IT + Наука

В технологическом секторе доминируют два типа людей: те, кто разбирается в том, что они не контролируют, и те, кто контролирует то, в чём они не разбираются.

— Archibald Putt

Я всегда мечтал о том, чтобы моим компьютером можно было пользоваться так же легко, как телефоном; моя мечта сбылась: я уже не могу разобраться, как пользоваться моим телефоном.

— Bjarne Stroustrup

Один экстрасенс предсказал, что в 2007 году человека подключат к ЭВМ и это произошло, один "чудак" вживил себе чип.

А вспомним фильмы "Терминатор", "Матрица" - нет ли в них пророчества?

Чтобы не попасть в ситуации, отображенные в "черной" фантастике, стоит задуматься, туда ли мы идём, уважаемые айтишники.

По-моему, сейчас развитие СВТ завели в направление, ведущее в тупик. Никто не представляет себе иного вычислительного устройства, кроме ПК с бинарной математикой.

Развитие СВТ идет по пути повышения быстродействия, объема памяти и т.д. И "нейросети" строятся в цифре.

Быстродействие мозга выше, чем ПК, при более низкой потребляемой мощности. М.б потому, что мозг обрабатывает образы, а не биты.

Бит, то есть орел/решка, противоречит множественности мира. Каждый момент бытия предполагает множество последующих состояний (почитайте труды Р.Бартини), а мы сводим их к двум.

Еще в 70е советские ученые вели разработки ЭВМ с архитектурой, где единицей информации является образ со множеством состояний.

Кстати, примером такой ЭВМ является самолетный спецпроцессор преобразования Фурье "бабочка".

Знаете, как фирма АйБиЭм победила советских разработчиков? Предложили правительству штук 100 бесплатных ПЭВМ для школ. Какой ход: если вас учили в школе на ПК АйБиЭм, то и в ВУЗе дб АйБиЭм, на заводе и в офисе Ай... И советские разработки стали не нужны. Одним из первых упразднили МЭП, и теперь мы занимаемся импортозамещением без необходимой базы для этого. Показательно, что появилось Минцифры, объявлена "цифровизация"...

Что вы видите в перспективе развития СВТ? Повышение плотности упаковки кристаллов?

При размерах 0.5 нм и менее — область квантовых кристаллов.

Это во много раз меньше нейрона, но нейрон имеет до 10 тысяч связей и обеспечивает множество состояний.

В современной технике по количеству состояний элемента памяти ближе всего к нейрону ... матрицы фотокамер, обеспечивающие 16777216 состояний (2 в 24 степени) на элемент (пиксель) при размере пикселя 3-4 мкм (т.е. близком к нейрону). На самом деле указанное значение определяется АЦП, производящим перевод уровня сигнала пикселя

в биты ЭВМ, а число состояний теоретически бесконечно. Если привести указанное число состояний к размеру бита квантового компьютера размером 0.5 нм, то информативность пикселя в десятки тысяч раз больше. При этом квантовый компьютер потребляет мощность как электропоезд.

Для справки: мощность, потребляемая суперкомпьютером IBM Blue Gene (не квантовый), составляет 4 МВт.

Для сравнения: мощность, потребляемая одним элементом ПЗС менее 1 мкВт (около 2 вт для матрицы 1980*1080), а мощность, потребляемая мозгом человека - примерно 25 ватт.

Какой напрашивается вывод: создание суперкомпьютеров - это такой же способ закапывания денег, как латание автодорог. А ещё и опасный, но об этом отдельно.

Узор состоит из выпуклостей которые называются "гребни" и впуклостей которые называют "впадиной", уникальное сочетание гребней и впадин составляет отпечаток пальца. Когда мы прикасаемся к чему-то, то оставляем потожировой след, я про них рассказывал в посте про биологические экспертизы. Жир нерастворим в воде, в прохладном непроветриваемом помещении след может сохраняться несколько лет, на практике следы сохраняются 3-5 дней.  Обнаруживают и снимают их при помощи специальных порошков, порошок пристает к жиру и след проявляется. Подойдет практически любой мелкодисперсный порошок - в детстве я играл в следователя и снимал отпечатки на скотч при помощи обычной маминой пудры.

В кино и играх часто показывают, как при сравнении эксперт накладываю полученный отпечаток на эталонный и говорит "они совпадают". В реальности все гораздо сложнее - наш палец не плоский, и при отпечатывании на плоскости в зависимости от угла он может дать разную картинку или отпечататься частично.  Поэтому эксперты придумали способ как узоры можно сравнивать. На тех же принципах сейчас работают биометрические системы, например в телефонах. Расскажу по-порядку как это происходит.

На первом шаге нужно собственно получить отпечаток для сравнения. В случае с криминалистикой отпечаток снимают с оставленного потожирового следа пальцев рук на дактопленку. В случае сканеров отпечаток снимается оптическим или емкостным датчиком - достаточно просто прикоснуться. Если еще тепловые, по ним нужно проводить пальцем. В итоге у нас получится примерно такая картинка.

Дальше эту картинку обрабатывают, чтобы лучше выделить гребни и впадины. Для этого из монохромной картинку делают двухцветную черно-белую, это называется бинаризация. А потом утончают линиии, это называется скелетизация.

Уже можно заметить, что узор это не просто концентрические круги - гребни то сходятся, то расходятся, то внезапно заканчиваются. Эти особые точки называют точками бифуркации. Именно они и делают узор неповторимым. Для каждого отпечатка мы можем выделить такие особые контрольные точки и измерить их координаты на плоскости и угол под которым из этой точки выходит линия или гребень. А еще мы можем посчитать сколько гребней находится между соседними точками, это называется гребневой счет.

Вот так выглядит конечный результат с выделенными контрольными точками. В зависимости от чувствительности алгоритма или дотошности эксперта можно выделить много или мало контрольных точек. На картинке они отображены в виде желтых треугольников, показывающих направление линий. Либералы против консерваторов даже тут.

Собственно в качестве отпечатка пальца хранится именно этот набор координат и направлений контрольных точек. При поиске отпечатка по базе специальные алгоритмы не сравнивают всю картинку, они пытаются наложить контрольные точки друг на друга с учетом возможного поворота и определить совпало расположение точек или нет.

Как же все это работало в докомпьютерную эпоху? Во первых несовпадение отпечатка можно опредить сразу визуально. Есть всего три типа характерных узоров - завиток, дуга и петля, плюс их разновидности. Узоры можно опознать визуально без измерений. Например эксперт определил, что у нас отпечаток указательного пальца правой руки с рисунком "завиток", а у подозреваемого  там "петля". Значит нужно искать дальше.

Если же узор совпал, то эксперты раньше делали то же самое, что сейчас делают сканеры отпечатков, только вручную. С тем отличием, что компьютеру проще искать окончание и разветвление линий, а человеку проще оринетироваться на характерные визуальные паттерны такие как мостик, крючок, овал, глазок. По сути они используются точно так же как контрольные точки, эксперт определяет их взаимное расположение и идентифицирует отпечаток.

Осталось разобраться с тем как без компьютеров искали отпечатки по картотеке. Естественно использовать для поиска координаты и направление точек было невозможно, нужно было придумать как набор отпечатков перевести в число, которое условно мы напишем на ящичке с карточками. Способ вычисления такого числа называется дактоформулой. Вычисляется она очень просто - мы нумеруем все пальцы, а потом если на конкретном пальце узор типа завиток, то прибавляем к числителю или знаменателю дроби нужное число 16, 8, 4 или 2 (атишники могут понять почему прибавляют именно степени двойки). Проще понять по картинке, нумеруем  пальцы от большого правого до мизинца левого, четные пишем в числитель, нечетные в знаменатель. Если узор вида завиток, то прибавляем нужно число, если дуга или петля, то нет.

В указанной картинке завитки на позициях 1,4,7,10 полученная дактоформула 8+1 делить на 16 + 2. Идем к ящичку на котором написано 9/18 и ищем там. Со временем внутри ящичка 9/18  стали копиться тыщщи карточек и понадобилось усложнить систему и придумывать дополнительную часть дактилоскопическуо формулы. Там уже учитываются индивидуальные узоры каждого пальца и взаимное расположение ядра и дельты. Дополнительную часть дактоформулы вычисляют уже эксперты.

В следующий раз расскажу про судебно-медицинскую экспертизу. В игре про дактилоскопию на самом деле мало, но вот судебно-медицинская встречается в каждом деле, поэтому я раскурил информацию про стадии разложения трупов, характерные повреждения при удушении или падении с высоты, признаки подделки причин смерти и всякое такое. Поделюсь самым интересным. Спасибо, что дочитали до конца. Вот вам еще красивая картинка про то как компьютер вычисляет направление узоров.