CN104688180B - 一种基于光谱成像的美白效果判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种基于光谱成像的美白效果判断方法，包括（a）标准光谱曲线的获取；（b）美白前后的皮肤光谱特征曲线的获取；（c）光谱分析的步骤。本发明借助于光谱成像技术和光谱分析技术的完美结合，光谱成像分析技术可以获取皮肤不同位置的光谱反射率曲线，由于不同人不含色素的皮肤在450nm‑650nm波段范围内的光谱反射率曲线基本一致，可以将其作为标准光谱曲线，通过皮肤美白前后光谱曲线与标准光谱曲线的相似度比较，对美白效果进行定量评价，解决了目前的美白效果评价方法依赖于人的主观意识容易造成不确定性、评价方法慢的问题，达到快速获取美白效果的目的。

Description

一种基于光谱成像的美白效果判断方法

技术领域

本发明涉及一种皮肤美白效果的评价方法，具体是指一种基于光谱成像的美白效果判断方法。

背景技术

美白治疗是指通过作用于皮肤黑色素的形成、代谢途径的某个阶段，控制、抑制黑色素生成，从而降低皮肤色度或减轻色素沉着，以达到皮肤美白的目的。近年来随着经济的发展和生活水平的提高，人们越来越重视皮肤的自然美白和治疗性美白。如何客观、定量评价美白效果，我国现在还无据可依，急待制订我国的美白效果评价标准。

人类的肤色有白色、黄色、黑色、棕色等不同种类。对于皮肤颜色变化的判定，最初采用目测法，但此法受观察者的光感差异、观测时的照明光源影响很大。后来，采用照相的方法，在照片上分析皮肤灰度值的变化来评价皮肤颜色的变化。但此法受照相时光线及冲印条件的影响很大，且反映的皮肤颜色变化单一。反射光谱分析技术应用于皮肤颜色测量已有50多年的历史，基本原理是用光度计测量皮肤对每一波长光的反射率。主要包括三刺激值色度计、窄谱分光光度计和扫描反射分光光度计，前两者使用较多。该方法较视觉分析更为准确、可靠，重复性好，能获得精确的数据，由于色度计和分光光度计不具备空间分辨能力，因此，该方法无法快速获取不同位置的美白效果。另外，还有偏振光成像技术用于真皮色素改变的定性和定量分析的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光谱成像的美白效果判断方法，解决目前的美白效果评价方法依赖于人的主观意识容易造成不确定性、评价方法慢的问题，达到快速获取美白效果的目的。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于光谱成像的美白效果判断方法，包括以下步骤：

（a）标准光谱曲线的获取，利用光谱成像设备获取不含色素的正常皮肤的在450nm-650nm波段的序列光谱图像，从序列光谱图像中提取同一位置在450nm-650nm波段的反射光谱强度信息，并归一化得到标准光谱反射率曲线；

（b）美白前后的皮肤光谱特征曲线的获取，利用光谱成像设备获取美白前与美白后的皮肤在450nm-650nm波段的序列光谱图像，从序列光谱图像中提取同一位置在450nm-650nm波段的反射光谱强度信息，并归一化得到美白前后皮肤的光谱反射率曲线；

（c）光谱分析，分别计算美白前与美白后皮肤的光谱反射率曲线与标准光谱曲线之间的相似度，若美白后皮肤光谱特征曲线与标准曲线的相似度高于美白前皮肤光谱特征曲线与标准曲线的相似度，则美白效果合格，反之，则美白效果不合格。

本发明采用光谱成像分析技术的美白评价方法结合了光谱成像技术和光谱分析技术的优点，可以实现快速、无创和精确定量的皮肤美白效果评价，借助于光谱成像技术和光谱分析技术的完美结合，光谱成像分析技术可以获取皮肤不同位置的光谱反射率曲线，由于不同人不含色素的皮肤在450nm-650nm波段范围内的光谱反射率曲线基本一致，可以将其作为标准光谱曲线，通过皮肤美白前后光谱曲线与标准光谱曲线的相似度比较，对美白效果进行定量评价，解决了目前的美白效果评价方法依赖于人的主观意识容易造成不确定性、评价方法慢的问题，达到快速获取美白效果的目的。现有的用于皮肤美白判断设备方法主要由三刺激值色度计、窄谱分光光度计和扫描反射分光光度计，其中三刺激值色度计是用脉冲氙灯发出强白光照亮皮肤，通过滤光片收集450、560、600nm处的反射光，进行三刺激值色度测量分析，其缺点在于只能获取三个波段（450、560、600nm）的反射光谱，无法详尽反映美白前后皮肤光谱特征曲线的变化，并且一次只能获取一个点的光谱特征，测量速度慢；窄谱分光光度计和扫描反射分光光度计可获取皮肤精细的光谱特征曲线，但是与三刺激值色度计一样，一次只能获取一个点的光谱特征曲线，如果用于整个部位如面部的美白效果判断，则需要对面部不同位置测试几十次以上，严重影响测量速度，基于光谱成像的美白效果判断方法，可一次获得整个面部的光谱和图像特征，并用于美白效果判断，具有快速、直观的优点。

所述步骤（a）中，所述标准光谱曲线是指甲甲床的扫描光谱。经过申请人的长期研究发现，不论人种的肤色如何，其指甲甲床处的皮肤是不含有色素的，因此，其可以作为标准皮肤，采用指甲甲床的扫描光谱作为标准光谱曲线，可以获得最接近于自然状态的标准值，作为评价的基准。指甲甲床作为标准的优点有：光谱特征稳定、便于采集。

所述步骤（c）中，被测量处的光谱反射率曲线与标准光谱曲线之间的相似度是采用以下公式计算的：

其中 表示光谱曲线x和光谱曲线y的相似度，x表示标准光谱曲线，y表示待测光谱曲线， m表示光谱曲线数据点的个数，相似度的范围在0到1之间，光谱曲线x和y越接近时，相似度值越高，当x和y完全相等时，相似度为1。

光谱分析中，还包括了创伤面的光谱曲线、创伤面修复后的光谱曲线、以及美白后的光谱曲线，如果创伤面的光谱曲线、创伤面修复后的光谱曲线、以及美白后的光谱曲线分别与标准光谱曲线计算相似度后，其相似度呈逐渐增加的趋势，则，美白效果合格；否则，美白效果不合格。作为扩展，为了得到更加合理的判断结果，可以增加与标准光谱曲线作为对比的光谱曲线数量，通常可以将创伤面的光谱曲线、创伤面修复后的光谱曲线作为增加的对比光谱曲线，如果创伤面的光谱曲线、创伤面修复后的光谱曲线、以及美白后的光谱曲线分别与标准光谱曲线计算相似度后，其相似度呈逐渐增加的趋势，可以得出结论：美白的效果是合格的、有效的，否则，是不合格的，如此，增加了对比性，后果更加客观。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1本发明一种基于光谱成像的美白效果判断方法，借助于光谱成像技术和光谱分析技术的完美结合，光谱成像分析技术可以获取皮肤不同位置的光谱反射率曲线，由于不同人不含色素的皮肤在450nm-650nm波段范围内的光谱反射率曲线基本一致，可以将其作为标准光谱曲线，通过皮肤美白前后光谱曲线与标准光谱曲线的相似度比较，对美白效果进行定量评价，解决了目前的美白效果评价方法依赖于人的主观意识容易造成不确定性、评价方法慢的问题，达到快速获取美白效果的目的；

2本发明一种基于光谱成像的美白效果判断方法，能获得美白前后皮肤的精细光谱特征曲线，对美白效果的评价更为精确；

3本发明一种基于光谱成像的美白效果判断方法，能一次性获取人体整个面部或者其他部位的光谱特征曲线，并给出面部或者其他部位中任何一个位置的美白效果评价结果，具有快速、直观的优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明采用的基于液晶可调滤光器的成像光谱仪结构；

图2为本发明实施例中光谱反射率曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本发明的具体实现步骤如下：

步骤1：序列光谱图像的获取：获取序列光谱图像采用的设备成像光谱仪，而成像光谱仪种类很多，不同原理的成像光谱仪获取光谱图像的方式不同，本发明中以基于液晶可调滤光器的成像光谱仪为例，阐述序列光谱图像的获取、光谱曲线的提取过程。

基于液晶可调滤光器的成像光谱仪组成方式如图1所示，液晶可调滤光器在驱动控制器作用下，对来自待测目标的光信号进行过滤，只透过设定波长范围的光信号；图像传感器对透过液晶可调滤光器的光信号成像并通过图像数据采集设备存储在计算机上，通过计算机控制，液晶可调滤光器透过波长范围按照（450nm~460nm、460nm~470nm、470nm~480nm……640nm~650nm，一共20组）依次变化，同时图像数据采集设备同步记录和存储图像数据，从而获得待测目标的序列光谱图像，该序列光谱图像序列不仅包含了待测目标的空间分布情况，而且还包含了目标场景的光谱信息。

本实施例利用基于液晶可调滤光器的成像光谱仪分别获取了一组指甲甲床、烧伤创面皮肤、创面治愈后皮肤、美白治疗后皮肤的序列光谱图像。

步骤2：从序列光谱图像中提取光谱反射率曲线，步骤1获得的序列光谱图像为同一待测目标在不同透过波长下的20张图像，20张图像中包含了待测目标的图像信息，同时包含了待测目标在不同波长下的反射率信息，即光谱信息；将20张图像按照波长顺序读入计算机中，图像中同一像素点分布在不同波长图像下共有20个强度值，按照波长顺序连接成曲线，即该像素点光谱反射率曲线；分别获得指甲甲床、烧伤创面皮肤、创面治愈后皮肤、美白治疗后皮肤的四种光谱反射率曲线，如图2所示。对于面部皮肤色度不均匀情况，可以利用计算机提取面部任意位置的光谱反射率曲线，然后分别做美白效果判断；

步骤3：光谱相似度计算：光谱相似度计算按照以下公式：

其中 表示光谱曲线x和光谱曲线y的相似度，x表示标准光谱曲线，y表示待测光谱曲线， m表示光谱曲线数据点的个数。以指甲甲床光谱曲线作为标准光谱曲线，即为公式中的x，光谱曲线数据点个数即公式中的m为20，当计算烧伤创面皮肤光谱曲线与标准光谱曲线的相似度时，以烧伤创面皮肤光谱曲线作为公式中的y，依次类推至美白治疗前皮肤、美白治疗后皮肤，按照上述方法及公式，计算得到烧伤创面皮肤光谱曲线与标准光谱曲线的相似度为0.873，美白治疗前皮肤光谱曲线与标准光谱曲线的相似度为0.912，美白治疗后皮肤光谱曲线与标准光谱曲线的相似度为0.944，由此可见烧伤创面的光谱曲线、烧伤创面修复后的光谱曲线、以及美白后的光谱曲线分别与标准光谱曲线的相似度呈逐渐增加的趋势，因此美白效果是合格的。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于光谱成像的非治疗性美白效果判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）标准光谱曲线的获取，利用光谱成像设备获取不含色素的正常皮肤的在450nm-650nm波段的序列光谱图像，从序列光谱图像中提取同一位置在450nm-650nm波段的反射光谱强度信息，并归一化得到标准光谱反射率曲线；

（b）美白前后的皮肤光谱特征曲线的获取，利用光谱成像设备获取美白前与美白后的皮肤在450nm-650nm波段的序列光谱图像，从序列光谱图像中提取同一位置在450nm-650nm波段的反射光谱强度信息，并归一化得到美白前后皮肤的光谱反射率曲线；

（c）光谱分析，分别计算美白前与美白后皮肤的光谱反射率曲线与标准光谱曲线之间的相似度，若美白后皮肤光谱特征曲线与标准曲线的相似度高于美白前皮肤光谱特征曲线与标准曲线的相似度，则美白效果合格，反之，则美白效果不合格。

2.根据权利要求1所述的一种基于光谱成像的非治疗性美白效果判断方法，其特征在于：所述步骤（a）中，所述标准光谱曲线是指甲甲床的扫描光谱。

3.根据权利要求1所述的一种基于光谱成像的非治疗性美白效果判断方法，其特征在于：所述步骤（c）中，被测量处的光谱反射率曲线与标准光谱曲线之间的相似度是采用以下公式计算的：

其中 表示光谱曲线x和光谱曲线y的相似度，x表示标准光谱曲线，y表示待测光谱曲线， m表示光谱曲线数据点的个数。