Радужная оболочка

На фото хорошо видно детальное строение трабекулярной сети — основной части радужной оболочки, от которой зависит цвет глаз. Эта эластичная материя, состоящая из углублений, волокон, борозд, морщин, колец и сосудов, создает узор, который уникален для каждого человека. Даже у близнецов он не совпадает полностью. Узор трабекулярной сети формируется к восьмому месяцу эмбрионального развития и остается неизменным в течение всей жизни человека, и только серьезная травма или хирургическое вмешательство могут его изменить.

Радужная оболочка глаза — тонкая, подвижная, светонепроницаемая диафрагма с отверстием в центре — зрачком. Она расположена за передней, наиболее выпуклой частью — роговицей. Цвет радужки у ребенка может меняться до полутора лет, а полностью устанавливается к 10–12 годам.

Строение глаза. Изображение с сайта tver-lazer.ru

Радужная оболочка состоит из двух слоев — внешнего и внутреннего. Внутренний слой темный независимо от цвета глаз — только у альбиносов он бесцветный из-за отсутствия пигмента. В переднем слое содержатся клетки, окрашенные темным пигментом меланином — именно от его количества и распределения в клетках зависит цвет глаз. Причем в глазах человека могут присутствовать два типа меланина — черный или коричневый эумеланин и красноватый феомеланин. Свой вклад в цвет также вносят сосуды и волокна самой трабекулярной сети. Разные сочетания дают разные цвета.

Строение радужной оболочки глаза. Изображение с сайта about-vision.ru

Синий цвет глаз получается, если внешний слой радужки содержит мало меланина и имеет невысокую плотность волокон. Глаза синие по той же причине, что и небо, — благодаря рэлеевскому рассеянию света. Если меланина мало, а плотность волокон выше, то получаются голубые глаза — при условии, что волокна радужки имеют беловатый оттенок. Чем выше плотность волокон, тем светлее голубой цвет. Если волокна радужки сероватые, а меланина мало, по тому же принципу выходит серый цвет глаз. Зелеными глаза становятся, если в радужке мало меланина, но дополнительно присутствует желтый пигмент липофусцин — при смешивании желтый и синий дают зеленый. Кстати, интересно, что накопление липофусцина в клетках организма (не только в глазах) происходит при старении и на фоне многих патологических процессов — поэтому ярко-желтые глаза могут говорить о нездоровье своего хозяина. Однако такой эффект может давать и красноватый феомеланин, который часто присутствует в зеленых, ореховых и янтарных глазах.

Если меланина — особенно эумеланина — во внешнем слое радужной оболочки содержится много, то он поглощает большую часть спектра, а отраженный цвет делает глаз коричневым. Чем его больше, тем темнее глаза. Например, болотный цвет получается от смешивания коричневого и синего цвета, то есть меланина во внешнем слое больше, чем у зеленых глаз, а дополнительно могут присутствовать желтые пигменты. Меланин в радужке может быть распределен неравномерно, и получаются различные цветные узоры, окантовки, пятнышки.

Разнообразие оттенков глаз человека. Фото с сайта zmescience.com

Уникальность индивидуального рисунка радужки делает ее удобной для биометрической аутентификации личности. Распознавание личности по радужной оболочке соответствует всем критериям для биометрических параметров и происходит в три этапа: получение цифрового изображения, сегментация и параметризация. Сам процесс прост и длится пару секунд: в течение одной секунды сканируется глаз, в течение второй — формируется бинарный код. Дальше полученный код сравнивают с базой.

Радужная оболочка — настолько уникальный параметр, что даже нечеткий снимок дает достоверный результат. Из-за того что зрачок чувствителен к свету и постоянно меняет свой размер, делают несколько фотографий. Из них выбирают одну или несколько и приступают к сегментации, то есть делят ее на отдельные участки. На полученной фотографии находят радужную оболочку, определяют внутреннюю границу со зрачком и внешнюю границу со склерой, исключают случайное наложение ресниц или блики (например, от очков). После определения этих границ изображение радужки необходимо нормализовать. Это не совсем очевидный, но необходимый шаг, призванный компенсировать изменения размеров зрачка. Этот процесс представляет собой переход в полярную систему координат: выделенная область изображения переходит в прямоугольник, и происходит оценка радиуса и центра радужки. Затем из нормализованного изображения выделяют контрольную область. Из каждой выбранной точки извлекают фазовую информацию, которая не зависит от контраста изображения и освещения, — создают гистограмму направленных градиентов. Полученная фаза кодируется двумя битами информации. В итоге мы получаем шаблон радужной оболочки, который побитно будет сверяться с другими шаблонами в процессе аутентификации.

Результат распознавания радужной оболочки глаза: (a) — исходное изображение, (b) — сегментация, (c) — гистограмма направленных градиентов. Рисунок из материалов конференции A. Albadarneh et al., 2015. Iris recognition system for secure authentication based on texture and shape features

Часто распознавание личности по радужной оболочке путают или объединяют в одно понятие с аутентификацией по сетчатке глаза, которая основана на изучении рисунка кровеносных сосудов глазного дна. Для этого метода нужны громоздкие установки и более длительное время: необходимо просветить зрачок инфракрасным сканером, что малоприятно для человека, да и вообще не так удобно и доступно, как аутентификация по радужной оболочке.

Фото с сайта heck-aitomix.livejournal.com.

Ирина Хохлова