Поэтому измерение особенности формы и структуры папиллярных узоров и радужной оболочки глаз, безусловно, является актуальной задачей. В этом случае результаты многовековых исследований ДФ и ИФ будут эффективно применены в медицине, генетики, антропологии, криминалистической экспертизе, профотборе и др.
В конце 20-го века сформировалось новое направление создания современных систем защиты от несанкционированного доступа на основе использования в качестве полезной информации статические биометрические характеристики человека (БХЧ)- параметры отпечатков пальцев, изображения радужной оболочки глаза (РОГ), голоса, изображения лица, и динамические БХЧ - параметры манеры работы на клавиатуре компьютера, динамики подписи, походки, потенциально обеспечивающих возможность явной и скрытой идентификации личности.
Первые биометрические системы предназначались для обеспечения доступа к информации в ПЭВМ и банковским счетам по голосу, отпечаткам пальцев, изображениям лица и РОГ. Производители биометрических устройств справедливо полагают, что их продукция надежнее паролей и микропроцессорных карточек. Основная доля доходов приходится на биометрические технологии по отпечаткам пальцев, геометрии рук и лица. Биометрические технологии получили поддержку со стороны Microsoft, объявившей о своем намерении обеспечить поддержку биометрической верификации в различных операционных системах семейства Windows.
Таким образом, и в задачах определения функционального статуса человека, и в задачах идентификации и верификации личности один объект исследования или источник информации - биометрические характеристики человека.
Настоящая статья посвящена потенциальным возможностям применения биометрическим систем в медицине и биологии, расширяющим их возможности и при применении по прямому назначению.
Биометрической характеристикой человека (БХЧ) называются результаты измерения элемента фенотипа человека или поведенческой черты, в процессе сравнения которых с аналогичными, ранее зарегистрированными БХЧ (эталон, шаблон) реализуется процедура идентификации или верификации личности.
Биометрическая система представляет собой автоматизированную систему, решающую задачи идентификации или верификации личности и реализующую следующие операции:
Выбор источника БХЧ является основной задачей при создании конкретных БТ. Идеальная БХЧ должны быть универсальной, уникальной, стабильной, собираемой. Универсальность означает наличие биометрической характеристики у каждого человека. Уникальность означает, что не может быть двух человек, имеющих идентичные значения БХЧ. Стабильность - независимость БХЧ от времени. Собираемость - возможность получения биометрической характеристики от каждого индивидуума.
Реальные БХЧ не идеальны и это ограничивает их применение. В результате экспертной оценки указанных свойств таких источников БХЧ, как изображения и термограммы лица, отпечатков пальцев, геометрии руки, РОГ, изображения сетчатки, подписи, голоса, изображения губ, ушей, динамики почерка и походки установлено, что ни одна из характеристик не удовлетворяет требованиям по перечисленным свойствам (см. таблицу). Необходимым условием использование тех или иных БХЧ является их универсальность и уникальность, что косвенно может быть обосновано их взаимосвязью с генотипом или кариотипом человека.
| Источник БХЧ | Универсальность | Уникальность | Стабильность | Собираемость |
| Видеообраз лица | +++ | + | ++ | +++ |
| Термограмма лица | +++ | +++ | + | ++ |
| Отпечаток пальца | +++ | +++ | +++ | ++ |
| Рука | ++ | ++ | ++ | +++ |
| Радужная оболочка глаза | ++ | +++ | +++ | ++ |
| Сетчатка | +++ | +++ | ++ | + |
| Подпись | + | + | + | +++ |
| Голос | ++ | + | + | ++ |
| Губы | +++ | +++ | ++ | + |
| Ухо | ++ | ++ | ++ | ++ |
| Динамика письма | ++ | +++ | + | +++ |
| Походка | +++ | ++ | + | + |
В процессе исследований были определены семантические свойства БХЧ. В частности, установлено, что в каждом отпечатке пальца существуют два типа признаков, используемые при идентификации: глобальные и локальные. К глобальным относятся: тип папиллярных узоров: дуга, петля и завиток, центр узора и дельта узора, локальный гребневой счет (ЛГС), который определяется для каждого узора как число гребней на расстоянии "дельта-центр", их ориентация и расположение на пальцах и ладонной поверхности.
К локальным признакам относят минуции (см. рисунок), определяемые как точки изменения структуры папиллярных линий (разрыв, окончание, раздвоение и т.п.). На отпечатке пальца насчитывают до 50-70 минуций. Принято считать, что в отпечатках пальцев разных людей могут встретиться идентичные глобальные признаки, а картина минуций является уникальной.
В биометрических системах на основе РОГ сформировались два основных подхода, отличающиеся способами представления образов и эталонов. В первом подходе используются непосредственно изображения РОГ, выделенные с помощью колец или развернутые в виде прямоугольника. Во втором подходе формируется матрица штрих-кодов РОГ. Процедура получения матрицы содержит этапы выделения лица, локализацией глаз и зрачка. Значение каждого пикселя изображения сравнивается с некоторым порогом и в зависимости от результатов сравнения записывается как "0" или "1" в определенное место матрицы штрих-кодов.
Более 70% всех ИМВ располагаются в области головы, шеи и кисти, что подтверждает возможность использования изображений лица, головы, ее элементов, изображений рук для идентификации личности. Именно ИМВ Чарльз Дарвин использовал в качестве одного из доказательств эволюционного происхождения человека, называя эти признаки "зачаточными органами". Но еще более значимым является представление Чарльза Дарвина о том, что "признаки небольшого жизненного значения для вида наиболее важны для систематика" и "...такое значение несущественных признаков для классификации зависит преимущественно от их корреляции с другими более или менее существенными признаками. Значение же комплекса признаков в естественной истории совершенно очевидно".
Особое значение среди информативных морфогенетических вариантов занимает дерматоглифика, так как узоры гребневой кожи человека характеризуются двумя, казалось бы, взаимоисключающими особенностями: с одной стороны, они уникальны для каждого человека, что используется в криминалистике, а с другой - поддаются четкой качественной и количественно типизации, что отражено в международной классификации дерматоглифики. Кроме того, генетическая детерминация узоров дермальной кожи не вызывает сомнений. К настоящему времени известно о большом количестве врожденных и наследственных заболеваний, характеризующихся изменениями дерматоглифики, а при ряде хромосомных и моногенных синдромов дерматоглифика является диагностическим методом.
Общность эмбрионального происхождения дермальной кожи и центральной нервной системы позволило предположить связь признаков дерматоглифики не только с неврологической и психиатрической патологией, но и с особенностями нормальной ЦНС. Так была обнаружена корреляция некоторых узоров дерматоглифики с определенными параметрами электроэнцефалограммы. Дерматоглифика служит и надежным маркером морфогенетических асимметрий, что, в частности, можно использовать в изучении межполушарной асимметрии мозга человека. Другие признаки дерматоглифики - минуции, применяемые в настоящее время в дактилоскопии и в биометрике для идентификации человека в медико-генетическом консультировании пока не применяются, в первую очередь из-за отсутствия возможности измерения их параметров.
Исследователи отмечают отражение на РОГ генетических особенностей. "...Радужка является непревзойденным отражателем врожденных недостаточностей, закрепленных в генотипе" Вельховер Е.С. "Радужка - единственная структура, отображающая врожденные дефекты, передаваемые по наследству до 4-го поколения" Jensen B.
Таким образом, элементы фенотипа, имеющие генетическую детерминированность: голова, лицо, уши, нос, область рта, шея, узоры гребешковой кожи ладонной поверхности, структура и цвет РОГ, туловище, стопы и др. могут быть использованы как для решения биометрических, так и для диагностических задач. Поэтому электроэнцефалограмма, электрокардиограмма, фотоплетизмограмма и другие физиологические реакции, имеющие выраженные признаки индивидуальности, также могут быть использованы в качестве источников БХЧ. Аналогичные соображения могут быть положены в основу использования для идентификации человека параметров походки, почерка и др.
Однако в медико-биологической практике наиболее широкое применение нашли результаты дерматоглифических исследований, что во многом было обусловлено возможностью регистрации красковым способом дерматоглифических изображений и созданного на этой базе существенного научного задела. К сожалению, из-за отсутствия возможности качественной регистрации других фенотипических изображений человека: РОГ, лица, головы и т.д., не удалось создать адекватный по уровню задел, обеспечивающий эффективное применение результатов иридоглифических, антропометрических и др видов исследования в медико-биологической практике.
Дуга, А
Петля, L
Завиток, W
S-узор, S
Дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности одновременно и в связи с развитием нервной и эндокринной системами и не изменяются в онтогенезе. Морфогенетическая природа позволяет считать комплекс пальцевой дерматоглифики морфогенетическим маркером.
В процессе исследований была установлена диагностическая значимость дерматоглифических признаков при прогнозе: заболеваний, связанных с врожденными патологиями и пороками развития; нарушений психомоторной и психоличностной сферы, выявлена связь пальцевой дерматоглифики с физическими способностями человека, особенностями телосложения, профессиональными возможностями, темпами пренатального роста производных эктодермы, отдельными показателями нейро-миодинамического комплекса.
В простейшем случае результатом исследования дерматоглифического фенотипа человека является таблица, в которой указаны тип узоров, значения визуально определенных гребневых счетов узоров, ориентация узоров по отношению к ребру ладони (из методики).
Абрамова Т.Ф. с коллегами, используя в качестве генетических маркеров дерматоглифические признаки (ДП), при обследовании более 2000 испытуемых разного пола и уровня физических способностей, среди которых 1559 спортсменов в возрасте 14 - 36 лет разной квалификации (представители 25 видов спорта), 69 детей и взрослых в возрасте от 2 до 40 лет с врожденно ограниченным уровнем физических способностей (детский церебральный паралич - ДЦП) и контрольной группы из 202 студента московских вузов в возрасте 18-24 лет и 291 детей и подростков 4-16 лет Москвы и Московской области установили:
На примере представителей академической гребли (вида спорта с широким спектром показателей физических возможностей) установлено, что фенотипы с минимальными значениями тотальных признаков пальцевой дерматоглифики и преобладанием дуговых узоров при практической элиминации завитковых узоров соотносятся с низким статусом развития физических качеств и размеров тела. Преобладание петлевых при высокой частоте дуговых узоров и низкой доли завитков маркирует предрасположенность к развитию скоростно-силовых качеств. Напротив, интегральное усложнение при полной элиминации простых узоров является указателем врожденного приоритета развития нервно-мышечной координации. Фенотипы с промежуточными значениями признаков пальцевой дерматоглифики, близкими к известным данным представителей русской популяции, отражают общую предрасположенность к развитию качества выносливости.
Изменения физических возможностей от явной скоростно-силовой доминанты к приоритету выносливости и с их завершением в виде превалирующей значимости механизмов управления координацией движений на уровне частных признаков пальцевой дерматоглифики определяются первичными изменениями характеристик первых пальцев обеих рук с начальным усложнением узоров при последующем возрастании гребневого счета. Изменения на других пальцах носят вторичный характер.
Сопоставление частот фенотипов ДП в спортивной "субпопуляции" и общепопуляционном контингенте показали, что наличие дуговых узоров является маркером низкого физического статуса, включая как основные физические качества, так и размеры тела.
При изучении особенностей ДП в случае врожденного ограничения развития двигательных возможностей также показана прямая связь снижения СГС/ДИ с низким уровнем развития физических возможностей. При сходстве значений ДИ величина СГС убывает в зависимости от тяжести заболевания, что проявляется в последовательном снижении пропорции СГС/ДИ от 10/1 - в контроле до 8/1 - в случае частичных врожденных нарушений и 7/1 в случае - тяжелых врожденных нарушений двигательных возможностей.
Обнаруженные параллели указанных признаков ДП со сниженным физическим потенциалом находят косвенное объяснение в установленных другими исследователями фактах преобладания дуговых узоров на фоне часто сниженного гребневого счета при врожденных нарушениях развития различной этиологии.
В результате исследований взаимосвязи расположения и ориентации пальцевых узоров и значений средней гребневой частоты (аналог ГС) на аппаратно-программном комплексе для дерматоглифических исследований "Малахит" удалось установить, что параметры дерматоглифики большого, указательного и триады других пальцев образуют систему статистически независимых признаков. При сравнении типа узоров на большом, указательном и безымянном пальцах с индивидуальными способностями обследуемых лиц оказалось, что чем сложнее тип узора, тем более развита функция системы, проекционная зона которой расположена на пальце. То есть, существует взаимосвязь ДП и особенностей строения модулирующих систем головного мозга, выполняющих основную функцию при формировании условных рефлексов (например, обучении) и при реализации безусловных рефлексов (поведении), что обуславливает возможность обоснованного профессионального отбора.
Анализ корреляционных отношений между кожными пальцевыми узорами и мотивационным состоянием человека позволяет не только спрогнозировать алгоритм поведения, но и определить оптимальную сферу его дальнейшей профессиональной деятельности. Перспективность подобного подхода была показана в исследованиях личностных характеристик студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана (далее МГТУ) и ММА им. И.М. Сеченова (далее ММА) при оценки их профессиональных способностей. Анализ распределений значений ДИ у студентов ММА, студентов МГТУ и юношей со средним образованием (СО) позволил сделать заключение, что значения ДИ, равные 10-12 и 16-18 отражают "технические " склонности, значения ДИ: 10-16 - "гуманитарные" склонности представителей контингента.
Для оценки информативности ДП для профессионального отбора были исследованы комбинации типов пальцевых узоров у юношей - студентов ММА (57), студентов МГТУ (44) и юношей СО (118). В составе студентов также были выделены студенты (отличники), у которых средний балл успеваемости выше либо равен 4,7, предполагая, что успеваемость студентов характеризует не только их способность к обучению, но и наличие других высоких профессиональных качеств. В результате обработки полученных данных была выявлена тенденция, что сложность папиллярных узоров на 1, 6 и 7 пальцах является индикатором мотивации к получению знаний.
В качестве примера, на рисунке представлены три диаграммы типов узоров на десяти пальцах успевающих студентов МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Для второго студента усвоение учебного материала требует определенных усилий и самостоятельной работы. При наличии личной мотивации к обучению или мотивации к изучению дисциплин в минисоциуме (студенческой группе) успехи в учебе будут высокими и стабильными. Максимальная сложность узора на безымянном пальце проявляется в притягательности для него практической работы, требующей координированных движений. Потенциальный инженер-испытатель, доводящий до практического применения новую разработку.
Третьему студенту для качественного усвоения учебного материала требуется большой объем самостоятельной работы. Его успехи зависят от мотивации и обусловлены огромной работоспособностью в любом виде деятельности, в том числе и умственной. Вид инженерной профессиональной ориентации - инженер-проектировщик.
Врач-генетик В.Г. Солониченко и нейрофизиолог Н.Н. Богданов установили близость узоров на одноименных пальцах у родителей и ребенка, причем возможность появления ребенка с психосоматическими заболеваниями также может быть установлена по выраженности ИМВ у родителей - практически здоровых индивидуумов. Сравнительно недавно установлено еще одно важное достоинство метода дерматоглифической диагностики - возможность выявления носительства мутантных генов у практически здоровых индивидуумов. Это было, в частности, показано на примере врожденных расщелин губы и врожденных расщелин нёба. Семейный анализ папиллярных узоров и линий показал наследственную тенденцию по всем ладонным признакам кожного покрова.
Иридоглифику отличают раннее обнаружение патологического процесса, быстрота получения результатов; возможность осмотра в одном поле зрения органных и системных взаимоотношений в организме (интегральный анализ), простота и безвредность обследования. В противоположность клинической медицине, ставящей целью определение болезни, иридоглифика позволяет осуществлять широкий поиск наследственных и врожденных особенностей, а также оценить характер, условия и возможность возникновения и развития заболеваний.
Однако результаты иридоглифического исследования использовались, как правило, для дифференциальной диагностики болезней, и поэтому в определенном смысле дискредитировали метод.
РОГ - передняя часть сосудистого тракта, расположенная между роговицей и хрусталиком, имеет вид пластинки слегка эллиптической формы. Ее периферический край заходит за роговично-склеральный лимб, переходя в циллиарное тело. Горизонтальный диаметр РОГ человека в среднем составляет 12,5 мм, вертикальный - 12 мм, и имеет вид усеченного и очень уплощеного конуса. Толщина РОГ неодинакова и в среднем составляет 300 мкм.
РОГ, как и кожа ладонной поверхности и биологически активных точек (БАТ), имеет развитую архитектонику сосудов кровеносной системы и волокон нервной системы, обеспечивающих рефлекторную функцию.
Гипотетически отображение патогенных изменений проявляется на РОГ следующим образом. Пока человек здоров и его иридоневральные пути функционируют нормально, РОГ выглядит однородной, равномерно окрашенной и рельефной. В острой стадии болезни, наряду с просветлением РОГ, происходит набухание и расщепление радиальных волокон радужки и нарушается линейность трабекул. Они становятся волнистыми, спиралевидными, расслоенными задолго до появления клинических признаков заболевания. Эти процессы свидетельствуют об ослаблении сопротивляемости организма. Если острое воспаление за короткий срок заканчивается выздоровлением, то изменения на РОГ регрессируют.
Несмотря на значительное число информационных признаков РОГ (не менее 19), контролируемых параметров, значениями которых в той или иной комбинации можно описать каждый из них, всего шесть. Наиболее характерными параметрами ИП являются: цвет, форма, локализация и структура признака, которые в дальнейшем будем называть комплексом иридоглифических параметров (КИП).
Цвет характеризует адаптационные возможности организма, например, чувствительность к внешним воздействия у светлоглазых в 2 раза выше чем у лиц со светлокарими глазами и в 4 раза выше, чем у лиц с темнокарими глазами. Для достижения лечебного эффекта доза лекарств у последних должна быть большей, чем для пациентов со светлыми глазами. Как показали исследования, можно выделить четыре цвета РОГ: карие, светлокарие, серые и серые с гетерохромией.
Чем выше плотность РОГ, тем лучше способность организма сопротивляться заболеваниям, переносить изменения условий окружающей среды. Оценка этих способностей важна не только в клинической практике, при выборе тактики реабилитации конкретного пациента, но и в работе различного рода медицинских комиссий при направлении на работу в отдаленные районы, оценке усредненных репаративных особенностей социума, проживающего в загрязненном районе. В качестве примера, можно привести результаты врача Гамиуллина Ф.З, который снизил количество нетрудоспособных дней у работающих в неблагоприятных климатических условиях в двадцать раз, используя при отборе значения иридогенетических симптомов и направляя на работу только лиц с высоким иридогенетическим статусом.
Научно-исследовательский и испытательный центр биометрической техникиВВЕДЕНИЕ
Вопросы изучения живых организмов и растительных объектов, а также процессы, происходящие на клеточном, молекулярном и генетическом уровне становятся все более актуальными с каждым днем. С этой целью в научных лабораториях разрабатываются методы по их исследованию и моделируются сложных явлений природы. К наиболее часто используемым методам исследования можно отнести экспериментальные и методы многомерной статистики. Они являются важной и неотъемлемой частью лабораторного эксперимента и позволяют достоверно выявить закономерности происходящих природных процессов, а также найти причинно-следственные связи между ними.
В научных исследованиях для получения достоверных данных эффективно используется метод массовых наблюдений. Данный метод основан на использовании большого количества повторностей в каждой экспериментальной группе. Материал, полученный в ходе лабораторного опыта, обрабатывают и анализируют, далее по полученным данным делают соответствующие выводы и устанавливают те или иные закономерности. Большое значение в достижении наибольшей точности результатов и выводов в ходе эксперимента имеет не только качество экспериментальных методик, но и правильная статистическая обработка, так как полученные результаты могут значительно варьироваться в пределах одной экспериментальной группы. Таким образом, выполнение статистического анализа экспериментально полученных данных расширяет возможности в познании биологических явлений природы, способствует объективной оценке полученных результатов, исключая возможность субъективной точки зрения исследователя, а также методической ошибки, которые возникают при выполнении эксперимента, и дает возможность экспериментатору сделать точные и корректные выводы и заключений в отношении изучаемого явления.
Предмет исследования – компьютерные технологии как способ обработки данных, полученные при лабораторном исследований.
Цель исследования – проанализировать возможности статистических программ при обработке данных, полученных в результате постановки лабораторного эксперимента.
Задачи исследования:
· Оценить методы математической статистики с точки зрения их возможностей и границ применения при планировании и обработки биохимического эксперимента.
· Изучить, имеющиеся статистические пакеты анализа.
· Освоить возможности решения задач прикладной статистики средствами Microsoft Excel (применения стандартных функций и пакета анализа данных) и известных статистических пакетов STATISTICA в области биохимии.
Компьютерные технологии имеют большое значение в статистической обработке данных. Это позволяет не только ускорить данный процесс в несколько раз, но и произвести его на более высоком качественном уровне.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
Биометрия как наука и основные ее понятия
В последние годы все чаще для решения и моделирования поставленных задач используются компьютерные технологии. В связи с этим возросла потребность в высококвалифицированных специалистах, имеющих хорошую теоретическую базу и имеющие опыт работы с некоторыми программами. На сегодняшний день в учебных учреждениях появляются дисциплины, которые позволяют сформировать устойчивые умения, необходимые для обработки и представления результатов научной деятельности. Наука, которая занимается изучением методов сбора и токованием числовых данных называется статистика. Данная дисциплина имеет важное практическое значение, так как позволяет прогнозировать развития природных, социальных процессов и явлений. Со временем стали появляться более специализированные отрасли данной науки. Таким образом, на стыке двух самостоятельных наук: биология и статистика, - появляется биологическая статистика (или биометрия) . Биометрия – эмпирическая наука, изучающая данные, полученные при постановке опыта путем выполнения некоторых математических вычислений. Выполнение данных операций без вычислительной техники и компьютерных технологий занимает очень много времени. Насколько это трудоемкий процесс мы можем убедиться, рассмотрев некоторые наиболее используемые понятия биометрии при характеристики исследуемого признака.
Основные понятия биометрии.
Очень часто в практической деятельности человека и при обработке данных, полученных в ходе научных исследований, используется средняя величина. Данная величина характеризует исследуемый признак и показывает, каким было бы значение переменной, если бы у всех объектов из выборки оно было бы одинаковым. Средне арифметическая вычисляется по формуле:
где х 1 х 2 , ..., x k - варианты совокупности; n- общее количество вариант.
Медиана (граница 50%-ного интервала) - значение, которое делит выборку пополам: в обе стороны от медианы в вариационном ряду располагается одинаковое число вариант. Эта величина зависит от накопления частот. Частоты накапливают до тех пор, пока не будет превышена половина суммы частот. Полученное наибольшее значение и есть медиана. Формула, по которой можно вычислить данное значение имеет следующий вид:
,
где x min – минимальное значение предела интервала, где находится срединное значение; i - величина интервала; N-объем совокупности; Σn-суммарная численность до интервала, в котором находится срединное значение; N e -численность интервала, где находится срединное значение.
Еще один статистический показатель это мода. Модой называется такая величина, которая наиболее часто встречается. Моду можно вычислить по формуле Пирсона:
,
где Ме – медиана; М-среднее значение признака.
Среднее квадратичное отклонение, - важнейшая характеристика в биологическом эксперименте. Данная величина является мерой рассеяния ряда распределения и определяется по формуле:
В некоторых экспериментах требуется очень высокая точность опыта. Например, в медико-биологических, токсикометрических и др. Ошибка в данных опытах не должна быть выше 1%, если значение ошибки превышает 1%, то точность результата является неудовлетворительной и нужно увеличивать количество повторностей.
Однако как бы исследователь ни старался точно выполнять все действия методики эксперимента, все равно на практике случаются ошибки, которые необходимо учитывать при обработке данных. Существует несколько типов ошибок.
Ошибка средней (m x) - показатель, на которое отличается среднее значение выборочной (опытной) совокупности от среднего значения генеральной совокупности, если распределение исследуемого параметра будет стремиться к нормальному значению. Основная ошибка среднего рассчитывается по формуле:
Более информативным и приемлемыми для сравнения групп используется коэффициент изменчивости , или вариации . Коэффициент изменчивости – это основное отклонение, выраженное в процентах от среднего значения, которое рассчитывается по формуле:
По полученным результатам делают вывод о характере и степени варьирования признака (таблица 1.1).
Таблица 1.1. Характер изменчивости признаков (по М.Л.Дворецкому)
Если значение t больше четырех, то среднее значение будет достоверным и соответственно можно сформулировать корректные выводы.
Определяют также процент расхождения между выборочной и генеральной средними - точность опыта (р,%), или ошибка наблюдений :
Этот параметр опыта показывает, на сколько процентов можно ошибиться, если утверждать, что генеральная средняя равна полученной выборочной средней.
Встатистике важным является показатель нормирования. Данный показатель используется для оценки вариант относительно к среднему значению данной группы по следующей формуле:
В зависимости от цели исследования значение может колебаться от x: ±0,5σ до х±1σ. Варианты со значением от 0,67σ до 2σ являются субнормальными, если значение равно более х± 2σ, то такие вариантыследует отнести к категории аномалий.
В биометрии существует такое понятие как ошибка репрезентативности . Эта ошибка, которая возникает не в ходе выполнения измерений или вычислений, а из-за случайного отбора при формировании группы.
При подсчете ошибки средней арифметической в небольших группах количество наблюдений (п) является «числом степеней свободы» - используется выражение (n-1), и тогда формула имеет вид:
Существует огромное количество формул вычисления ошибок эксперимента. Некоторые из них приведены ниже в качестве примера. Формула, по которой вычисляется средняя ошибка среднего квадратического отклонения:
Средняя ошибка коэффициента вариации (С):
Средняя ошибка показателя асимметрии:
Или более точно: 
Ошибку коэффициента эксцесса:
Сравнительный анализ полученных результатов сводится к оценке степени достоверности наблюдаемых между ними различий по следующей формуле:
где t - критерий достоверности. Его значение оценивается по таблицам вероятности Стъюдента. Если фактическое t больше табличного t st , то существует разница между двумя исследуемыми группами. Различие существенное, достоверное и его нельзя объяснить случайными причинами.
Для сравнения полученных результатов с ожидаемыми используют критерий хи-квадрат (χ 2), который находится по формуле:
где, p – эмпирическая частота, p’ – ожидаемая частота. Значение χ 2 -теста заключается в том, чтобы узнать, подтверждается или опровергается гипотеза экспериментом. Если значений χ 2 , превышает табличное, то можно утверждать, что разница между фактическими и ожидаемыми результатами будет достоверной.
Так как большинство биологических объектов имеют огромное количество, нередко взаимосвязанных признаков, которые их характеризуют, например, вес, рост, возраст и др., то при исследовании комплекса показателей применяют дисперсионного анализа. Зависимость, при которой на каждое значение независимой переменной приходится только одно значение зависимой, называют функциональной . Однако в природе такая связь бывает очень редко. Обычно исследуемые объекты с одинаковыми значениями одного признака имеют разные значения по другим признакам. Такую связь называется корреляцией . Коэффициент корреляции показывает, насколько один исследуемый признак связан с другим (таблица 2). Коэффициент корреляции вычисляется по формуле:
Таблица 1.2. Характеристика тесноты связи между признаками
Так же необходимо найти квадратическую ошибку коэффициента корреляции:
Полученные показатели коэффициента корреляции оценивают с помощью критерия достоверности Стьюдента:
Или с помощью формулы
При оценке взаимосвязи величин очень важно найти аналитическое уравнение, которое будет соответствовать природе изучаемого явления для предсказания поведения независимой характеристики объекта при изменении зависимого параметра. Взаимосвязь между переменными величинами называется регрессией . Коэффициент регрессии, который определяется по следующим аналогичным формулам:
- коэффициент регрессии Y.X;
коэффициент регрессии X.Y,
и .
Для коэффициента регрессии также находят среднюю квадратическую ошибку:
Это основные формулы, применяемые в биометрии, которые используются при обработке данных, полученных в ходе биохимических исследований. Существует еще очень много статистических формул, однако все они, как мы уже убедились, состоят из нескольких математических действий, что осложняет вычисления исследователя и может привести к многочисленным ошибкам в расчетах. Исправление этих ошибок может отнять много времени при обработке большого количества данных. Таким образом, компьютерные технологии упрощают данный рутинный процесс в несколько раз, что позволяет более рационально использовать время, а также уменьшают вероятность ошибки, что дает уверенность в правильности полученных результатов и позволяет сделать корректные выводы.
Планирование и обработка биохимического эксперимента
В настоящее время существует множество информации и довольно сложно ориентироваться в этом бесконечном потоке знаний. Тогда возникает вопрос, каким образом можно получить интересующую информацию и подобрать нужную литературу, затратив при этом минимальное количество времени. Для этого существуют различные поисковые системы, которые значительно сокращают количество потраченного времени на подготовительном этапе. Так как прежде чем приступить к выполнению и планированию исследования, необходимо убедиться, не изучался ли данный вопрос ранее, каковы результаты проведенных исследований и какие критерии уже изучены. Чтобы больше осознать в полной мере необходимость информационных технологий в планировании эксперимента, необходимо понять, что представляет собой данный процесс.
Планированием эксперимента называется комплекс мероприятий, направленных на эффективную постановку опыта, главной целью которого является достижение максимальной точности измерений при проведении минимального количества опытов. При планировании опыта выделяют несколько этапов:
1. Предпланирование – этот этап включает в себя составление плана работы и его утверждение, выбор темы, формулировка рабочей гипотезы, информационная обработка плана и освоение методик.
Этот этап позволяет исключить возможность дублирования исследования, обеспечивает достоверность знаний и оригинальный подход к решению поставленных перед исследователем задач
2. Собственно процесс исследования – на данном этапе производится аналитический обзор литературы по данной проблеме, накопление данных, их систематизация и выработка представлений и проведение эксперимента. Эксперимент – набор действий и наблюдений, выполненных для проверки истинности или ложности выдвинутой гипотезы и установление причинно-следственных связей между изучаемыми феноменами.
Благодаря данному этапу исследователь может осознать насколько новой является данная тема и актуальны полученные результаты, сформулировать научно-практическую значимость.
3. Последний этап заключается в оформление результатов научного поиска – составление отчетов, написание статей.
Любой эксперимент основан на выполнении аналитического метода, Аналитические методы имеют критерии, определяющие пригодность метода:
· Специфичность – способность определить тот компонент, для определения которого данный способ исследования предназначен.
· Точность – качество измерений, отражающих близость полученных результатов, содержащих анализируемое вещество
· Сходимость (воспроизводимость в серии) представление о близости друг к другу результатов исследования выполненных в одних условиях в серии.
· Воспроизводимость – близость результатов, полученных при выполнении лабораторного аналитического исследования пробы в различных условиях. Данный параметр отражает степень разброса данных и позволяет выявить случайные ошибки.
· Правильность и неправильность - отличия от истинного значения
· Чувствительность – способность метода выявлять наименьшее значение анализируемого вещества. Оценивается величина отношения разности между показателями измерений прибора. Чем выше величина отношения, тем выше чувствительность метода.
· Предельная чувствительность – концентрация исследуемого вещества соответствующая минимальному измерению отличному от значения холостой пробы.
Интерпретация полученных результатов исследования производится вручную или с помощью компьютера. Один из способов оценки результатов это построение градуированной (калибровочной) кривой. Калибровочная кривая отображает тесную связь экстинкции, интенсивности излучения света и концентрации вещества в сериях стандартных растворов. Для построения градуированной кривой используются стандартные растворы.
Построение калибровочной кривой:
ü Приготовление стандартных растворов
ü Приготовление разведение стандартного вещества, который охватывает диапазон исследуемых концентраций и выходит за пределы максимального и минимального значения.
ü Из основного готовим маточные растворы
ü Для каждой концентрации стандартного раствора делаем 3-5 измерений
ü По полученным точкам строим график.
Для большей наглядности и точности лучше всего построить график. График показывает зависимость оптической плотности от концентрации раствора. Это будет более удобно при последующем определении концентрации изучаемого вещества в исследуемых пробах, что поможет рассчитать более правильную концентрацию рабочих растворов.
Похожая информация.
Тема 1 Основные понятия биометрии
§ 1.1. Предмет и основные понятия биометрии
Предметом биометрии служит любой биологический объект, изучаемый с применением счета или меры, т.е. с количественной стороны в целях более или менее точкой оценки его качественного состояния.
При этом имеются в виду не единичные, а групповые объекты, т.е. явления массовые, в сфере которых проявляют свое действие статические законы. Например, врач принял больного и назначил необходимое ему лекарство – это единичное явление, отдельный акт. Если же врач принял несколько больных или подверг неоднократному осмотру одно и того же большого, – это массовое явление независимо от того, каким был объект наблюдения – единичным или групповым.
Обычно наблюдения проводят на групповых объектах, например, на особях одного и того же вида, пола и возраста, которые рассматривают как составные элементы, или члены группового объекта, и называют единицами наблюдения .
Множество относительно однородных, но индивидуально различимых единиц, объединенных для совместного (группового) изучения, называют статистической совокупностью . Понятие статистической совокупности – одно из фундаментальных биометрических понятий. Оно базируется на принципе качественной однородности ее состава.
Статистический комплекс состоит из разнородных групп, объединенных для совместного (комплексного) изучения. При этом каждая группа, входящая в состав комплекса, должна состоять из однородных элементов. Например, при испытании различных доз удобрений каждый опытный участок рассматривают как отдельную группу, входящую в состав статистического комплекса.
Вопрос о форме объединения биометрических данных экспериментатор решает сам в зависимости от объекта и цели исследования. Объединяемые в статистическую совокупность или статистический комплекс результаты наблюдений представляют некую систему, не сводимую к сумме составляющих ее единиц или компонентов.
§ 1.2 Признаки и их свойства. Классификация признаков.
В общем смысле под словом "признак" подразумевают свойство, проявлением которого один предмет отличается от другого. В области биометрии признаками, по которым проводят наблюдения над объектами, служат такие характерные особенности в строении и функциях живого организма, которые позволяют отличать одну единицу наблюдения от другой, сравнивать их между собой.
Например, исследователя интересует содержание зерен в колосьях пшеницы или ржи, возделываемой на специально подготовленном участке. Массив данной культуры будет объектом наблюдения, а признаком – количество зерен в колосьях отдельных растений, которые являются единицами наблюдения, составляя в общей массе, подвергаемой изучению, статистическую совокупность.
Характерным свойством биологических признаков является варьирование величины признаков в определенных пределах при переходе от одной единицы наблюдения к другой. Например, подсчитывая наличие зерен или колосков в колосьях нетрудно заметить, что величина каждого признака колеблется, образуя совокупность числовых значений признака, по которому проводят наблюдения. Эти колебания величины одного и того же признака, наблюдаемые в массе однородных членов статистической совокупности, называют вариациями (от лат. variatio – изменения, колебания), а отдельные числовые значения варьирующего признака принято называть вариантами (от лат. varians , variantis – различный, изменяющийся).
Классификация признаков
Все биологические признаки варьируют, но не все они поддаются непосредственному измерению. Отсюда возникает деление признаков на:
Качественные (атрибутивные);
Количественные.
Качественные признаки не поддаются непосредственному измерению и учитываются по наличию их свойств у отдельных членов изучаемой группы. Количественные признаки поддаются непосредственному измерению или счету. Их делят на мерные (метрические) и счетные (меристические).
Мерные признаки, варьирующиеся непрерывно: их величина может принимать в определенных пределах любые числовые значения. Счетные признаки – варьируют прерывисто или дискретно: их числовые значения выражаются только целыми числами.
Если результаты наблюдений группируются в противопоставляемые друг другу группы, их варьирование называется альтернативным и признаки, по которым проводят наблюдения, – альтернативными . На языке математики величины любого варьирующего признака является переменной случайной величиной . Их принято обозначать последними в латинском алфавите прописными буквами X , Y , Z , а их числовые значения, т.е. варианты, – соответствующим строгим буквами: x 1 , x 2 , x 3 , ... , x n или y 1 , y 2 , y 3 , ... , y n и т.д. Общее обозначение любой варианты отмечают символами x i , y i и т.д., где индекс i символизирует общий характер варианты.
§ 1.3 Варьирование результатов наблюдений.
Формы учета результатов.
Биологические признаки варьируют под влиянием самых различных, в том числе и случайных, причин. Наряду с естественным варьированием на величине признаков сказываются и ошибки, неизбежно возникающие при измерении изучаемых объектов. Опыт показал, что как бы точно ни были проведены измерения, они всегда сопровождаются отклонениями от действительного значения измеряемой величины, т.е. не могут быть проведены абсолютно точно.
Разница между результатами измерений и действительно существующими значениями измерений величины называется погрешностью или ошибки. Ошибки возникают из-за неисправности или неточности измерительных приборов и инструментов (технические ошибки ), личных качеств исследователя, его навыков и мастерства в работе (личные ошибки ) и от целого ряда других, не поддающихся регулированию и неустранимых причин (случайные ошибки ).
Технические и личные ошибки, объединяемые в категорию систематических , т.е. неслучайных ошибок, можно в значительной степени преодолеть, совершенствуя технические средства, условия работы и личный опыт. Эти меры позволяют свести размеры этих ошибок до минимума, которым можно пренебречь. Случайные же ошибки, как независимые от воли человека, остаются и сказываются на результаты наблюдений.
Итак, варьирование результатов наблюдений вызывает причины двоякого рода: естественная изменчивость признаков и ошибки измерений. Однако по сравнению с естественным варьированием случайные ошибки измерения, как правило, невелики, поэтому варьирование результатов наблюдений рассматривают обычно как естественное варьирование признаков.
Формы учета результатов.
Результаты наблюдений фиксируют в дневниках, журналах, бланках, анкетах или других документах учета. Существует много различных форм и способов учета; выбор той или иной формы определяется задачей исследования и теми условиями, в которых оно проводится. Так, на маршрутных экскурсиях, при проведении полевых опытов удобной формой учета служит дневник. В условиях лабораторного эксперимента результаты испытаний фиксируют в протоколах, журналах, учетных бланках и других формулярах.
§ 1.4 Точность измерений. Действия над приближенными числами.
Применяя биометрию к решению практических задач, исследователь имеет дело с измерениями биологических объектов. Обычно измерения проводят с точностью до десятых, сотых или тысячных долей единицы, более точные измерения производят реже. Практически каждый признак имеет свою меру, например, концентрация вредных веществ измеряется в отдельных случаях не только тысячными, но и миллионными долями единицы.
Как показывает опыт, нет необходимости в точности измерений, когда эта точность практически не нужна. Данное положение относится и к измеряемым объектам, и к вычислениям обобщающих статистических характеристик.
Разумеется, исследователь может иметь дело с точными числами, получаемыми в результате счета. Но гораздо чаще приходится оперировать приближенными числами, полученными в результате измерений. Такие математические операции, как нахождение логарифма чисел, деление, извлечение корня и другие действия, также в итоге дают приближенные числа.
Чтобы избежать грубых ошибок в работе и получить сопоставимые результаты, необходимо неукоснительно соблюдать признанные правила записи и округления приближенных чисел. Очень важно, чтобы числа, фиксируемые в документах учета, соответствовали точности, принятой при измерении варьирующих объектов. Так, если измерения проводят с точностью до одного десятичного знака, то результаты измерений нельзя записать, например, в таком виде: 5,2; 4; 4,69; 4,083 и т.д. Правильная запись этих чисел будет такова: 5,2; 4,0; 4,7; 4,1.
Числа округляются следующим образом:
Если за последней сохраняемой цифрой следуют цифры 0, 1, 2, 3, 4 они отбрасываются (округление с недостатком);
Если же за последней сохраняемой цифрой следуют цифрой 5, 6, 7, 8 и 9, то последняя сохраняемая цифра увеличивается на единицу (округление с избытком).
Например, числа 45,346; 8,644; 9,425; 3,585 и 3,575 округляют так: 45,35; 8,64; 9,43; 3,59; 3,58. Многие исследователи считают более точным такое правило: если за последней сохраняемой цифрой следует цифра 5 (с нулями или без них после нее), то округление осуществляется с недостатком при условии, что сохраняемая цифра четная. Если же сохраняемая цифра нечетная, то округление осуществляется с избытком. Например, числа 3,585 и 3,575 округляют до двух десятичных знаков таким образом: 3,58 и 3,58.
За последние 15 лет биометрия успела перекочевать из жанра научной фантастики в повседневность. Заграничные путешествия, сохранность вкладов, борьба с подделкой документов, терроризмом, нелегальной иммиграцией — поле применения биометрии постоянно ширится. Во многих странах мира давно применяются биометрические паспорта с многоуровневой защитой от подделок. Недавно на них перешла и Украина, а Кыргызстан начал сбор биометрических данных населения. Как любая новая технология, биометрия несет в себе не только удобство, но и немалые потенциальные риски, оставаясь темой горячих общественных и политических дискуссий.
Биометрический параметр является «измеряемой физической характеристикой или личностной поведенческой чертой, используемой для опознания личности или для верификации предъявленной идентификационной информации зарегистрированного пользователя». Проще говоря, индивидуальные физические данные, как то: цифровое изображение лица, отпечаток пальца или радужная оболочка глаза могут быть использованы для подтверждения того, что вы действительно тот, за кого себя выдаете. На сегодняшний день общепризнанны три вида физиологических систем биометрической идентификации:
Биометрия, как правило, ассоциируется с идентификационными документами. Стандартизацией идентификационных документов в мире занимается Международная организация гражданской авиации (ИКАО) при ООН, основанная в 1944 году. В настоящее время 191 страна мира входит в ИКАО. Вопрос внедрения биометрической идентификации обсуждался на международном уровне еще в 1990-ые годы. Основным же катализатором широкого внедрения этой технологии стала еррористическая атака на США 11 сентября 2001 года.
Схема 1. Карта распространенности биометрических паспортов.
Уже в 2002 году была Берлинская резолюция, признающая биометрию основным способом идентификации. В документе говорится, что страны-участницы ИКАО принимают технологию распознавания лица как основной и обязательный способ идентификации, а также по своему усмотрению могут применять технологию идентификации с помощью отпечатков пальцев и сканирования радужной оболочки глаза.
Система распознавания лица была выбрана основной и обязательной, т.к. уже существовали базы данных с фотографиями, в том числе базы цифровых изображений. Базы преступников, находящихся в розыске, также включают цифровые изображения. Иными словами, международную систему распознавания черт лица создать было проще, быстрее и дешевле.
Новоорлеанская резолюция и последующие программы 2003 года ввели стандарты паспортов с электронными чипами, на которых хранятся данные их владельцев. Данные распознают специальные считывающие машины – как, например, на паспортном контроле в аэропортах.
Преимущества использования биометрических паспортов в основном заключаются в более надежной системе подтверждения личности. Сам биометрический паспорт снижает риск подделки, так как в электронном чипе внутри паспорта хранится целый блок информации о его владельце: цифровая информация о гражданине, фотография, имя, подпись, а зачастую и отпечатки пальцев. Тем не менее, обмануть систему можно, например, если документы, предъявленные для получения биопаспорта, изначально были поддельными.
Таким образом, при использовании биометрии возможность подмены данных паспорта или подделки самого документа сокращается, но появляются риски, связанные с технологиями сбора и хранения биометрики, погрешностями в считывании информации, выдачей биопаспортов и физической подменой самих биопараметров. На биопараметры можно повлиять, скажем, с помощью пластической хирургии, контактных линз, хирургического изменения отпечатков пальцев. Отпечатки пальцев человека также могут измениться вследствие профессиональной деятельности, генетических особенностей, болезни или возраста.
Несмотря на высокую степень надежности, биометрические данные все же не гарантируют полную достоверность идентификации личности. Существуют и риски, связанные с хранением этих данных и сбором дополнительных показателей. Биометрия, как персональные данные человека, должна храниться и собираться в соответствии с законодательной базой государств и международными договоренностями.
Новая технология, как нередко бывает, подняла массу новых вопросов. ИКАО столкнулась с рядом сложностей при внедрению биометрической идентификации. Это вопросы обеспечения неприкосновенности частной жизни, защиты персональных данных, управления рисками хранения биометрической информации в централизованных базах данных, а также рисками хранения биометрической информации в самих паспортах.
Довольно часто биометрия не воспринимается как персональная информация, которая может подвергнуть риску частную жизнь или быть использована не по назначению. Однако сбор и методы хранения биометрии имеют непосредственное отношение к правам человека и его безопасности. Любая информация, которая может быть использована для идентификации человека, имеет отношение к персональным данным . Последний отчет Европейской комиссии на тему защиты биометрики также указывает на важность защиты персональной информации, в том числе изображения, как фундаментального права человека.
Паспорта и прочие идентификационные документы используются не только для пересечения границ. Документы, подтверждающие личность, также могут запрашивать в отелях, на сайтах бронирования билетов, в банках при открытии счетов или во время оказания госуслуг. Доступ к биометрике любого гражданина дает возможность отслеживать его финансовую и частную жизнь, так как биоданные связываются с другими персональными данными граждан. Доступ к отпечаткам пальцев может открыть всю персональную информацию, включая счета в банках, передвижения, адрес, место работы, имена детей и супругов.
Сбор персональных данных должен осуществляться при свободном и информированном согласии граждан. Это отмечает и Совет Европы. ИКАО также признает чувствительность биоинформации, поэтому разработала стандарты защиты и шифрования биометрических данных. Государства, которые применяют биометрические параметры, должны обеспечить безопасность сбора, хранения и доступа к такой информации.
В системе хранения биометрических данных ключевую роль играет доступ к данным и надежность их хранения. Данные базы биометрии могут храниться в пределах юрисдикции одной страны, нескольких юрисдикциях одной страны (например, в разных штатах США), а также могут пересекать границы. Существует три вида хранения биоданных:
Европейский суд неоднократно утверждал , что страны, использующие биометрику, должны обеспечить полную безопасность ее хранения на законодательном и техническом уровнях. Согласно европейскому регулированию о стандартах и безопасности биометрии, отпечатки пальцев должны использоваться только для верификации паспорта и личности его владельца, и только авторизованными служащими и службами. В том же регулировании в ст. 1(2) говорится, что персональные данные должны храниться в защищенном носителе в паспорте.
При хранении в централизованной системе все данные в целом подвержены риску несанкционированного доступа или хакерской атаке, когда хранение информации только на чипе в паспорте не позволяет получить нелегальный доступ ко всем биоданным. Это касается не только биопаспортов, но и визовых систем. Например, при получении Шенгенской визы необходимо сдавать отпечатки 10 пальцев. Отпечатки хранятся в централизованной системе VIS, которая соединяет системы стран-участниц Шенгенского соглашения и позволяет им обмениваться данными. Данные каждого человека хранятся 5 лет, и любой человек может запросить удаление незаконно собранной или неправильной информации.
Однако и сами биопаспорта создают риск утечки данных. ИКАО неоднократно отмечала возможность перехвата данных во время их считывания машиной. Перехват возможен даже с расстояния нескольких метров, а при использовании специальной техники расстояние можно увеличить. Более того, эксперты отмечают , что при сканировании биопаспортов до сих пор используется технология 2007 года, которая не предполагает предварительную проверку того, авторизован ли сканер для проверки данного паспорта. Во избежание утечки данных ИКАО рекомендует их зашифровывать и использовать систему ключей доступа. Система ключей доступа – это целая инфраструктура, направленная на гармонизацию взаимодействия между разными странами. Шифровка данных все же не отменяет риск несанкционированного доступа к ним.
Из-за сохраняющихся проблем, использование биометрии в паспортах вызвало немало споров вокруг правомерности создания баз данных в государственном управлении. Так, в Нидерландах попытка создать единую базу биоданных всех граждан повлекла за собой крупнейший коллективный судебный иск против внедрения биопаспортов. Теперь в Голландии хранят биоданные только на чипах в биопаспортах.
Чтобы минимизировать риски, перед началом сбора и внедрения биометрики следует создать надежную систему хранения данных, с помощью которой можно будет контролировать их использование и защитить от неавторизованного доступа. Государства Европейского Союза все еще находятся в процессе разработки и совершенствования биометрических систем и пытаются внедрять их постепенно. Учитывая общественный резонанс в отношении биоданных, в ЕС к проблеме пытаются подходить деликатно.
В следующих статьях сайт рассмотрит внедрение биометрии в странах постсоветского пространства – следите за обновлениями!
Многие читатели Хабра, вероятно, уже знакомы с биометрическими технологиями. Они сейчас распространены повсеместно. В общем смысле биометрия – это система распознавания людей по одной либо нескольким физическим (или поведенческим) характеристикам. В сфере информационных технологий биометрические данные используются в качестве одной из форм управления идентификаторами доступа и контроля доступа. Обычно режим работы биометрических систем сводится к двум основным типам.
Первый называется верификацией, это сравнение результата теста с биометрическим шаблоном. Этот вариант помогает проверить, тот ли это человек, за кого он себя выдает. Верификация может осуществляться различными способами, включая смарт-карту, имя пользователя или же его номер. Второй режим – это идентификация. После получения определенного образца система сверяется с базой биометрических данных для определения личности. Здесь есть один важный момент – для этого режима работы биометрический образец должен быть в базе данных, а сравнение осуществляться по принципу «один со многими». В целом, у биометрических технологий огромный потенциал, который пока не реализован в полной мере. В каком состоянии сегодня находятся биометрические технологии в России и мире?
В ряде случаев их развитие нельзя еще признать удовлетворительным. Пока что эта сфера активно развивается, хотя кое-какие результаты уже есть (об этом – ниже). В некоторых случаях биометрию считают не слишком надежным способом идентификации или верификации. Так, в США полицейское управление города Тампа даже деинсталлировало программное обеспечение распознавания лиц, считая его не слишком надежным. Но там речь шла о внедрении устаревших методов биометрии, которые не всегда показывают себя с лучшей стороны.
Тем не менее, современные технологии биометрии становятся все более точными и надежными. Многие компании и научные организации занимаются исследованиями и разработками в этой сфере. Причем приоритет с течением времени сместился на бесконтактные методы биометрического распознавания. Биометрия используется во многих сферах, включая банковскую деятельность, системы охраны и контроля доступа, системы визового контроля, полицейские системы идентификации преступников, сбор статистики посетителей и много чего еще. Пока что около половины биометрического рынка занимают системы распознавания по отпечаткам пальцев. Но ситуация постепенно меняется, разработчики понимают, что дактилоскопия – не самый надежный способ идентифицировать личность (в «Разрушителях легенд» как-то даже показывали способ открыть дактилоскопический замок при помощи распечатанных на принтере отпечатков пальцев), поэтому постепенно становятся все более популярными новые технологии биометрии.
Сейчас есть немало проектов, в основу которых положены биометрические технологии. Пожалуй, один из наиболее масштабных – это проект AADHAAR, реализуемый в Индии. Он представляет собой биометрическую идентификационную систему, которая содержит данные более чем миллиарда человек. В базе – около 10 млрд шаблонов отпечатков пальцев, два млрд шаблонов радужки глаза и миллиард фотографий. Нечто похожее было показано в фантастическом фильме «Я – начало» (I origins). Впрочем, идентификация по радужке глаза – вполне реальная технология, которая становится все популярнее.
Запись в AADHAAR имеют возможность получить все резиденты Индии, это идентификационный номер, который привязан к биометрическим данным пользователей. Используется он в финансовых операциях, при работе с различными государственными и частными сервисами. К AADHAAR привязан и облачный сервис для хранения сканированных документов.
Конечно, не только Индия вводит биометрическую идентификацию. Другие государства тоже этим занимаются. Да и не только государства, но и частные компании. По оценке аналитического агентства J"son & Partners Consulting, объем мирового рынка биометрических систем достигнет объема в $40 млрд к 2022 году. Выводы аналитиков основаны на показателях выручки ключевых игроков в зависимости от сегментов, с учетом оборудования, программного обеспечения и интеграции.
Другое аналитическое агентство, Acuity Research, оценивает рост количества биометрических электронных документов e-ID до 749 млн к 2018 году. А всего, по мнению специалистов агентства, в 2018 году в мире будет насчитываться около 3,5 млрд. электронных документов. Уже сейчас более половины стран-участниц ООН выдают биометрические паспорта. Примером реализации программ перехода на биометрические электронные документы можно назвать правительственные и частные контракты Канады, США, Белоруссии, Украины, Молдавии, Литвы, Венгрии, Бангладеш, Сенегала и других стран.
По словам зампреда ЦБ Ольги Скоробогатовой, пилотный проект позволит стать клиентом любого банка удаленно. Для этого достаточно будет единожды пройти процедуру биометрической регистрации в любом участвующем в проекте кредитном учреждении.
«Биометрия связана с очень волнующей темой. Это идентификация, удаленная идентификация, создание единой базы данных о физических лицах, я больше говорю о физических лицах, которая дала бы возможность любому банку и любой организации не заставлять клиентов приходить ногами для заполнения большого перечня документов», – цитирует Скоробогатову РИА.
От этого эксперимента до создания национальной биометрической базы данных останется буквально один шаг.
В банковском секторе стараются внедрять системы идентификации клиентов по голосу, фотографии, отпечаткам пальцев. К примеру, ВТБ24 уже опробовал в работе биометрическую идентификацию в рамках интернет-банкинга. В процессе входа в приложение онлайн-банка клиентам предложили предоставить свою фотографию и образец голоса. При помощи этих данных и планируется проводить идентификацию. После подтверждения личности пользователя все операции совершаются без дополнительного подтверждения. Большой интерес к биометрии проявляет и Сбербанк, который уже аккредитовал RecFaces (заявка Comlogic) как одного из своих партнеров по данному направлению.
Схожие технологии используются в Промсвязьбанке и «Хоум Кредите», «Тинькофф Банке» и ряде других организаций. Что касается единой базы биометрических данных, то над ее созданием одновременно работают ЦБ, Минкомсвязи и Росфинмониторинг. Реализация этого проекта может занять несколько лет. Общая база биометрических данных, по мнению экспертов, окажется полезной для финансового и юридического секторов, сферы госуслуг, общественной безопасности, медицины и не только.
Обычно компании, которые внедряют у себя биометрию, должны выбрать несколько поставщиков, вложить немалые средства в создание центральной вычислительной инфраструктуры, ее обслуживание, разного рода лицензии и оборудование.
Но дело не только во вложенных средствах и трудоёмкости процесса. Каждый алгоритм, который сейчас предлагается на рынке, имеет ряд своих особенностей и преимуществ. Мы в RecFaces сосредоточились именно на создании полноценной комплексной платформы, использующей лучшие мировые достижения в области биометрии. Имея возможность изучать алгоритмы и сравнивать их, мы отбираем те решения, которые показывают максимальную эффективность.
Так, к примеру, технологии биометрической идентификации по математической модели лица лицензированы у японской компании Toshiba. 3D-идентификация осуществляется с использованием решений Artec ID и корпорации Intel. Нет сомнений в том, что и для готовящихся к внедрению в платформу Id-Me модулей идентификации по рисунку радужной оболочки глаза, отпечаткам пальцев, рисунку вен ладоней, RecFaces выберет самые современные и перспективные технические решения. Клиентам же останется использовать «магию» Id-Me для решения своих прикладных задач.
Для внешнего наблюдателя работает Id-Me достаточно просто. Один из основных компонентов системы – Id-Box (модуль захвата). Он представляет собой небольшое «умное» устройство идентификации на базе PC-платформы в компактном корпусе. Именно этот элемент отвечает за распознавание лиц и, в перспективе, других типов биометрических данных. Он подключается к камере наблюдения и другим сенсорам. Система получает от них массив данных, который здесь же преобразуется в специализированный индекс, математическую модель, которая и отправляется в облако для сравнения с хранящимся там эталоном. За счет работы с индексами система не требовательна к «ширине» интернет-канала.
Это универсальная система, которая эффективно работает с различными типами изображений, умеет использовать информацию с камеры наблюдения. Id-Box при необходимости может собирать статистику количества посетителей, включая возраст, пол и эмоциональное состояние. Если случается сбой – переживать не нужно, внутри бокса есть собственный жесткий диск большого объема, где хранятся все важные данные. При внезапном отключении сети вся информация сохранится, а система продолжит работу.
Данные, собранные Id-box, отправляются в облако, где система сравнивает текущий индекс со всеми предыдущими версиями. Если есть совпадение, то есть система распознала зарегистрированное лицо, клиент получает оповещение. Сервис совместим с основными базовыми платформами, включая web-интерфейс, мобильные клиенты iOS, Android, Windows.
Вся система надежно защищена благодаря наличию зашифрованного соединения. Кроме того, работает Firewall, предусмотрен криптошлюз с криптомаршрутизаторами. Используется электронная цифровая подпись, антивирусное ПО и средства обнаружения вторжений сертифицированные ФСТЭК.
Банки могут использовать биометрию для повышения безопасности. Здесь можно привести как пример возможный случай попытки мошенника снять деньги с чужой карты. Камера банкомата, подключенная к Id-Me, идентифицирует лицо человека, пытающегося это сделать. Если эта информация не совпадет с той, что содержится в базе, снятие средств почти мгновенно блокируется. Для использования такого метода защиты даже не потребуется оснащать банкомат дополнительным оборудованием.
Аналогичным образом банк может защитить свой кредитный отдел. Мошенник, который пытается осуществить финансовую операцию под чужим именем, не сможет этого сделать, если за ним наблюдает подключенная к сервису Id-Me камера.
Плюс ко всему, авторизоваться могут и сотрудники банка, что необходимо при выполнении каких-либо критически важных задач. Такая функция может пригодиться во многих сфер. Id-Me, например, позволяет автоматизировать учет рабочего времени персонала.
Поскольку Id-Me умеет анализировать видеопоток с камер наблюдения и отдельные изображения, то систему можно использовать для сбора статистики о посещениях, траекториях движения и поведении посетителей.
Применяя проприетарные технологии распознавания от Toshiba и других партнеров, Id-Me позволяет использовать биометрическую идентификацию для того, чтобы определить пол, возраст покупателя, выявить его личные предпочтения, связав все это с CRM. Отлично подходит такая система и для того, чтобы распознать важного клиента, сразу получив информацию о нем, дате последнего посещения им магазина или другой площадки. Все это поможет найти общий язык с человеком, мгновенно определившись с его предпочтениями.
Уже реализованные совместно с партнерами RecFaces примеры подобного сопряжения биометрической идентификации с CRM показали свою высокую маркетинговую эффективность. Об этом мы позже обязательно напишем подробно.
Гостиничному бизнесу знать своих клиентов крайне важно. Если человек увидит, что его помнят, причем не только имя и фамилию, но и предпочтения, то, скорее всего, такой клиент станет возвращаться во «внимательный» отель снова и снова. А для нежелательных постояльцев можно сформировать «черный список» с соответствующими данными.
Камеры наблюдения отеля будут фиксировать все происходящее, извещая администрацию в том случае, если в номер или служебное помещение проник неизвестный. Служащие отеля будут в курсе, что умная система всегда знает, кто, куда и зачем пошел, так что злоупотреблений будет меньше.
Организаторы спортивных соревнований, концертов и прочих общественных мероприятий могут в оперативном режиме получать информацию о нежелательных элементах (например, фанатах-хулиганах), пытающихся попасть на мероприятие. Потерялся ребенок? Система поможет быстро определить, как и когда это случилось, а также определит, где находится ребенок, если его видно. Что-то пошло не так? Охрана будет тут же предупреждена.
Правоохранителям будет легче поддерживать безопасность в школах или общественных местах, на объектах транспортной инфраструктуры, если они будут получать уведомления о подозрительных людях и событиях, происходящих в зоне наблюдения. Автоугоны, хулиганские выходки – все это можно предотвратить, если вовремя узнать о проблеме.
В целом, способов применения биометрических систем – огромное количество. За ними, как бы это претенциозно ни звучало, будущее. Биометрия уже используется и будет использоваться в большом количестве сфер. И Id-Me уже сейчас может применяться в большинстве из них. Подробнее о том, какие решения уже предлагает и готовит к выходу компания, ознакомиться с ее комплексными решениями, можно, посетив 23-ю Международную выставку технических средств охраны и оборудования для обеспечения безопасности и противопожарной защиты
