уникальность узора более темных глаз, что более трудно сделать при обычном освещении. Затем эти две цифровые фотографии, сделанные при разном типе освещения, подвергаются компьютерному анализу, в ходе которого удаляются ненужные детали (такие как ресницы) и выделяется около 240 особенностей в узорах радужных оболочек (приблизительно в 5 раз больше «особенностей для сравнения», чем используется в системах идентификации по отпечатку пальца). После этого, все найденные особенные характеристики для каждого глаза конвертируются в простой, цифровой номер, состоящий из 512 цифр (еще называемый IrisCode), который сохраняется в компьютерной базе вместе с вашим именем и другими деталями. Получение снимка вашего глаза происходит полностью в автоматическом режиме, и не занимает больше чем несколько минут.

Стадия 2: Подтверждение подлинности глаза
Как только фотография вашей радужной оболочки глаза занесена в базу данных, процесс вашей идентификации будет проходить легко и без особых затруднений. Вы просто становитесь напротив любого сканера радужной оболочки, подключенного к вашей базе данных, и проходите быструю процедуру повторного фотографирования глаза. Система быстро анализирует полученный снимок, выделяя из него ваш IrisCode, после чего запускается процедура сравнения сотен, тысяч или даже миллионов Iris кодов имеющихся в базе данных. Если ваш код совпадает с одним из кодов, занесенных в базу данных, вы проходите положительную идентификацию; в противном случае — вам не повезло. Это означает, что ваш снимок не знаком для системы, или вы просто пытаетесь себя выдать не за того, кем являетесь на самом деле.

Подробно о сканировании радужной оболочки

Как при стадии № 1, так и при стадии № 2 происходит съемка радужной оболочки глаза и анализ ее ключевых особенностей. Ниже представлен упрощенный пошаговый процесс сканирования, разработанный в 90-х годах прошлого столетия, компьютерным ученым Джоном Догманом (John Daugman):

1. Камера сканирует глаз человека и создает цифровую фотографию.
2. Программное обеспечение пытается отделить радужную оболочку, рисуя два круга вокруг ее внутренних (между зрачком и радужной оболочкой) и внешних (между радужной оболочкой и белой склерой) границ. Внутреннюю границу, достаточно легко определить по резкому изменению яркости на участке соединения радужной оболочки со зрачком. В такой же самый способ, определяются и внешние границы радужной оболочки, однако здесь стоит учитывать, что правильности определения может помешать недостаточно широко открытое веко.
3. Затем на изображение накладываются полярные координаты (концентрические круги и лучеобразные линии), чтобы выделить отдельные зоны для анализа. Таким образом, собираются ключевые особенности радужной оболочки, которые впоследствии будут сравниваться при вашей повторной идентификации. При этом, система полностью учитывает при анализе радужной оболочки то, что зрачок человеческого глаза может изменять размер в зависимости от степени освещенности, тем самым изменяя размеры и радужной оболочки.
4. Узор, состоящий из светлых и темных областей радужной оболочки глаза, затем конвертируется в цифровую форму при помощи полосно-пропускного фильтра (грубо говоря, если яркость в определенной области больше определенного количества, фильтр присваивает ей значение 1, если меньше — 0), после чего вступает в действия математика, которая конвертирует полученные данные в уникальный, цифровой IrisCode. При этом, каждый глаз будет всегда генерировать почти одинаковый код, вне зависимости от того, расширен зрачок или нет.

Преимущества и недостатки iris-сканирования

Наиболее весомым преимуществом сканирования радужной оболочки глаза является надежность и точность данного способа: по подсчетам, он в десять раз превосходит по точности сканирование отпечатка пальца (согласно данным, ошибочная идентификация происходит 1 раз на 1-2 миллионов проверок, тогда как идентификация по отпечатку пальца может допускать 1 ошибку за каждые 100 тысяч сканирований). Помимо этого, кожа пальцев открыта для внешнего воздействия и постоянно подвержена повреждениям, тогда как радужная оболочка глаза природно защищена роговой оболочкой (передняя, прозрачная оболочка глаза), а ее уникальный узор может оставаться в неизменном состоянии на протяжении десятилетий (но не обязательно всей жизни). В отличии от сканеров отпечатков пальцев, где нужен прямой контакт и безупречная чистота, сканеры радужной оболочки применяются без прямого контакта на небольшом расстоянии от глаза.

Наиболее весомыми недостатками сканирования радужной оболочки глаза, являются более высокая начальная стоимость, а также недостаток тестирования данной технологии (некоторые исследования, к примеру, выявили больший процент ошибок в распознавании, чем заявлялось ранее). Помимо этого, правозащитные организации высказали озабоченность нарушением прав на приватность – они считают, что данную технологию в будущем можно «научить» тайно распознавать человека (с дистанции в несколько метров), без его на то согласия или участия.

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.

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.

24 февраля в Испании откроется выставка MWC, на которой вендоры всех мастей традиционно анонсируют новые коллекции смартфонов. И как всегда в преддверии выставки новостные ленты полнятся слухами о грядущих устройствах. В частности, о свежих южнокорейских флагманах – Samsung Galaxy S7 and the LG G5. Оставим в стороне экраны, камеры и процессоры, сегодня нас интересует технология сканирования сетчатки (как вариант – радужной оболочки) глаза, которая, вероятно, будет поддерживаться обеими моделями.

«Глазной» сканер – новое поколение биометрической защиты, приходящее на смену считывателю отпечатков пальцев. Собственно, и сканеры отпечатков пока есть не всех смартфонах (даже флагманских). Но хотя бы в качестве конкурентного преимущества (у айфона других нет!) сканер сетчатки/«радужки» – штука интересная. В этой статье я расскажу вам о технологии в подробностях. При подготовке материала была использована информация PhoneArena .

Для начала стоит отметить, что сканер особенностей глаза не является чем-то принципиально новым в мире смартфонов. Из свежих моделей его поддерживают Microsoft Lumia 950 & 950 XL, ZTE Axon Mini, из более ранних – азиатские Fujitsu NX F-04G, Vivo X5Pro и ZTE Grand S3.

Как это работает?

Есть два основных варианта сканеров глаза для смартфонов. Устройства Lumia и Fujitsu, например, используют инфракрасное излучение и инфракрасную камеру в дополнение к обычной «фронталке». Для разблокировки смартфон нужно поднести к лицу (обычно не далее чем на 30 см), затем невидимый инфракрасный луч подсветит ваши глаза, а ИК-камера сделает снимок. Следом в работу вступает софт, который генерирует хеш-код на основе полученной информации о радужной оболочке глаза. Если он совпадает с тем, что записан в память смартфона при настройке сканера, устройство разблокируется.

Фото - WPCentral

Минус системы в том, что генерация хеш-кода занимает 1-2 секунды, это не очень-то и быстро. В целом многое зависит от мощности процессора вашего смартфона. Важен тот факт, что на устройстве не может храниться фотография глаз, как и любая другая легко расшифровываемая информация. Только хеш-сумма.

Вторая технология разработана американским стартапом EyeVerify и называется Eyeprint ID. Принцип похож, только ИК-луч не используется. Eyeprint ID сканирует не «радужку», а сетчатку – расположение кровеносных сосудов и прочие особенности. Для реализации технологии достаточно обычной фронтальной камеры разрешением не менее 1 Мп. Пока разработка EyeVerify особой популярностью не пользуется. Во-первых, в условиях слабого освещения срабатывает плохо, ведь ИК-подсветки нет. Во-вторых, судя по обзорам смартфонов Vivo и ZTE (где и используется Eyeprint ID) для настройки системы требуется секунд 20-30 держать девайс прямо перед глазами. А разблокировка занимает около 5 секунд, что, конечно, не дело. Но, вероятно, технологию еще усовершенствуют.

Фото - Digitaltrends

Что выбирают Samsung и LG?

Пока нельзя с точностью сказать, какая именно технология будет использована в грядущих флагманах. Но можно сделать некоторые предположения. В частности, Samsung инвестирует в EyeVerify. А ещё осенью прошлого года в сеть попал патент этой компании, который описывает систему распознавания сосудистой сетки и радужной оболочки глаза. При этом используется похожая на инфракрасную подсветка и ресивер, который анализирует отраженный глазами свет.

LG в свою очередь работает с корейской компанией Irience по созданию модуля, считывающего особенности сетчатки глаза. Подробной информации пока нет, но, по слухам, сейчас ведутся работы по увеличению требуемого расстояния для корректного считывания с 30 до 50 см.

А что получим мы с вами?

Конечно, возникает вопрос – стоит ли так возиться с развитием сканеров сетчатки для обычных телефонов? Ведь есть отлично работающая технология распознавания отпечатка пальца. Специалисты отвечают – стоит! Защита данных – важное дело. Новая технология повышает уровень безопасности и не требует прямого контакта со считывателем.

Бесконтактность – это плюс. Например, в перчатках телефон не разблокировать прикосновением пальца. Также сканеры отпечатков плохо реагируют на влажные или жирные руки. Есть ещё мнение, что к телефону со сканером отпечатка кто-нибудь может приложить ваш палец пока вы, например, спите. Но я не настолько параноик, чтобы из-за такой перспективы переживать.

Итого

В любом случае, «глазным» сканерам еще расти и расти. По отзывам многих владельцев Lumia 950/950 XL, разблокировка с помощью новой технологии уступает привычным считывателям отпечатков. Во-первых, телефон приходится держать неестественно близко к глазам (вместо того, чтобы просто взять в руку и приложить палец к считывателю). Во-вторых, сканер часто не срабатывает, если вы смотрите не прямо на девайс, а немного под углом. Ну и распознавание занимает определенное время, как я уже отмечала.

В идеале флагманам иметь оба сканера, чтобы каждый пользователь мог выбрать то, что ему удобнее (и в зависимости от своих параноидальных наклонностей). Например, можно было бы разблокировать телефон «взглядом», а покупать приложения с помощью «тач айди».

Что ж, дождемся выставки и посмотрим, как именно будет реализовано считывание особенностей глаз владельца в новых смартфонах.