CN109893096A - 一种用于皮肤分析的面部图像获取装置 - Google Patents

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李魁
周国洪
唐刚胜
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Abstract

本发明公开了一种用于皮肤分析的面部图像获取装置，包括：光罩、光源、成像镜头和定位器；所述光罩关于竖直平面对称，自开口至底部逐渐收窄；所述成像镜头设置于光罩底部中心，用于获取用户面部头像；所述光源设置于光罩底部，关于成像镜头对称；所述定位器设置于所述光罩的开口处，用于固定用户头部位置，使得用户面部尽量多的点落在所述成像镜头的焦平面上。本发明通过将亚洲人头部模拟，设计出适合的成像光路，使得每次用户在面部图像拍摄时的成像条件几乎一致，提高了不同用户面部采集或者同一用户多次面部采集时，所采集的图像的一致性，便于不同人群的皮肤分析或者跟踪统一用户的皮肤状况分析。

Description

一种用于皮肤分析的面部图像获取装置
技术领域
本发明属于皮肤分析领域，更具体地，涉及一种用于皮肤分析的面部图像获取装置。
背景技术
皮肤分析和皮肤分类技术一直以来作为个性化护肤的基础技术。最早是通过肉眼观察，将皮肤类型简单的分为干性、中性、油性和混合性。而这种分类方法过于粗糙，并不能针对性的提出解决皮肤问题的方案，例如毛孔粗大可能是由于毛孔堵塞、油脂分泌过多、胶原蛋白流失或者皮肤干燥等一种因素或多种因素影响导致的，而简单的认为是油性皮肤导致的，简单甚至过度的清洁皮肤，并不能解决毛孔粗大的问题。
由此，更加准确而客观的皮肤分析、皮肤分类的技术应运而生，主流的手段就是采集皮肤在特定的光照条件下的图像，通过图像分析的手段，定量的给出皮肤图像的指标，来反应皮肤的状态。例如通过局部近LED光照来采集局部皮肤图像进行放大分析；还有以VISIA皮肤分析仪为代表的，采用白光、紫外光、偏振光的照射下，采集全脸图像进行分析的皮肤分析技术。
前者采集的皮肤信息不够全面，影响分析结果的可靠性；而后者存在图像采集的面部图像一致性不搞，导致用于皮肤分析和皮肤分类的图像数据不可靠，最终影响皮肤分析准确性。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于皮肤分析的面部图像获取装置，其目的在于通过皮肤光源设置、人脸定位以及干扰频闭技术提高面部图像采集的光照条件一致性和人脸位置一致性，由此解决皮肤分析采集的面部图像一致性不高导致的分析结果不准确的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于皮肤分析的面部图像获取装置，包括光罩、光源、成像镜头和定位器；
所述光罩关于竖直平面对称，自开口至底部逐渐收窄；所述成像镜头设置于光罩底部中心，用于获取用户面部头像；所述光源设置于光罩底部，关于成像镜头对称；所述定位器设置于所述光罩的开口处，用于固定用户头部位置，使得用户面部尽量多的点落在所述成像镜头的焦平面上。
优选地，所述用于皮肤分析的面部图像获取装置，其所述光源为LED光源，所述LED光源由白光灯珠、紫外光灯珠、带偏振片的白光灯珠三种LED灯珠均匀布设，使得所述白光功率、紫外光功率、以及带偏振片的白光功率相同。
优选地，所述用于皮肤分析的面部图像获取装置，其所述LED灯珠之间的间距在5mm至10mm之间。
优选地，所述用于皮肤分析的面部图像获取装置，其所述白光灯珠功率在4瓦至6瓦之间，所述紫外光灯珠功率范围在2瓦至4瓦之间，所述带偏振片的白光灯灯珠功率与白光灯珠功率相当；其中白光灯珠、紫外光灯珠、与带偏振片的白光灯珠的数量之比为1:2:1。
优选地，所述用于皮肤分析的面部图像获取装置，其所述LED光源优选为面阵LED光源或环形LED光源。
优选地，所述用于皮肤分析的面部图像获取装置，其所述光源为面阵LED光源，包括左右对称的两片面阵LED，每片面阵LED面积在1500mm2至2000mm2；所述两片面阵LED的中心与焦平面中心的距离为焦距，其法线与镜头主光轴的夹角在10°至15°之间，所述面阵LED的法线为LED片中心垂直于其所在平面的直线。
优选地，所述用于皮肤分析的面部图像获取装置，其所述光罩其内壁为漫反射表面，其开口与用户头部配合；优选其开口左右两侧具有对称设置的挡板，用于减少环境干扰光线，所述左右挡板与用户面部耳前弧线配合，其与用户面部间距优选3mm至8mm，其外沿优选为柔性外延。
优选地，所述用于皮肤分析的面部图像获取装置，其所述成像镜头焦距18mm至55mm，APS-C画幅下35mm换算焦距29mm至88mm。
优选地，所述用于皮肤分析的面部图像获取装置，其所述定位器包括设置在所述光罩开口处下缘的下托和设置在所述光罩开口处上沿的额托；优选所述下托呈椭圆形凹陷，其底面椭圆55mm*33mm，内侧面高在16.6mm，外侧面高在7.5mm，优选所述额托包括两个刚性支撑点，所述支撑点用于与额头两点接触，其表面优选硅胶材质。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明通过将亚洲人头部模拟，设计出适合的成像光路，使得每次用户在面部图像拍摄时的成像条件几乎一致，提高了不同用户面部采集或者同一用户多次面部采集时，所采集的图像的一致性，便于不同人群的皮肤分析或者跟踪统一用户的皮肤状况分析。
(2)优选方案，通过优化光罩形状设计、增加挡板等配件、光罩内表面材质选择等，减少环境杂光干扰，使得每次拍摄时，照明条件良好且稳定。
(3)优选方案，多种光源通过面阵或者环形LED灯珠阵列杂混在一起，避免了由于多种照明光源的位置差异，引起的多种光源之间成像条件差异，提高了不同光源下获取的面部图像的一致性，帮助提高分析结果的可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的用于皮肤分析的面部图像获取装置正视图；
图2是本发明实施例1提供的光罩水平剖面视图；
图3是本发明实施例1提供的光罩与光源、成像镜头的位置关系示意图；
图4是本发明实施例1提供的面阵LED结构示意图；
图5是本发明实施例1提供的下托立体图；
图6是本发明实施例1提供的使用状态示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为光罩，101为挡板，2为光源，201为白光灯珠，202为紫外光灯珠，203为偏振光灯珠，3为成像镜头，4为定位器，401为下托，402为额托。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
经分析目前用于皮肤分析的面部图像的一致性的问题来自于以下方面：
第一、由于采用多种光源进行面部照明，多个光源的照射条件不同，导致同一次采集的多幅不同光照下的图像存在照明条件差异，造成多幅图像之间的一致性不高，对于多幅图像同一部位的分析可靠性降低；
第二、由于用户在使用图像采集装置时定位不准确、不一致，导致采集不同用户的面部图像或者多次采集同一用户的面部图像时照明条件及拍摄角度差异，造成图像之间一致性不高；
第三、由于环境光照条件的干扰，导致多次采集用户面部图像是，图像之间的一致性不高。
以上问题都影响到图像采集的一致性，导致数据分析结果的不准确。
本发明提供的用于皮肤分析的面部图像获取装置，如图1所示，包括：光罩、光源、成像镜头和定位器；
所述光罩关于竖直平面对称，如图1所示，自开口至底部逐渐收窄；其内壁为漫反射表面，其开口与用户头部配合；优选其开口左右两侧具有对称设置的挡板，用于减少环境干扰光线，所述左右挡板与用户面部耳前弧线配合，其与用户面部间距3mm至8mm，其外沿优选为柔性外延，例如可采用硅胶等柔性材料，优选采用一次性硅胶套作为可替换的左右挡板外延。
所述光罩，其横截面优选采用宽扁形，其两侧若出现圆弧，则焦点优选在处于镜头和用户头部同侧切面外侧，避免有强光在拍摄时进入镜头，光线会在镜头元件之间反射，可能会导致令影响画质下降的现象出现，例如光晕和重影，该光罩用于排除镜头不需要的有害光线，提高成像品质。更优选地，所述光罩内壁粗糙，减少镜面反射，形成均匀照射，避免光源产生的强光分布不均导致的成像品质下降，进一步提高成像品质
所述成像镜头设置于光罩底部中心，用于获取用户面部头像；优选，焦距18mm至55mm，APS-C画幅下35mm换算焦距29mm至88mm，以配合光罩形成的照明条件和提高用户头部成像的清晰程度，满足面部图像分析的清晰度需求，并在次前提之下提高用户体验，避免用户产生压抑感。
所述光源设置于光罩底部，关于成像镜头对称；所述光源为LED光源，所述LED光源由白光灯珠、紫外光灯珠、带偏振片的白光灯珠三种LED灯珠均匀布设，所述LED灯珠之间的间距在5mm至10mm之间，使得所述白光功率、紫外光功率、以及带偏振片的白光功率相同。所述白光灯珠功率在4瓦至6瓦之间，所述紫外光灯珠功率范围在2瓦至4瓦之间，所述带偏振片的白光灯灯珠功率与白光灯珠功率相当；其中白光灯珠、紫外光灯珠、与带偏振片的白光灯珠的数量之比为1:2:1。优选方案，所述LED光源优选为面阵LED光源或环形LED光源。优选地，所述光源具有高透玻璃防尘罩。
由于需要皮肤分析的需要，需采用不同光源采集图像，而目前由光源的布置导致不同光源的照射条件有差异，例如白光光源、紫外光光源、以及偏振光光源所处的位置不同、能量不同，导致成像差异，尤其是供细节分析上的差异，导致不同光源的图像不具有可比性，影响分析结果，且无法通过图像处理的方式进行补偿。本发明针对这个问题，将原本集中的光源分散，采用LED灯珠，并将分散的光源混合，由于LED灯珠是点光源，色温5000K-5500K，与太阳光色温相近，利于自然成像。使用寿命长，光衰小，发光效率高，其形成发散而均匀的光照条件，进一步的配合灯珠的功率进行灯珠数量上的调整，从而将不同光源叠加在同一位置，提高成像的一致性。实验显示当灯珠之间间距小于8mm时，对于成像造成的差异影响较小。
当所述光源为面阵LED光源时，优选包括左右对称的两片面阵LED，每片面阵LED面积在1500mm2至2000mm2；所述两片面阵LED的中心与焦平面中心的距离为焦距，其法线与镜头主光轴的夹角在10°至15°之间，所述面阵LED的法线为LED片中心垂直于其所在平面的直线。
当所述光源为环形LED光源时，其照明的均匀性更好，然而成本较高，且不容易模块化更换。
所述定位器设置于所述光罩的开口处，用于固定用户头部位置，使得用户面部尽量多的点落在所述成像镜头的焦平面上；优选的，所述定位器包括设置在所述光罩开口处下缘的下托和设置在所述光罩开口处上沿的额托。所述下托呈椭圆形凹陷，其底面椭圆55mm*33mm，内侧面高在16.6mm，外侧面高在7.5mm。所述额托包括两个刚性支撑点，所述支撑点用于与额头两点接触，其表面优选硅胶材质。所述下托为定位用户面部的关键器件，下托的参数设计，是通过统计亚洲人下颚骨尺寸参数得出的，其用于配合下颌骨，与额托的两点通过三点用户头部，为保证用户头部处于理想位置，其内侧面较高起到限位作用，外侧面较低避免引起用户不适。
本发明提供的用于皮肤分析的面部图像获取装置，光源采用LED光源实现不同光源几乎相同的照明效果，配合具有漫反射内壁的弧型光罩，形成光罩内在不同的光源下成像条件几乎一致，从而提高不同光源下的成像一致性。光罩的开口出的左右挡板，减少了环境光线的影响，降低干扰光线，进一步提高了照明效果的一致性。通过光罩开口处的定位器，使得用户面部尽量多的点落在成像镜头的焦平面上，一方面提高了用户面部位置的一致性，另一方面提高了成像质量。利用本发明提供的面部图像获取装置获取的面部图像进行皮肤分析，其准确性和可靠性得到了明显提高。
以下为实施例：
一种本发明提供的用于皮肤分析的面部图像获取装置，如图1所示，包括：光罩、光源、成像镜头和定位器；
所述光罩，其水平剖面视图如图2所示，关于竖直平面对称，自开口至底部逐渐收窄；其内壁为漫反射表面，其开口与用户头部配合；优选其开口左右两侧具有对称设置的挡板，用于减少环境干扰光线，所述左右挡板与用户面部耳前弧线配合，其与用户面部间距5mm，其外沿为医用柔性外延。
所述光罩，其横截面为宽扁形，其两侧圆弧的焦点在处于镜头和用户头部同侧切面外侧，避免有强光在拍摄时进入镜头，光线会在镜头元件之间反射，可能会导致令影响画质下降的现象出现，例如光晕和重影，该光罩用于排除镜头不需要的有害光线，提高成像品质。
所述成像镜头设置于光罩底部中心，如图3所示，用于获取用户面部头像；优选，焦距18mm至55mm，APS-C画幅下35mm换算焦距29mm至88mm，以配合光罩形成的照明条件和提高用户头部成像的清晰程度，满足面部图像分析的清晰度需求，并在次前提之下提高用户体验，避免用户产生压抑感。摄像头具体参数如下表：
所述光源设置于光罩底部，关于成像镜头对称；所述光源为LED光源，所述LED光源由白光灯珠、紫外光灯珠、带偏振片的白光灯珠三种LED灯珠均匀布设，所述LED灯珠之间的间距为8mm，使得所述白光功率、紫外光功率、以及带偏振片的白光功率相同。所述白光灯珠功率为5瓦，所述紫外光灯珠功率范围为3瓦，所述带偏振片的白光灯灯珠功率为5瓦；其中白光灯珠、紫外光灯珠、与带偏振片的白光灯珠的数量之比为1:2:1，如图4。所述LED光源优选为面阵LED光源，具有高透玻璃防尘罩。
如图3所示，所述光源包括左右对称的两片面阵LED，每片面阵LED面积在1875mm2；所述两片面阵LED的中心与焦平面中心的距离为焦距，其法线与镜头主光轴的夹角为13°，所述面阵LED的法线为LED片中心垂直于其所在平面的直线。
所述定位器设置于所述光罩的开口处，用于固定用户头部位置，使得用户面部尽量多的点落在所述成像镜头的焦平面上；所述定位器包括设置在所述光罩开口处下缘的下托和设置在所述光罩开口处上沿的额托。如图5所示，所述下托呈椭圆形凹陷，其底面椭圆55mm*33mm，内侧面高在16.6mm，外侧面高在7.5mm。所述额托包括两个刚性支撑点，所述支撑点用于与额头两点接触，其表面为医用硅胶材质。
所述定位器使得用户头部和光源、成像镜头之间的空间位置关系，如图6所示。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于皮肤分析的面部图像获取装置，其特征在于，包括：光罩、光源、成像镜头和定位器；
所述光罩关于竖直平面对称，自开口至底部逐渐收窄；所述成像镜头设置于光罩底部中心，用于获取用户面部头像；所述光源设置于光罩底部，关于成像镜头对称；所述定位器设置于所述光罩的开口处，用于固定用户头部位置，使得用户面部尽量多的点落在所述成像镜头的焦平面上。
2.如权利要求1所述的用于皮肤分析的面部图像获取装置，其特征在于，所述光源为LED光源，所述LED光源由白光灯珠、紫外光灯珠、带偏振片的白光灯珠三种LED灯珠均匀布设，使得所述白光功率、紫外光功率、以及带偏振片的白光功率相同。
3.如权利要求2所述的用于皮肤分析的面部图像获取装置，其特征在于，所述LED灯珠之间的间距在5mm至10mm之间。
4.如权利要求2所述的用于皮肤分析的面部图像获取装置，其特征在于，所述白光灯珠功率在4瓦至6瓦之间，所述紫外光灯珠功率范围在2瓦至4瓦之间，所述带偏振片的白光灯灯珠功率与白光灯珠功率相当；其中白光灯珠、紫外光灯珠、与带偏振片的白光灯珠的数量之比为1:2:1。
5.如权利要求2所述的用于皮肤分析的面部图像获取装置，其特征在于，所述LED光源优选为面阵LED光源或环形LED光源。
6.如权利要求5所述的用于皮肤分析的面部图像获取装置，其特征在于，所述光源为面阵LED光源，包括左右对称的两片面阵LED，每片面阵LED面积在1500mm2至2000mm2；所述两片面阵LED的中心与焦平面中心的距离为焦距，其法线与镜头主光轴的夹角在10°至15°之间，所述面阵LED的法线为LED片中心垂直于其所在平面的直线。
7.如权利要求1所述的用于皮肤分析的面部图像获取装置，其特征在于，所述光罩其内壁为漫反射表面，其开口与用户头部配合；优选其开口左右两侧具有对称设置的挡板，用于减少环境干扰光线，所述左右挡板与用户面部耳前弧线配合，其与用户面部间距优选3mm至8mm，其外沿优选为柔性外延。
8.如权利要求1所述的用于皮肤分析的面部图像获取装置，其特征在于，所述成像镜头焦距18mm至55mm，APS-C画幅下35mm换算焦距29mm至88mm。
9.如权利要求1所述的用于皮肤分析的面部图像获取装置，其特征在于，所述定位器包括设置在所述光罩开口处下缘的下托和设置在所述光罩开口处上沿的额托；优选所述下托呈椭圆形凹陷，其底面椭圆55mm*33mm，内侧面高在16.6mm，外侧面高在7.5mm，优选所述额托包括两个刚性支撑点，所述支撑点用于与额头两点接触，其表面优选硅胶材质。
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