CN113116295A - 一种基于可见光调制的皮肤表面油脂检测系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施方式提供了一种基于微波信号调制可见光的皮肤表面油脂检测系统与方法，该系统从原理上有别于现有技术中基于光谱的检测技术，该方法将调制了电信号的可见光信号发送出去，探测人体皮肤表面的油脂，在检测方法上可以和计算机领域的模式识别等新技术融合。该方法在原理上不同于以往的油脂探测方法，主要依靠电信号的改变来检测皮肤表面的油脂，因此具有较大的发展潜力。
Description
技术领域
本发明涉及皮肤检测应用领域，特别涉及利用发光二极管的非相干可见光光源进行皮肤检测的系统与方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们的保健意识不断提高，护肤作为美容和保健的重要方面，已经成为一个日渐壮大的行业。皮肤检测仪是护肤的重要仪器，它可以用来检测皮肤健康状况，而皮肤油脂检测又是皮肤检测的重要内容。
油份测试采用的是世界公认的SEBUMETER法，它是基于光度计原理，一种0.1mm厚的特殊消光胶带吸收人体皮肤上的油脂后，就会变成一种透明的胶带，它的透光量就会发生变化，吸收的油脂越多，透光量就会越大，这样就可以测量皮肤油脂的含量。近年来，随着智能手机和智能可穿戴设备的普及与发展，研究便携式的皮肤检测装置具有广阔的市场需求。
文献1涉及皮肤检测领域，属于基于图像的皮肤油脂检测技术。该文献提出了一种基于颜色检测的自适应皮肤油脂检测方法。本发明通过先检测出毛孔区域，进一步在毛孔区域内检测油脂，消除了非毛孔区域可能存在的干扰，同时通过检测皮肤毛孔内的油脂，以毛孔内油脂的大小和面积作为衡量皮肤油性的指标，能够很好的反映人体皮脂腺分泌的旺盛程度。
文献2-4属于基于光学方法的皮肤油脂检测技术。文献2公开了一种便携式皮肤诊断装置(1)，包括：第一测量系统和第二测量系统，该第一测量系统包括：扩散器；采集口(5)，用于放置于皮肤的前方；照明系统，置于所述扩散器的后方，以经由所述扩散器照射在所述采集口(5)中的皮肤；和光学检测器，其接收由置于所述采集口中的皮肤反射的光；所述第二测量系统被构造成以非光学的方式对皮肤进行测量。该系统的核心是可见光反射检测皮肤。文献3和4提出了基于可见光光谱的检测方法，文献4提出了一种基于多光谱的皮肤检测方法包括光谱采集步骤、光谱预处理步骤、皮肤特性参数测定步骤、评测模型建立步骤、皮肤特性检测步骤。
目前，基于皮肤检测技术的研究仍然在发展，而油脂是皮肤检测的重要方面，因此，研究皮肤油脂检测的新技术，具有重要的意义。
参考文献：
1.申请人：苏州大学，专利名称：基于颜色检测的自适应皮肤油脂检测方法，申请号：201910424535.4。
2.申请人：欧莱雅，专利名称：便携式皮肤诊断装置，申请号：200980141192.5。
3.申请人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，专利名称：基于近红外光谱技术的皮肤油脂含量检测方法，申请号：201510143748.1。
4.申请人：江苏鼎云信息科技有限公司，专利名称：基于多光谱的皮肤检测方法与系统，申请号：201510887697.3。
发明内容：
针对背景技术中的需求，本发明的目的在于提供一种基于微波信号调制可见光的皮肤表面油脂检测系统与方法，该系统从原理上有别于现有技术中基于光谱的检测技术，该方法将调制了电信号的可见光信号发送出去，探测人体皮肤表面的油脂，在检测方法上可以和计算机领域的模式识别等新技术融合。该方法在原理上不同于以往的油脂探测方法，主要依靠电信号的改变来检测皮肤表面的油脂，因此具有较大的发展潜力。
本发明的基本结构包括：
可见光发射模块(10)，包括LED电源驱动电路，用来提供适合LED发光要求的稳定驱动电压，波形发射驱动电路，用来提供LED波形发射的合适偏置电压，同时选择电信号波形集合(20)中的信号，并将其调制到LED灯珠上，最终发送出去；电信号波形集合(20)，用来提供可见光波形检测时需要在LED上加载的基本信号波形；可见光接收模块(30)，用于接收从待检测的皮肤表面油脂上反射的可见光信号，并将其转化为电信号；信息处理与识别模块(40)，用来结合可见光发射模块(10)的发送波形和可见光接收模块(30)接收到的可见光波形，计算调制了射频信号的LED发射光波后，在接收端波形衰减的大小，并得到人体皮肤表面油脂的多少或者人体皮肤表面油脂的分布。
进一步，可以在系统中加入标准反射单元(50)，用来和反射皮肤油脂的波形进行对比，有助于提高检测的精度。
进一步，所述LED灯珠可以是红光(R)LED灯珠，或者绿光(G)LED灯珠，或者蓝光(B)LED灯珠，或者RGB三种颜色构成的白光LED灯珠，用来发送不同波长的可见光信号，从而提高可见光通信探测人体皮肤上油脂的准确程度。
进一步，在本发明的系统中可以按照如下方法得到包含皮肤上油脂信息的信号Δs(t)：
a)调节可见光发射模块(10)的偏置电压，在电信号波形集合(20)中选择一种电信号波形s0(t)；
b)将可见光发射模块(10)与可见光接收模块(30)接近标准反射单元(50)，记录反射波形s1(t)；
c)将可见光发射模块(10)与可见光接收模块(30)接近人体皮肤，记录反射波形s2(t)；
d)求解s1(t)和s2(t)的差分信号Δs(t)＝s2(t)-s1(t)。
进一步，标准反射单元(50)为一定面积的镜面反射单元，用来增强反射信号的强度。
进一步，该系统还可以包括基于皮肤表面油脂检测模式识别算法(50)，该算法对来自皮肤表面油脂的反射信号进行模式识别，并对油脂的多少进行量化处理，由此形成，皮肤油脂多少的分等级判断结果。
进一步，该系统还可以包括基于皮肤表面油脂检测模式识别算法(50)，该算法对包含皮肤上油脂信息的信号Δs(t)进行模式识别，并对油脂的多少进行量化处理，由此形成，皮肤油脂多少的分等级判断结果。
无论是直接检测还是差分检测，皮肤表面油脂检测模式识别算法(50)可以包含人工神经网络，机器学习或者深度学习等人工智能类的算法。
由于皮肤油脂的测试具有个体差异，因此，可以针对每个人建立一个皮肤测试数据库，将每次探测的结果记录在该数据库中作为下次判别的依据，由此可以部分消除皮肤检测的个体差异。
本发明利用电信号的改变来检测皮肤表面的油脂，因此具有较大的发展潜力。
附图说明
根据下面结合附图的示例性实施方式的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优势将变得明显，在附图中：
图1是本发明提供的基于可见光调制的皮肤表面油脂检测系统示意图。
具体实施方式
1，利用本发明系统与方法进行人体皮肤油脂检测的实施例：
可以采用如下模块构成系统：可见光发射模块(10)，包括LED电源驱动电路，用来提供适合LED发光要求的稳定驱动电压，波形发射驱动电路，用来提供LED波形发射的合适偏置电压，并将其调制到LED灯珠上，最终发送出去；电信号波形集合(20)，用来提供可见光波形检测时需要在LED上加载的基本信号波形，此处可以选择频率为10kHz的正弦信号，幅度在1VPP-5VPP之间；可见光接收模块(30)，用于接收从待检测的皮肤表面油脂上反射的可见光信号，并将其转化为电信号；信息处理与识别模块(40)，用来结合可见光发射模块(10)的发送波形和可见光接收模块(30)接收到的可见光波形，计算调制了射频信号的LED发射光波后，在接收端波形衰减的大小，并得到人体皮肤表面油脂的多少或者人体皮肤表面油脂的分布。
在实际检测中，为了提高分辨率，可以采用差分检测的方法，即在系统中加入标准反射单元(50)，用来和反射皮肤油脂的波形进行对比。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于可见光调制的皮肤表面油脂检测系统，包括：
可见光发射模块(10)，包括LED电源驱动电路，用来提供适合LED发光要求的稳定驱动电压，波形发射驱动电路，用来提供LED波形发射的合适偏置电压，同时选择电信号波形集合(20)中的信号，并将其调制到LED灯珠上，最终发送出去；
电信号波形集合(20)，用来提供可见光波形检测时需要在LED上加载的基本信号波形；
可见光接收模块(30)，用于接收从待检测的皮肤表面油脂上反射的可见光信号，并将其转化为电信号；
信息处理与识别模块(40)，用来结合可见光发射模块(10)的发送波形和可见光接收模块(30)接收到的可见光波形，计算调制了射频信号的LED发射光波后，在接收端波形衰减的大小，并得到人体皮肤表面油脂的多少或者人体皮肤表面油脂的分布。
2.如权利要求1所述的可见光波形检测皮肤表面油脂的系统，其特征在于：
在系统中加入标准反射单元(50)，用来和反射皮肤油脂的波形进行对比，有助于提高检测的精度。
3.如权利要求1所述的可见光波形检测皮肤表面油脂的系统，其特征在于：
所述LED灯珠可以是红光(R)LED灯珠，或者绿光(G)LED灯珠，或者蓝光(B)LED灯珠，或者RGB三种颜色构成的白光LED灯珠，用来发送不同波长的可见光信号，从而提高可见光通信探测人体皮肤上油脂的准确程度。
4.如权利要求2所述的可见光调制的皮肤表面油脂检测系统，其特征在于：
可以按照如下方法得到包含皮肤上油脂信息的信号Δs(t)：
a)调节可见光发射模块(10)的偏置电压，在电信号波形集合(20)中选择一种电信号波形s0(t)；
b)将可见光发射模块(10)与可见光接收模块(30)接近标准反射单元(50)，记录反射波形s1(t)；
c)将可见光发射模块(10)与可见光接收模块(30)接近人体皮肤，记录反射波形s2(t)；
d)求解s1(t)和s2(t)的差分信号Δs(t)＝s2(t)-s1(t)。
5.如权利要求2所述的可见光调制的皮肤表面油脂检测系统，其特征在于：
标准反射单元(50)为一定面积的镜面反射单元，用来增强反射信号的强度。
6.如权利要求1所述的可见光调制的皮肤表面油脂检测系统，其特征在于：
该系统还可以包括基于皮肤表面油脂检测模式识别算法(50)，该算法对来自皮肤表面油脂的反射信号进行模式识别，并对油脂的多少进行量化处理，由此形成，皮肤油脂多少的分等级判断结果。
7.如权利要求4所述的可见光调制的皮肤表面油脂检测系统，其特征在于：
该系统还可以包括基于皮肤表面油脂检测模式识别算法(50)，该算法对包含皮肤上油脂信息的信号Δs(t)进行模式识别，并对油脂的多少进行量化处理，由此形成，皮肤油脂多少的分等级判断结果。
8.如权利要求6或权利要求7所述的可见光调制的皮肤表面油脂检测系统，其特征在于：
皮肤表面油脂检测模式识别算法(50)可以包含人工神经网络，机器学习或者深度学习等人工智能类的算法。
9.如权利要求6或权利要求7所述的可见光调制的皮肤表面油脂检测系统，其特征在于：
针对每个人建立一个皮肤测试数据库，将每次探测的结果记录在该数据库中作为下次判别的依据，由此可以部分消除皮肤检测的个体差异。
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