CN104661585A - 表征皮肤体积的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于表征个体皮肤表面体积分布的方法，特别是，涉及所述施用于评价紧致化妆品的效果的方法。该方法利用了由皮肤表面的三维表现计算得到的斜线的梯度和等值线。

Description

表征皮肤体积的方法

技术领域

本发明的主题为用于表征个体皮肤表面体积分布的方法。具体而言，本发明适用于对紧致、重塑(restructuring)和张肌(tensor)化妆品的效果进行评价。

人面部以及可能与此年龄相关的视觉感很大程度上取决于面部皮肤体积分布的性质。此外，面部年轻度的感知很大程度上受到面部体积改变的影响，所述体积改变可由皱纹的出现或由老化导致的皮肤松弛而引起。

本发明人开发出了新的仪器表征方法，该方法使得有可能对个体的机体表面的至少部分(身体和/或面部)进行标绘，并对形态变化进行测量。该方法使得有可能对同一个体的机体表面的体积分布随时间变化的趋势进行比较，或者对一个个体与另一个体的所述体积分布进行比较。

背景技术

大量的文献示出了Moiré技术(通过相位移的光学三角测量)在涉及面部时，以少量的应用在用于标绘表面并在多种媒介上绘制曲线方面的的益处。Moiré技术在于将几何形状(例如条纹、点或网格)的周期性分布的阴影投射到表面上。通过几何形状阴影的投射产生线，所述几何形状的阴影通过其起伏(relief)待研究的表面上的光源生成。

还有多种方法使得有可能确定表面、特别是面部表面的三维形状。最广泛使用的是与条纹投射相关的Moiré技术。

终于，最近提出了通过使用申请KR 2007-32493中的Moiré图像来测量皮肤弹性。该方法在于拍摄两张Moiré图像，并能够以两种不同的方法限定弹性指数。根据第一变型，Moiré图像对应于投射至面部左脸颊表面上的两个圆形阴影。在该第一照片上，对两个圆之间的最大偏差和最小偏差进行测量，并且弹性指数对应于两个曲率之间的最小偏差和最大偏差之间的比值。根据第二变型，该图像为起始于面部左侧的唇部合缝处的水平线的投影。对由穿过唇部合缝处的唇部轮廓的切线形成的投射曲线的角度进行测量，并且在这种情况下，弹性指数对应于该角度的值。

虽然这些方法使得有可能对形态随时间的变化(例如面部的椭圆形状、或甚至是体积的松弛)进行准确定量，但是，该条纹投射装置体积庞大且为非便携式装置，需要复位桌(repositioning table)来安装主体和两个相机。

此外，通过这种方法进行的二维水平曲率的面部绘制并不能够达到满意的分辨率水平。在三维情况下、更特别是在示出美容效果时，这些方法均并未精确到足以实现面部形态变化的可视化和定量。

特别是，专利申请EP 1 298 562中描述的方法依赖于两张3D图像的叠加，从而对施用张肌产品后的面部椭圆形状变瘦、或眼部表面区域的增大进行测量。与此相反，本发明的方法包括计算表征面部的完全表面的参数，并使得有可能免除了与叠加在两个不同时刻摄取的两张图像相关的困难。本发明的方法还使得有可能针对参考组进行比较，而现有技术的方法使得仅能对同一个体的皮肤状态的趋势进行测量。

发明内容

本发明提供了用于表征个体的机体表面上的体积的分布或迁移的方法，通过对表征所述表面的起伏的某些参数进行计算和比较，对体积进行准确、可重复且有效的表征和定量。有利的是，该非接触活体方法使得有可能提出与专家或用户可具有的皮肤表面的视觉感显著相关的参数。

因此，根据本发明的一个方面，本发明的主题为用于表征个体皮肤表面上的体积的分布或迁移的方法，所述方法包括以下步骤：

i)通过如下确定来自个体或来自至少一个其他人的参考值：

-获取代表所述个体或所述人的机体的至少部分表面的体素(voxel)形式的三维图像；

-选择处于三维表面形式的所述图像的至少一条线，与这条线的图示进行可能的匹配；

-计算与所述线相关的至少一个参数，从而获得称为参考值的第一值；

ii)优选在不同的时间，通过将步骤i)施用至个体，确定所述参数的第二值；

iii)对个体皮肤表面上的体积的分布或迁移进行评价的步骤，所述步骤在于将第二值与参考值进行比较。

成像

为研究机体的表面，优选制作三维(3D)图像，所述三维(3D)图像可通过本领域技术人员已知的多种方法获得。在本发明的上、下文中，优选通过所谓的基于输入的“被动视觉”、优选通过被动体视学来制作机体表面的三维图像。

体视学提供了模拟人视觉的优势，因此，使得有可能以3D形式使机体表面可视化并以3D形式重构表面。被动体视学的原理在于：通过对拍摄区域捕获角度和距离条件进行标准化，由所观察到的场景的两个二维图像重建为三维场景。

所使用的硬件通常为装备有自校准或绝对校准系统的照相机。自校准使得有可能用比起绝对校准系统更少的数据对表面进行绘制。

优选使用能够在单次对焦中同时摄取两张二维图像、并且能够使用计算机重建算法构建三维图像的照相机制作图像。该图像优选处于体素形式。

可在不考虑个体的机体姿势(例如，当个体坐下、站立或躺下)的条件下，对个体的机体表面进行拍摄。

当对个体的面部体积变化进行研究时，优选从正面摄取个体坐姿的照片。

有利的是，对已获取的图像的感兴趣的区域进行划界，并在所述感兴趣的区域上进行计算。

例如，获取个体的整个面部的图像，并且随后，感兴趣的区域可以是脸颊、眼睑或甚至是面部的椭圆形状。通过施用参考模型，可对所获取图像的感兴趣区域进行划界，所述参考模型可从一个个体变换为另一个个体、或者从同一个体的一次拍摄变换至另一拍摄。

感兴趣区域的参考模型具有例如给定的表面值，并且例如通过至少一个解剖标志对所述区域进行划界，所述解剖标志选自鼻唇沟、眼睛位置、鼻尖、下巴尖和嘴角。

感兴趣区域优选为正方形或基本上圆形，集中于个体的左颧骨或右颧骨，并且通过鼻唇沟划界。

有利的是，可对感兴趣的解剖区域的参考模型进行限定，并以半自动的方式将所述模型扩展(propagate)至待施用本发明方法的个体。

参考模型可由参考对象的图像组成，在所述参考对象的图像上，所述方法的用户可识别一定数量的解剖标志，例如眼睛位置、鼻尖位置、嘴角位置和下巴位置。

借助于在所述图像中这些相同点的限定，可用个体的图像对适当限定的模型进行标绘。借助于在个体上可得到的曲线(spline)曲率，可在参考对象上对感兴趣区域进行限定。

线的确定、显示和分析

为给出起伏的概念，优选通过一组水平线(或水平曲率、或甚至是等值线)表示表面，各条所述水平线由相对于参考平面具有相同高度的所有的点组成，本发明方法的用户可对参考平面进行手动限定。优选将垂直于穿过个体鼻尖的曝光轴的平面选择作为参考平面。

这些等值线的形状和取向使得不仅有可能对形态进行表征，而且有可能对表面的变化(例如归因于体积迁移的变化)进行表征。体积迁移往往是归因于老化的皮肤松弛的结果：皮肤紧致度的降低使得皮肤更加依赖于自身的重量，并由此例如经常观察到面部皮肤的下垂。

等值线的方向和曲率也使得有可能对皮肤表面(特别是面部皮肤表面)的形态变形可视化。例如，在年老面部和年轻面部之间，在曲率的值和曲率的形状方面观察到差别。比起年轻面部的等值线，年老面部的等值线更加“闭合(closed)”，年轻面部的等值线更加规则且更加“张开(open)”。

根据本发明的一个实施方式，从图像中选择代表表面的至少三条线，即至少一条等值线、一条峰线和一条谷线。例如，选择高度间隔0.1mm至2mm，优选约1mm的一组等值线。

有利的是，该参数对应于所述至少一条等值线的拐角点的数量，所述拐角点对应于等值线与峰线和谷线的交叉点。拐角点对应于随等值线变化的曲率的极限值(最小或最大)。

该参数还可对应于在等值线的拐角点测得的曲率的最大值或最小值。可将平滑参数以及曲率阈值参数引入至拐角点的计算中，从而避免检测到非常小的波动。

该参数还可对应于等值线的极端曲率的幅度。当位于峰顶(最大或峰值曲率)、或位于谷底(最小曲率)时，该参数使得有可能对等值线曲率的幅度进行定量。

确定体积的方向

根据本发明的另一实施方式，个体的机体表面可通过属于图像的多面体网格的线来表示。

特别是，能够计算这种多面体网格的各顶点的梯度(gradients)，并且该参数可例如为多面体网格的顶点的梯度方向的平均值、或多面体网格的顶点的梯度方向的分布宽度。

可通过计算图像各体素或多面体网格各顶点的梯度向量，对由等值线示出的体积主方向进行测量。梯度向量具有分量x(从向量投射至水平轴)和分量y(从向量投射至对应于曝光轴的垂直轴)。如果体积方向的变化显著，则该向量的范数显著。如果相对于水平轴的方向变化更大，则x分量比起y分量变得更加显著。最后，如果相对于垂直轴的体积方向的变化更显著，则y分量比起x分量变得更加显著。

由所捕获的图像和相对于参考轴的例如45°的角，可对梯度方向进行测量。

特别是，角度θ(梯度向量相对于水平面的角，也称为梯度方向)表示一种分量(x或y)的优势：如果θ＝45°，则x＝y；如果θ>45°，则y>x；如果θ<45°，则x>y。

梯度的平均角度的代数值越高，则皮肤下垂越多。

梯度方向的分布对应于梯度方向直方图的展开范围(spread)。区域上的不同梯度方向的数值越大，则直方图的展开范围越大，并且所研究区域的表面更加不规则。

可根据在论文名称为“Mise en correspondance automatique d’imagesmédicales tri-dimensionnelles”(三维医学图像的自动标绘)，Jean-PhilippeThirion，Accreditation to supervise research，1997年6月5日，Nice大学，Sophia-Antipolis中给出的公式，对刚刚描述的所有这些参数进行计算。

可由针对属于参考组的至少两个不同的人计算的参数的值来确定该参数的参考值。例如，可将该参考组定义为同一性别的个体的年龄分类。参考值可为参考组中得到的至少两个值的平均值。

优选选择如下的参考组，其中的性别和年龄分类对应于个体的性别和年龄。还可选择如下参考组，其中的人群具有与个体的解剖标志在构造上相近的解剖标志。

本发明的方法可包括确定至少两个参数值。在不同的时间进行第一测量和第二测量，因为在这两次测量之间经过了或长或短的时间段，在该时间段内，个体的状态相对于实施本发明方法的所谓的“参考”状态发生了改变。因此，根据所选择的状态，该时间段可为数分钟，但可长达数年。

因此，根据本发明方法的一个替代方案，根据用于个体第一状态的方法计算参数的参考值，并随后对于同一个体的至少一个其它状态计算该参数。个体的状态可能是他或她的年龄、或者是在获取图像时他或她的机体姿势。

参考状态可早于施用美容处理，并且图像的获取可跟随在施用美容处理后。

在该替代方案中，可实施本发明的方法以评价归因于随时间而老化的个体面部的下垂。

根据本发明的一个方面，本发明的另一主题是用于选择如下化妆剂或化妆组合物的方法，所述化妆剂或化妆组合物能够改善皮肤的紧致度和张力的状态、对抗皮肤松弛、或者对抗皮肤弹性丧失，所述选择方法包括实施前文所述的表征方法。

本发明还涉及用于评价化妆剂或化妆组合物的效力的方法，特别是评价所述化妆剂或化妆组合物在有需要的至少一个个体中改善皮肤的紧致度和张力的状态、对抗皮肤松弛或者皮肤弹性丧失的效力，其特征在于，通过如下实施前文所述的表征方法：

-在所述步骤i)和步骤ii)之间，将所述化妆剂或所述组合物施用至个体的皮肤；以及

-在用于比较的步骤iii)之后，得出所述化妆剂或所述组合物具有效力或缺乏效力的结论。

特别是，该化妆品可为张肌、紧致或抗老化产品。可实施所述用于评价效力的方法，从而评价施用张肌化妆品、紧致化妆品或抗老化化妆品对于改进个体面部体积分布、特别是面部的椭圆形形状的效果。

根据本发明的又一方面，本发明的主题是用于评价同一个体中的皮肤紧致度水平或松弛水平的趋势的方法，所述评价方法包括实施前文所述的表征方法，其中，对于个体的第一状态确定参考值。

将参考下列附图和实施例对本发明进行更详细的说明。

附图说明

图1再现了代表个体面部表面的正方形顶点的网格。

图2表示个体面部表面的等值线、峰线和拐角点。

实施例

在标准化的光、距离和角度条件下，对21岁至86岁、未接受任何整容外科手术的40位女性的面部进行拍摄。

为了被动体视学中的曝光，使用带有光学取景器(viewfinding)的两个相同的照相机装置，所述光学取景器装有1800万像素(5184×3456像素)的CMOS传感器和60mm固定焦距的镜头。将这两个装置置于距被拍摄个体相同的距离，并且处于与待拍摄区域的平面成直角的中间轴的任一侧的30°处。

感兴趣的区域为沿对角线定位于脸颊上的5cm×4cm矩形。

在嘴巴闭合且头发束在后面以使面部清晰的情况下摄取照片。两个装置同时曝光，从而获得角度为彼此的60°的两张照片。

分成两组：第一组20名女性(平均年龄＝32岁±10岁)和第二组20名女性(平均年龄＝59岁±20岁)。

该装置装有绝对校准系统并设置20×20cm的视野。

用于曝光的装置参数：

1/200-快门速度；

F00-光圈；

M-表示手动设定模式；

取决于环境光线的闪光曝光；

Iso100-相机感光度模式；

“Flash”白平衡；

部分测光模式；

单次对焦；

L-表示图像存储质量；

选择中央手动自动对焦点。

通过用由装置发射的两条光射线对每位女性的鼻孔底部进行标记，限定曝光轴和距离。一旦两条射线合并，则移动该装置，从而使两条射线到达鼻尖并摄取照片。

以常规方式，将通过装置拍摄的两张图像重建为三维图像。该图像可用Cortona VRML软件进行查看。对感兴趣区域进行选择，所述感兴趣区域位于组内第一位女性的接近鼻唇沟的二维图像的右脸颊或左脸颊上。该区域为5cm×4cm的矩形，如研究文件中所示沿对角线定位于脸颊上。然后，将该感兴趣的区域扩展至所有其它图像。

相对于穿过鼻尖并与曝光轴成直角的平面，对1mm间隔的等值线进行计算。

另外，对侧边等于1mm的正方形顶点网格进行计算和表示(参见图1)。

由顶点网格上的梯度向量和由用户指定的参考方向，对曲率的方向进行计算。将该值以范围为-180至+180的度数进行表示。

由表面梯度与水平平面(该平面对应于面部平面)之间的角度，对曲率的值进行计算。将该值以范围为0至90的度数进行表示，0对应于零曲率，并且90对应于垂直表面。

通过使用结果Σ＝2进行每次运算，从而避免引入过多的针对原始网格的平滑处理并关闭“修复平面性(fix planarity)”选项。所有的角度均以度数表示。

在面部的右侧部分，曲率的平均方向等于-21.9°，这意味着该平均方向略小于45°的参考方向。在左侧部分，相对于135°的参考方向，对称的值等于24.1°。

右侧部分和左侧部分之间的结果相当不同，这是因为Z轴未精确地对应于面部的轴线。因此，该梯度值和等值线并不对称。

另外，在3D表面上对等值线曲率的函数进行检验。该函数y的导数(derivative)也可得到并用于确定曲率函数的极限值。实际上，函数具有零值的位置限定了曲率，该曲率对应于处于表面的端部、峰处和谷底的曲率的内曲。

拐角点的数量对应于等值线与端部曲率的内曲之间的交叉点的数量。“谷底曲率”和“峰顶曲率”对应于在这些点上的端部处的内曲值。对于该计算，等值线间距为1mm并具有Σ＝3的值(参见图2)。

表1

总的来说，结果显示出梯度和曲率的研究使得有可能将年轻女性组与年老女性组进行区分。因此，这些参数清楚地表示了老化的生理现象，具体而言，表示了面部的下垂。

本发明的方法允许对皮肤老化进行客观测量。

老年人的面颊给出了弛垂的印象，这在本文中反映为较低的最大倾斜方向。还观察到，皮肤变得越松弛，最大曲率的方向展开越多。等值线的曲率也随着年龄而增大。

Claims (12)

1.一种用于表征个体皮肤表面的体积的分布或迁移的方法，所述方法包括以下步骤：

i)通过如下确定来自个体或来自至少一个其他人的参考值

-获取代表所述个体或所述人的机体的至少部分表面的体素形式的三维图像；

-选择处于三维表面形式的所述图像的至少一条线，并最终制作代表这条线的图形；

-计算与所述线相关的至少一个参数，并获得称为参考值的第一值；

ii)通过将所述步骤i)施用至所述个体，确定所述参数的第二值；

iii)对所述个体皮肤表面上的体积的分布或迁移进行评价，其中，所述步骤包括将所述第二值与所述参考值进行比较。

2.如权利要求1所述的表征方法，其特征在于，选择至少三条线，即，等值线、峰线和谷线。

3.如权利要求2所述的表征方法，其特征在于，所述参数为所述等值线的拐角点的数量。

4.如权利要求2所述的表征方法，其特征在于，所述参数对应于在所述等值线的拐角点处测量的最大曲率或最小曲率。

5.如权利要求1所述的表征方法，其特征在于，选择所述图像的多面体网格的线。

6.如权利要求5所述的表征方法，其特征在于，所述参数为所述多面体网格的顶点的梯度方向的平均值。

7.如权利要求5所述的表征方法，其特征在于，所述参数为所述多面体网格的顶点的梯度方向的分布宽度。

8.如前述权利要求中任一项所述的表征方法，其特征在于，从已获取的图像对感兴趣的区域进行划界，并且其特征还在于，在所述感兴趣的区域上进行计算。

9.如权利要求1-8中任一项所述的表征方法，其特征在于，针对属于同一年龄分类的至少两个不同的人实施所述步骤i)，并且所述参考值为所获得的至少两个值的平均值。

10.一种用于选择如下化妆剂或化妆组合物的方法，所述化妆剂或化妆组合物能够：i)改善皮肤的紧致度状态、ii)对抗皮肤松弛、或iii)对抗皮肤弹性丧失；所述选择方法包括实施如权利要求1-9中任一项所述的表征方法。

11.一种用于评价化妆剂或化妆组合物关于如下方面的效力的方法：在有需要的至少一个个体中，i)改善皮肤的紧致度状态、ii)对抗皮肤松弛、或iii)对抗皮肤弹性丧失；其特征在于，通过如下实施如权利要求1至9中任一项所述的表征方法

-在所述步骤i)和所述步骤ii)之间，将所述化妆剂或所述组合物施用至个体的皮肤；以及

-在所述用于比较的步骤iii)之后，得出所述化妆剂或所述组合物具有效力或缺乏效力的结论。

12.一种用于评价同一个体中的皮肤紧致度水平或松弛水平的趋势的方法，所述评价方法包括实施如权利要求1至9中任一项所述的表征方法，其中，对于所述个体的第一状态确定参考值。