CN103077541A - 人脸皮肤色彩的度量与表述的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人脸皮肤色彩的度量与表述的方法及系统，其包括如下步骤：a、通过拍照设备获取拍摄对象的人脸图像，拍照设备将获取的人脸图像通过传输通道传送至皮肤色彩度量系统内；b、皮肤色彩度量系统将人脸图像与所述皮肤色彩度量系统内预先标定得到参考皮肤色彩数据库内的色彩值进行查找及比较，皮肤色彩度量系统根据查找及比较结果输出与所述人脸图像选定皮肤区域匹配的皮肤光谱响应曲线，以利用所述输出的皮肤光谱响应曲线对人脸图像中人脸肤色进行准确真实的物理度量和描述。本发明结构紧凑，能消除环境照明光源及图像传感器的物理特性影响，准确进行人脸肤色物理度量和描述，适应范围广。

Description

人脸皮肤色彩的度量与表述的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种方法及系统，尤其是一种人脸皮肤色彩的度量与表述的方法及系统，具体地说是应用于智能拍照手机的人脸皮肤色彩识别、估计和表述的方法及系统，属于图像处理的技术领域。

背景技术

每个人的肤色如同每个人的指纹一样，都有其独一无二的物理特性，即每个人肤色的光谱响应曲线或者反射光谱曲线具有独一无二的物理特性。在医疗领域，有专门的光谱仪器来测量肤色的光谱响应曲线，从而对肤质、肤色进行医学分析；在色度学领域，一般根据肤色的光谱响应曲线、标准光源、标准观察者色彩匹配函数计算而得的三刺激值（例如CIE xyY）来表述肤色。用光谱响应曲线以及对应的标准三刺激值都是科学精准的肤色表述方法。

但在数字成像领域，因为数码相机的输出非常依赖于拍摄时照明光源的功率光谱分布、数码相机内图像传感器的物理特性，使得数码图像中的皮肤色彩的物理度量和描述很不可靠。比如，同一个人在不同环境光源下，用同一款数码相机所拍摄的人脸肤色会差别很大，或者同一个人在同样环境光源下，用不同数码相机拍摄的人脸肤色也会差别很大。更谈不上对肤色进行精确的物理度量和描述了。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种人脸皮肤色彩的度量与表述的方法及系统，其结构紧凑，能消除环境照明光源及图像传感器的物理特性的综合影响，准确进行人脸肤色物理度量和描述，适应范围广。

按照本发明提供的技术方案，一种人脸皮肤色彩的度量与表述的方法，所述人脸皮肤色彩的度量与表述的方法包括如下步骤：

a、通过拍照设备在闪光灯拍照模式下获取拍摄对象的人脸图像，拍照设备将获取的人脸图像通过传输通道传送至皮肤色彩度量系统内；

b、皮肤色彩度量系统将人脸图像与所述皮肤色彩度量系统内对若干拍照设备预先标定得到的参考皮肤色彩数据库内的色彩值进行查找及比较，皮肤色彩度量系统根据查找及比较结果输出与所述人脸图像选定皮肤区域匹配的皮肤光谱响应曲线，以利用所述输出的皮肤光谱响应曲线对人脸图像中人脸肤色进行准确真实的物理度量和描述。

所述拍照设备包括拍照手机，所述拍照手机内具有图像传感器及闪光灯。所述传输通道包括无线网络或USB接口。

所述拍照设备为拍照手机时，皮肤色彩度量系统设置于拍照手机内。所述皮肤度量系统内的参考皮肤色彩数据库通过标定拍照设备在闪光灯拍照模式下对参考人脸皮肤色彩集的色彩响应得到；所述参考人脸皮肤色彩集内包括表示人脸皮肤色彩范围的十六个皮肤色标。

所述步骤b中，包括如下步骤：

b1、皮肤色彩度量系统通过图样采样模块接收人脸图像；

b2、皮肤像素选择模块选择人脸图像中的至少一个皮肤像素，得到所述皮肤像素对应的色彩值；

b3、将所述得到色彩值输入皮肤色彩估计模块内，且皮肤色彩估计模块同时接收参考皮肤色彩数据库；皮肤色彩估计模块在参考皮肤色彩数据库内查找与色彩值最接近的色标及所述色标对应的光谱响应曲线；

b4、皮肤色彩的真实物理度量及描述模块将上述查找比较得到最接近的光谱响应曲线输出，以得到皮肤光谱响应曲线。

所述步骤b2中，皮肤像素选择模块通过自动识别或手动标注选择人脸图像中的至少一个皮肤像素。

所述皮肤像素选择模块中自动识别人脸图像中皮肤像素的方法包括Viola-Jones人脸识别方法。

一种人脸皮肤色彩的度量与表述的系统，包括用于获取拍摄对象的人脸图像的拍照设备，所述拍照设备通过传输通道将在闪光灯拍照模式下的人脸图像传输至皮肤色彩度量系统，皮肤色彩度量系统将人脸图像与所述皮肤色彩度量系统内对若干拍照设备预先标定得到的参考皮肤色彩数据库内的色彩值进行查找及比较，皮肤色彩度量系统根据查找及比较结果输出与所述人脸图像皮肤区域匹配的皮肤光谱响应曲线，以利用所述输出的皮肤光谱响应曲线对人脸图像中人脸肤色进行准确真实的物理度量和描述。

所述拍照设备包括拍照手机，所述拍照手机内具有图像传感器及闪光灯。

本发明的优点：拍照设备获取的人脸图像通过传输通道传输至皮肤色彩度量系统内，皮肤色彩度量系统根据查找及比较结果输出与所述人脸图像选定皮肤区域匹配的皮肤光谱响应曲线，能够基本消除拍摄人脸时的环境照明光源条件以及所拍照手机图像传感器的物理特性的组合影响，从而能够准确地进行人脸肤色物理度量和描述。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为380nm到780nm范围内人脸皮肤色标的反射光谱的标绘图。

图3为本发明皮肤色彩度量系统的工作流程图。

附图标记说明：100-系统、102-拍摄对象、104-拍照手机、105-闪光灯、106-人脸图像、108-传输通道、109-参考人脸皮肤色彩集、110-皮肤色彩度量系统、111-参考皮肤色彩数据库、112-皮肤光谱响应曲线、202-图像采样模块、204-皮肤像素选择模块、206-色彩值、208-皮肤色彩估计模块及210-皮肤色彩的真实物理度量及描述模块。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

对一种特定的皮肤表面而言，如同其他任何物质的反射表面一样，当受到光照射后，由于其表面分子结构差异而形成选择性吸收，从而将可见光谱中某一部分波长的辐射能吸收了，而将剩余的色光反射出来；从色度学上来讲，这种对光的反射效应，能够以光谱反射率分布曲线来描述，也称为它的光谱响应曲线。对特定的一种皮肤表面，它对波长的吸收和反射能力取决于它的多巴黑浓度，皮肤表面对波长的吸收和反射能力因人而异，如同人的指纹，是独一无二的，一旦获取了皮肤的光谱响应曲线，如同掌握了这种物质，就可以对它进行准确真实的物理度量和描述了。

如图1所示：为了能够更好地度量与表述人脸皮肤色彩，本发明人脸皮肤色彩的度量与表述的系统100，所述系统100包括用于获取拍摄对象102的人脸图像106的拍照设备，所述拍照设备通过传输通道108将人脸图像106传输至皮肤色彩度量系统110，皮肤色彩度量系统110将人脸图像106与所述皮肤色彩度量系统110内预先标定得到参考皮肤色彩数据库111内的色彩值进行查找及比较，皮肤色彩度量系统110根据查找及比较结果输出与所述人脸图像106皮肤区域匹配的皮肤光谱响应曲线112，以利用所述输出的皮肤光谱响应曲线112对人脸图像106中人脸肤色进行准确真实的物理度量和描述。

其中，所述拍照设备包括拍照手机104，所述拍照手机104内具有图像传感器及闪光灯105；具体实施时，所述拍照设备还可以采用照相机。拍照手机104自身配备有拍照闪光灯105，拍照手机104中图像传感器的物理特性，尤其是其光谱响应曲线为已知参数，所配备闪光灯105的功率光谱分布也为已知参数。拍摄对象102在黑暗情景下，拍照手机104进入打开闪光灯105的拍照模式，由他人或者自己进行人脸拍摄，所拍摄得到的人脸图像106经由传输通道108传输到皮肤色彩度量系统110，其输出为感兴趣的人脸部分的皮肤光谱响应曲线112，从而对人脸肤色进行准确真实的物理度量和描述。本发明的系统100还可以针对拍摄对象102中除人脸皮肤外其他具有唯一特性的区域皮肤色彩的度量和表述，如脖子或手臂区域。

本发明实施例中，皮肤色彩度量系统110的输出结果也可以为根据肤色的皮肤光谱响应曲线112、标准光源、标准观察者色彩匹配函数计算而得的三刺激值（例如CIE xyY）来表述肤色；也可以是基于标准三刺激值进一步计算所得的在其他标准色彩空间（例如CIE Lab，sRGB）来度量和表述皮肤色彩。在本发明的实施例中，传输通道108可以是无线传输网络，也可以是其他传输媒介，例如USB、蓝牙传输。

然而，本发明的实施例并不要求人脸图像106被传送到拍照手机104外的处理系统，也就是说，皮肤色彩度量系统110可以嵌入在拍照手机104中。皮肤色彩度量系统110，如下面要更详细讨论的，基于对人脸图像106的分析来完成对所拍摄对象102的皮肤色彩进行物理度量和描述。本发明的实施例中的皮肤色彩度量系统110，能够基本消除拍摄人脸时的环境照明光源条件以及所拍照手机104内图像传感器的物理特性的组合影响，从而能够准确地进行人脸肤色物理度量和描述。

本发明的实施例中系统100还包括参考人脸皮肤色彩集109，参考人脸皮肤色彩集109包括表示人类皮肤色彩范围的十六个皮肤色标，涵盖大部分人种皮肤范围，参考人脸皮肤色彩集109中所有色标的光谱响应曲线或者光谱发射率是已知的，是真实的物理度量，与拍照光源和拍照相机104的特性无关，可通过物理测量获得，如图2所示。

在本发明的实施例中，由于所拍摄手机104中图像传感器的物理特性和所配备闪光灯105的光谱功率分布为系统100所知和收集，参考人脸皮肤色彩集109内的所有色标通过标定对用拍照手机104在闪光灯105拍照模式下的色彩响应就可以完成参考皮肤色彩数据库111的搭建。

在本发明的实施例中，根据拍照手机104中图像传感器的光谱响应曲线、拍照手机104中闪光灯105的光谱功率分布和参考人脸皮肤色彩集109中参考皮肤色标的反射光谱曲线，通过建模计算能够进行色彩标定，以得到参考皮肤色彩数据库111。通过建模计算对色彩标定，得到参考皮肤色彩数据库111的方式为本技术领域人员所熟知，本发明实施例中，通过建模计算的方法为：

$S_k={\∫}_{400\mathrm{nm}}^{700\mathrm{nm}}{\mathrm{SS}}_k\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)L\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ};;$

其中，λ代表波长，通常情况下对可见光谱，其范围为400nm到700nm；S_k是图像传感器产生的信号，k=1，2或3；k取值1，2或3时分别代表红、绿、蓝三个通道；SS_k(λ)是图像传感器的红、绿、蓝三个通道的光谱响应曲线；ρ(λ)是皮肤色标的反射光谱曲线；L(λ)是闪光灯105的光谱功率分布。

另外，色彩标定也可以通过用各种智能拍照手机104在闪光灯105模式下对参考人脸皮肤色彩集109进行实际测量来获得，采用常规的技术手段进行实际测量，为本技术领域人员所熟知。通过建模计算或者实际测量，各种智能拍照手机104在闪光灯105拍照模式下对参考人脸皮肤色彩集109的图像响应就存储在参考皮肤色彩数据库111中，为皮肤色彩度量系统110所用。

图2是根据本发明实施例的参考人脸皮肤色彩集109所有皮肤色标的反射光谱曲线，通过物理测量获得。其包括表示人类皮肤色彩范围的十六个皮肤色标，涵盖大部分人种皮肤范围，色彩集中所有色标的光谱响应曲线或者反射光谱曲线率是已知的，是真实的物理度量，与拍照光源和拍照相机特性无关。

根据上述人脸皮肤色彩的度量与表述的系统，得到本发明人脸皮肤色彩的度量与表述的方法包括如下步骤：

a、通过拍照设备获取拍摄对象102的人脸图像106，拍照设备将获取的人脸图像106通过传输通道108传送至皮肤色彩度量系统110内；

其中，所述拍照设备包括拍照手机104，所述拍照手机104内具有图像传感器及闪光灯105。所述传输通道108包括无线网络或USB接口。所述拍照设备为拍照手机104时，皮肤色彩度量系统110设置于拍照手机104内。

b、皮肤色彩度量系统110将人脸图像106与所述皮肤色彩度量系统110内预先标定得到参考皮肤色彩数据库111内的色彩值进行查找及比较，皮肤色彩度量系统110根据查找及比较结果输出与所述人脸图像106皮肤区域匹配的皮肤光谱响应曲线112，以利用所述输出的皮肤光谱响应曲线112对人脸图像106中人脸肤色进行准确真实的物理度量和描述。

其中，步骤b中皮肤色彩度量系统110的工作流程如图3所示；在本发明的实施例中，在闪光灯105模式下所获取人脸图像106由图像采样模块202接受并且发送到皮肤像素选择模块204，皮肤像素选择模块204从人脸图像106中自动识别或手动标注至少一个皮肤像素，所述皮肤像素具有色彩值206。在本发明的实施例中，皮肤像素选择模块204中人脸皮肤像素自动识别算法可以借鉴各种存在的人脸自动识别算法，比如Viola-Jones的人脸自动识别方法。

在本发明的实施例中，皮肤像素也可以通过用户对感兴趣的皮肤区域进行手工标注和选择；所述手工标注和选择可以通过触摸屏、物理键盘、鼠标或其他方式进行选择；选择相应区域后能得到对应的色彩值206。在本发明的实施例中，所选皮肤像素的色彩值206依赖于所拍照手机104所用图像传感器的物理特性和拍照手机104的闪光灯105的光谱特性，不能反映所拍摄皮肤的物理特性，也就不能进行准确物理度量。

色彩值206则进一步输入到皮肤色彩估计模块208。在皮肤色彩估计模块208中，色彩值206和参考皮肤色彩数据库111中的各种皮肤色标在人脸图像106所用智能拍照手机的响应值做比较。

参考皮肤色彩数据库111包括各种智能拍照手机104在闪光灯105拍照模式下对参考人脸皮肤色彩集109所有色标的响应值，响应值可以是RGB三色值；其中，所述RGB三色值的响应值可以通过建模计算得到，建模计算的方式如上述所述；另外，色彩标定也可以通过用各种智能拍照手机104在闪光灯模式下对参考人脸皮肤色彩集109进行实际测量来获得。

在本发明的实施例中，色彩值206在参考皮肤色彩标定数据库111的查找和比对可以采用最近似原则，也可以采用线性插值办法，来估计出色彩值206所代表的皮肤区域的光谱响应曲线，从而完成皮肤色彩的真实物理度量和描述210。在本发明的实施例中，皮肤色彩的真实物理度量及描述模块210的输出也可以为根据肤色的估计的光谱响应曲线、标准光源、标准观察者色彩匹配函数计算而得的三刺激值（例如CIE xyY），来表述肤色；也可以是基于标准三刺激值进一步计算所得的在其他标准色彩空间（例如CIE Lab，sRGB）来度量和表述皮肤色彩。

具体地，本发明实施例中，皮肤色彩估计模块208通过常规的三维插值估计手段和技术来对色彩值206与参考皮肤色彩数据库111的查找及比较。色彩值206是一个三维数据，是RGB三色值，参考皮肤色彩数据库111中除了包括每个皮肤色标的光谱响应曲线，还包括每个色标在色彩值206所用的智能拍照手机104闪光灯模式下的三色值，也就是一个三维数据库，输入色彩值206的三维数据进入参考皮肤色彩数据库111的三维数据库，查找出和色彩值206的三色值在欧式空间距离最近的一个色标或距离近似最相近几个色标，然后索引到这个色标或这几个色标的光谱响应曲线，通过平均和平滑技术得到所采集皮肤的光谱响应曲线；最后利用皮肤色彩的真实物理度量及描述模块210输出得到的皮肤光谱响应曲线112，以利用所述输出的皮肤光谱响应曲线112对人脸图像106中人脸肤色进行准确真实的物理度量和描述。

本发明拍照设备获取的人脸图像106通过传输通道108传输至皮肤色彩度量系统110内，皮肤色彩度量系统110根据查找及比较结果输出与所述人脸图像106选定皮肤区域匹配的皮肤光谱响应曲线112，能够基本消除拍摄人脸时的环境照明光源条件以及所拍照手机图像传感器的物理特性的组合影响，从而能够准确地进行人脸肤色物理度量和描述。

Claims (10)

1.一种人脸皮肤色彩的度量与表述的方法，其特征是，所述人脸皮肤色彩的度量与表述的方法包括如下步骤：

（a）、通过拍照设备在闪光灯拍照模式下获取拍摄对象（102）的人脸图像（106），拍照设备将获取的人脸图像（106）通过传输通道（108）传送至皮肤色彩度量系统（110）内；

（b）、皮肤色彩度量系统（110）将人脸图像（106）与所述皮肤色彩度量系统（110）内对若干拍照设备预先标定得到的参考皮肤色彩数据库（111）内的色彩值进行查找及比较，皮肤色彩度量系统（110）根据查找及比较结果输出与所述人脸图像（106）选定皮肤区域匹配的皮肤光谱响应曲线（112），以利用所述输出的皮肤光谱响应曲线（112）对人脸图像（106）中人脸肤色进行准确真实的物理度量和描述。

2.根据权利要求1所述的人脸皮肤色彩的度量与表述的方法，其特征是：所述拍照设备包括拍照手机（104），所述拍照手机（104）内具有图像传感器及闪光灯（105）。

3.根据权利要求1所述的人脸皮肤色彩的度量与表述的方法，其特征是：所述传输通道（108）包括无线网络或USB接口。

4.根据权利要求2所述的人脸皮肤色彩的度量与表述的方法，其特征是：所述拍照设备为拍照手机（104）时，皮肤色彩度量系统（110）设置于拍照手机（104）内。

5.根据权利要求1所述的人脸皮肤色彩的度量与表述的方法，其特征是：所述皮肤度量系统（110）内的参考皮肤色彩数据库（111）通过标定拍照设备对参考人脸皮肤色彩集（109）的色彩响应得到；所述参考人脸皮肤色彩集（109）内包括表示人脸皮肤色彩范围的十六个皮肤色标。

6.根据权利要求5所述的人脸皮肤色彩的度量与表述的方法，其特征是，所述步骤（b）中，包括如下步骤：

（b1）、皮肤色彩度量系统（110）通过图样采样模块（202）接收人脸图像（106）；

（b2）、皮肤像素选择模块（204）选择人脸图像（106）中的至少一个皮肤像素，得到所述皮肤像素对应的色彩值（206）；

（b3）、将所述得到色彩值（206）输入皮肤色彩估计模块（208）内，且皮肤色彩估计模块（208）同时接收参考皮肤色彩数据库（111）；皮肤色彩估计模块（208）在参考皮肤色彩数据库（111）内查找与色彩值（206）最接近的色标及所述色标对应的光谱响应曲线；

（b4）、皮肤色彩的真实物理度量及描述模块（210）将上述查找比较得到最接近的光谱响应曲线输出，以得到皮肤光谱响应曲线（112）。

7.根据权利要求6所述的人脸皮肤色彩的度量与表述的方法，其特征是：所述步骤（b2）中，皮肤像素选择模块（204）通过自动识别或手动标注选择人脸图像（106）中的至少一个皮肤像素。

8.根据权利要求7所述的人脸皮肤色彩的度量与表述的方法，其特征是：所述皮肤像素选择模块（204）中自动识别人脸图像（106）中皮肤像素的方法包括Viola-Jones人脸识别方法。

9.一种人脸皮肤色彩的度量与表述的系统，其特征是：包括用于获取拍摄对象（102）的人脸图像（106）的拍照设备，所述拍照设备通过传输通道（108）将在闪光灯拍照模式下的人脸图像（106）传输至皮肤色彩度量系统（110），皮肤色彩度量系统（110）将人脸图像（106）与所述皮肤色彩度量系统（110）内对若干拍照设备预先标定得到的参考皮肤色彩数据库（111）内的色彩值进行查找及比较，皮肤色彩度量系统（110）根据查找及比较结果输出与所述人脸图像（106）皮肤区域匹配的皮肤光谱响应曲线（112），以利用所述输出的皮肤光谱响应曲线（112）对人脸图像（106）中人脸肤色进行准确真实的物理度量和描述。

10.根据权利要求9所述人脸皮肤色彩的度量与表述的系统，其特征是：所述拍照设备包括拍照手机（104），所述拍照手机（104）内具有图像传感器及闪光灯（105）。

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