CN116322483A - 用于确定皮肤参数值的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

根据一个方面，提供了一种用于确定对象的皮肤的皮肤参数值的方法。该方法包括接收(510)由第一光传感器输出的第一传感器信号，该第一光传感器被布置为在发射的光与皮肤相互作用之后接收由第一光源发射的光。当第一光源根据第一占空比操作以间歇地发射光时，输出第一传感器信号，并且发射的光具有第一中心波长。该方法还包括接收(520)与第一占空比相关的第一调制参考信号；对从第一传感器信号和第一调制参考信号的函数得到的第一函数输出信号进行积分(530)，以确定第一积分值；确定(540)第一积分值超过第一阈值所需的发射光的周期的第一数目；以及基于所确定的周期的第一数目来确定(550)皮肤参数值。

Description

用于确定皮肤参数值的装置和方法
技术领域
本公开涉及用于确定皮肤参数值的装置和方法。
背景技术
许多治疗设备需要在使用之前、期间或之后确定皮肤参数值。由治理设备所使用的皮肤参数值可以包括肤色、皮肤黑色素指数、以及与皮肤颜色、皮肤图案或皮肤特征(例如存在毛发、痣、疤痕、痤疮等)相关的其他皮肤参数。需要确定皮肤参数值的治疗设备的示例包括使用各种技术诸如激光和光疗(称为光脱毛或强脉冲光，IPL)去除不需要的毛发的设备。其它示例包括用于治疗痤疮和皮肤损伤的设备。
IPL技术是用于许多应用的流行解决方案，诸如但不限于光脱毛、损伤治疗、光复活、家庭个人护理、专业个人护理和医疗设置。针对家庭环境中的光脱毛，IPL光脱毛设备向皮肤的表面应用广谱光，以毛发和毛囊中的黑色素为目标。毛发和毛囊(处于其生长周期的生长期)吸收该能量并且进入其静止期。这防止了毛发的再生长。为了将该IPL技术有效地用于毛发去除(例如，以最小化对皮肤的损伤、热损伤/烧伤或刺激)，可以基于皮肤的肤色来调整IPL光脱毛设备的能量设置。一些IPL光脱毛设备，例如Philips Lumea Prestige，可以在治疗之前和治疗期间检测肤色，并且选择适当的能量设置。可以检测肤色并且将其分类为例如六种不同类型中的一种。皮肤类型1至6可以被广义地标记为：“白色”、“米色”、“浅棕色”、“中等棕色”、“深棕色”和“棕黑色以及更深”。典型地，IPL光脱毛设备不应与较暗的皮肤一起被使用，因为皮肤将吸收光脉冲中的能量而不是毛发或毛囊吸收。在这种情况下，如果检测到例如棕黑色和更深的肤色，则设备不应触发闪光。
IPL设备中的皮肤类型检测的当前方法使用反射光谱，例如由Feather J.W.,Ellis D.J.,和Leslie G.,Phys.Med.Biol.“A portable reflectometer for a rapidquantification of cutaneous haemoglobin and melanin”1988,33,711-722.中所描述的。在该技术中，使用两个反射波长之间的比率(红色和近红外－与水和血红蛋白相比，黑色素在这两个波长处具有更高的吸收系数)来计算黑色素指数，然后使用该指数来计算皮肤类型。目前在IPL设备中使用的一种类型的肤色传感器利用操作在两个不同波长处(分别为640纳米(nm)和870nm中心波长)的两个发光二极管(LED)。这两个LED的光朝向皮肤发射并且检测器测量反射光，从而分别产生两个LED的检测器信号S1和S2。基于两个波长的皮肤反射率水平，可以计算肤色，肤色是比率S1/S2的函数。
然而，反射的能量信号受到温度、环境光和IPL设备的波导的影响。该方法的备选方案是使用皮肤区域的智能手机相机图像来计算肤色。由于皮肤的镜面反射率、照明条件中的变化以及图像传感器特性中的变化，这也是非常具有挑战性的。此外，图像测量可能需要使用颜色校准卡。
作为这些和其它因素的结果，依靠反射光谱来确定肤色和其它皮肤参数值的方法具有大的容差。在IPL治疗设备的情况下，大的公差可能导致该设备在应该时不阻挡深的皮肤类型，或者阻挡应该能够使用该设备的大部分用户。因此，需要改进来确定皮肤参数，诸如肤色。
发明内容
根据第一特定方面，提供了一种用于确定对象的皮肤的皮肤参数值的方法。该方法包括：(i)接收由第一光传感器输出的第一传感器信号，第一光传感器被布置为在发射的光与皮肤相互作用之后接收由第一光源发射的光，其中在第一光源根据第一占空比操作以间歇地发射光的同时输出第一传感器信号，并且其中发射的光具有第一中心波长；(ii)接收与第一占空比相关的第一调制参考信号；(iii)对由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生的第一函数输出信号进行积分，以确定第一积分值；(iv)确定第一积分值超过第一阈值所需的发射的光的周期的第一数目；以及(v)基于所确定的周期的第一数目来确定皮肤参数值。因此，通过间歇地发射光并且对传感器信号和与光发射的占空比相关的调制参考信号的函数进行积分，该方法使得环境光对传感器信号的贡献能够以简单的方式被去除或基本上减少，从而使得能够确定更可靠的皮肤参数值。
在一些实施例中，第一传感器信号和第一调制参考信号的函数包括第一传感器信号和第一调制参考信号的乘积。
在一些实施例中，第一调制参考信号具有对应于第一占空比的调制周期的调制周期。这具有可以使用第一调制参考信号和第一传感器信号的简单函数的优点。
在一些实施例中，第一调制参考信号和第一传感器信号和第一调制参考信号的函数导致第一函数输出信号针对第一占空比中的第一光源正在发光的部分与第一传感器信号的第一倍数相对应，并且针对第一占空比中的第一光源不发光的部分与第一传感器信号的第一倍数的倒数相对应。以此方式，当第一函数输出信号被积分时，对应于环境光的第一传感器信号的反相部分将补偿环境光对第一传感器信号中对应于第一光源发射光时的部分的贡献。
在一些实施例中，第一传感器信号是由第一光传感器输出的模拟信号。在这些实施例的一些实施例中，积分的步骤包括在模拟域中积分第一函数输出信号。这具有的优点是，积分将不包括作为函数或第一传感器信号的模数转换的部分而引入的噪声。
在一些实施例中，积分的步骤包括将由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生的第一函数输出信号输入到一个或多个模拟电子积分器中。在这些实施例的一些实施例中，第一积分值是一个或多个模拟电子积分器两端的电压。
在一些实施例中，一个或多个模拟电子积分器是一个或多个电容器，并且第一阈值是一个或多个电容器两端的电压值。这具有可以使用简单的模拟电子组件来确定皮肤参数值的优点。
在备选的实施例中，积分的步骤包括在数字域中对由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生的第一函数输出信号进行积分。这些实施例的优点在于，可以使用更复杂的信号处理技术，例如以减少第一传感器信号中的噪声。
在一些实施例中，第一中心波长为640nm(纳米)、870nm，对应于可见光的波长、对应于红外光的波长、600nm至700nm范围内的波长、或800nm至900nm范围内的波长。
在一些实施例中，皮肤参数是肤色。
在一些实施例中，第一占空比为50％。这些实施例具有简化信号处理(例如在模拟域或数字域中)的优点。
在一些实施例中，方法进一步包括：接收由第一光传感器或第二光传感器输出的第二传感器信号，第二传感器信号被布置为在发射的光与皮肤相互作用之后接收由第一光源或第二光源发射的光，其中在第一光源或第二光源根据第二占空比操作以间歇地发射具有不同于第一中心波长的第二中心波长的光时输出第二传感器信号；接收与第二占空比相关的第二调制参考信号；对由第二传感器信号和第二调制参考信号的函数产生的第二函数输出信号进行积分，以确定第二积分值；以及确定第二积分值超过第二阈值所需的具有第二中心波长的发射光的周期的第二数目；其中确定皮肤参数值的步骤包括基于所确定的周期的第一数目和所确定的周期的第二数目的函数来确定皮肤参数值。
在这些实施例的一些实施例中，所确定的周期的第一数目和所确定的周期的第二数目的函数是所确定的周期的第一数目和所确定的周期的第二数目的比率。
在一些实施例中，第二中心波长为640nm(纳米)、870nm、对应于可见光的波长、对应于红外光的波长、600nm至700nm范围内的波长、或800nm至900nm范围内的波长。
在一些实施例中，皮肤参数是肤色。
根据第二方面，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，计算机可读介质具有嵌入在其中的计算机可读代码，计算机可读代码被配置为使得在由合适的计算机或处理器执行时，使得计算机或处理器根据第一方面或其任何实施例来执行。
根据第三方面，提供了一种用于确定对象皮肤的皮肤参数值的装置。该装置被配置成：(i)接收由第一光传感器输出的第一传感器信号，第一光传感器被布置为在发射的光与皮肤相互作用之后接收由第一光源发射的光，其中在第一光源根据第一占空比操作以间歇地发射的光的同时输出第一传感器信号，并且其中发射的光具有第一中心波长；(ii)接收与第一占空比相关的第一调制参考信号；(iii)对由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生的第一函数输出信号进行积分，以确定第一积分值；(iv)确定第一积分值超过第一阈值所需的发射光的周期的第一数目；以及(v)基于所确定的周期的第一数目来确定皮肤参数值。因此，通过间歇地发射光并且对传感器信号和与光发射的占空比相关的调制参考信号的函数进行积分，该方法使得环境光对传感器信号的贡献能够以简单的方式被去除或基本上减少，从而能够确定更可靠的皮肤参数值。
在一些实施例中，第一传感器信号和第一调制参考信号的函数包括第一传感器信号和第一调制参考信号的乘积。
在一些实施例中，第一调制参考信号具有对应于第一占空比的调制周期的调制周期。这具有可以使用第一调制参考信号和第一传感器信号的简单函数的优点。
在一些实施例中，第一调制参考信号和第一传感器信号和第一调制参考信号的函数导致第一函数输出信号针对第一占空比中的第一光源正在发光的部分与第一传感器信号的第一倍数相对应，并且针对第一占空比中的第一光源不发光的部分与第一传感器信号的第一倍数的倒数相对应。以此方式，当第一功能输出信号被积分时，对应于环境光的第一传感器信号的反相部分将补偿环境光对第一传感器信号中对应于第一光源发射光时的部分的贡献。
在一些实施例中，第一传感器信号是由第一光传感器输出的模拟信号。在这些实施例的一些实施例中，该装置被配置为通过在模拟域中积分来对由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生的第一函数输出信号进行积分。这具有的优点是，积分将不包括作为函数或第一传感器信号的模数转换的部分而引入的噪声。
在一些实施例中，该装置被配置为通过将第一函数输出信号输入到一个或多个模拟电子积分器中来对由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生的第一函数输出信号进行积分。
在一些实施例中，第一积分值是一个或多个模拟电子积分器两端的电压。
在一些实施例中，一个或多个模拟电子积分器是一个或多个电容器，并且第一阈值是一个或多个电容器两端的电压值。这具有可以使用简单的模拟电子组件来确定皮肤参数值的优点。
在备选的实施例中，该装置被配置为通过在数字域中进行积分来对由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生的第一函数输出信号进行积分。这些实施例的优点在于，可以使用更复杂的信号处理技术，例如以减少第一传感器信号中的噪声。
在一些实施例中，第一中心波长为640nm(纳米)、870nm、对应于可见光的波长、对应于红外光的波长、600nm至700nm范围内的波长、或800nm至900nm范围内的波长。
在一些实施例中，皮肤参数是肤色。
在一些实施例中，第一占空比为50％。这些实施例具有简化信号处理(例如在模拟域或数字域中)的优点。
在一些实施例中，该装置进一步被配置成：(i)接收由第一光传感器或第二光传感器输出的第二传感器信号，第二光传感器被布置为在发射的光与皮肤相互作用之后接收由第一光源或第二光源发射的光，其中当第一光源或第二光源根据第二占空比操作以间歇地发射具有不同于第一中心波长的第二中心波长的光时输出第二传感器信号；(ii)接收与第二占空比相关的第二调制参考信号；(iii)对由第二传感器信号和第二调制参考信号的函数产生的第二函数输出信号，以确定第二积分值；以及(iv)确定第二积分值超过第二阈值所需的具有第二中心波长的光的周期的第二数目；其中装置被配置为基于所确定的周期的第一数目和所确定的周期的第二数目的函数来确定皮肤参数值。
在这些实施例的一些实施例中，所确定的周期的第一数目和所确定的周期的第二数目的函数是所确定的周期的第一数目和所确定的周期的第二数目的比率。
在一些实施例中，第二中心波长为640nm(纳米)、870nm、对应于可见光的波长、对应于红外光的波长、600nm至700nm范围内的波长、或800nm至900nm范围内的波长。
在一些实施例中，皮肤参数是肤色。
根据第四方面，提供了一种系统，包括：根据第三方面或其任何实施例的用于确定对象的皮肤的皮肤参数值的装置；第一光源被配置为根据第一占空比操作以间歇地发射具有第一中心波长的光；并且第一光传感器被配置为输出第一传感器信号。
参考下文描述的(多个)实施例，这些和其它方面将是显而易见的并且被阐明。
附图说明
现在将参考以下附图仅以示例的方式描述示例性实施例，其中：
图1是可以使用本发明的示例性治疗设备的图示；
图2是包括(多个)光源、(多个)光传感器和装备的示例性系统的框图；
图3是示出本发明的示例性实施例的示意图；
图4是示出根据本发明的各种实施例的用于确定肤色的方法的流程图；以及
图5是示出用于确定对象皮肤的皮肤参数值的示例性方法的流程图。
具体实施方法
如上所述，使用光谱技术确定皮肤参数值可以导致具有大公差的皮肤参数值。造成这些大容差的重要因素是由光传感器测量的环境光。本公开提供了一种用于确定皮肤参数值的方法和装置，该方法和装置对环境光较不敏感，并且对于所有肤色都能很好地工作。
在一些实施例中，皮肤参数是肤色或黑色素指数。然而，应当理解，所确定的皮肤参数不必是肤色。实际上，皮肤参数可以是能够根据从皮肤反射或以其他方式接收的光确定的任何皮肤参数。例如，所确定的皮肤参数可以是皮肤颜色，或者是否存在皮肤图案或皮肤特征(例如，是否存在(深色)毛发、痣、疤痕、痤疮等)。
该技术可以由治疗设备实现，该治疗设备可以在治疗设备的操作或使用期间利用所确定的皮肤参数。在一个示例性实施例中，处理设备是使用光脉冲来去除毛发和/或减少毛发生长的设备。然而，本文描述的技术不限于由使用光脉冲来去除毛发和/或减少毛发生长的治疗设备使用，并且它们可以由其它类型的治疗设备使用。此外，还应当理解，皮肤参数不必由治疗设备使用或用于与治疗设备相关联的目的。例如，本文公开的方法可以被用于确定皮肤参数(例如皮肤类型和/或黑色素指数)，其可用于推荐皮肤产品(例如化妆品或遮瑕膏)，和/或评估色素病症。
本公开提供了一种光源，例如一个或多个LED单元，其根据第一占空比操作以间歇地发射光，即在时域中调制发射的光。在优选实施例中，调制是方形开/关调制(即，光源以“开”相位发射光，而光源不以“关”相位发射光)，但是其它调制是可能的，诸如正弦、三角、锯齿或任何其它周期性信号。在优选实施例中，光的调制在0和1(开和关状态)之间变化，但是其它实施例也是可能的。调制光的占空比(即，开和关状态的持续时间的比率)优选地是50％，但是可以采用其他值，例如30％、40％、60％、70％等。在与皮肤相互作用(例如，被皮肤反射或穿过皮肤)之后，调制光入射到光传感器(其也被称为光检测器)上。入射到传感器上的光将是与皮肤相互作用的调制光和环境(未调制)光的组合，并且由光传感器产生的信号将进一步包括检测器噪声。
根据本公开，确定检测器信号和调制参考信号的函数并且随后在时域中积分该函数，可以极大地减少未调制环境光组件的贡献。在优选实施例中，调制参考信号在－1和+1状态之间变化，但是其中调制参考信号在－X和+X或－X和+Y状态之间变化的备选的实施例是可能的。在优选实施例中，调制参考信号在与发射光的占空比一致的+1(或+X)和－1(或－X)状态之间变化。换言之，调制参考信号的调制周期优选地与占空比的调制周期相同，并且在确定函数中，调制参考信号与占空比“同相”，意味着占空比的“接通”周期对应于调制参考信号的+1(或+X)周期，而占空比的“断开”周期对应于调制参考信号的－1(或－X)周期。然而，备选的实施例是可能的。在一些实施例中，检测器信号和调制参考信号的函数是检测器信号和调制参考信号的乘积。在一些实施例中，检测器信号可以乘以调制参考信号和另一个校正因子，并且随后积分。检测器信号和调制参考的函数的积分极大地减少了非调制环境光的贡献。
本文提出确定积分值达到预先选定的阈值水平所需的发射光的调制周期数。调制周期数N与所研究的皮肤的反射率成比例。在示例性实施例中，使用比率N2/N1的函数来确定皮肤的肤色，其中N1和N2是针对不同中心波长的两个光源确定的调制周期数。较深的皮肤类型具有较低的反射率，因此达到阈值水平的积分时间将比较亮的皮肤类型更长。相对较长的积分时间提高了检测器信号的信噪比。因此，本文公开的方法和装置极大地降低了环境光和检测器噪声的影响。所公开的技术还对低水平的反射光或散射光更敏感，并且因此可以用于确定比当前方法和设备更宽范围的肤色的肤色和其他皮肤参数。
图1是可以被用于向皮肤区域应用光脉冲的示例性治疗设备2的图示。应当理解，图1中的治疗设备2仅作为本发明可以使用的治疗设备2的示例，并且治疗设备2不限于图1中所示的形式或作为手持治疗设备。如上所述，本发明同样不限于在治疗设备2中或与治疗设备2一起实现，并且在一些实施例中，本发明可以在为了确定皮肤参数值的目的而提供的装置中实现。
图1中的治疗设备2用于对象(例如人或动物)的身体上，并且在使用期间由用户的一只手或两只手握住。当治疗设备2与对象的身体部分接触时，治疗设备2将使用一个或多个光脉冲对对象身体上的毛发执行一些治疗操作。
示例性治疗设备2包括外壳4，其至少包括手柄部分5和头部部分6。手柄部分5的形状使能用户能够用一只手握住治疗设备2。头部6具有头端8，为了在头端8与身体或皮肤接触的位置处对对象的身体或皮肤执行治疗操作，该头端8将与对象接触。
治疗设备2用于使用光脉冲执行治疗操作。因此，在图1中，头端8包括布置在外壳4中或外壳4上的孔10，使得孔10可以放置在对象的皮肤附近或皮肤上(即与对象的皮肤接触)。治疗设备2包括一个或多个光源12，光源12用于产生光脉冲，光脉冲将通过孔10应用于对象的皮肤并且实现治疗操作。一个或多个光源12布置在外壳4中，使得光脉冲从一个或多个光源12通过孔10提供。
一个或多个光源12可以产生任何合适的或期望的波长(或波长范围)和/或强度的光脉冲。一个或多个光源12被配置成提供光脉冲。即，光源12被配置为在短的持续时间(例如，小于1秒)内产生高强度的光。光脉冲的强度应当足够高，以在邻近孔10的皮肤或身体部分上实现治疗操作。
除了用于实现基于光的治疗操作的一个或多个光源12之外，该设备还包括皮肤参数传感器14，用于确定对象皮肤的皮肤参数值，例如肤色。皮肤参数传感器14包括一个或多个光源和一个或多个光传感器。在治疗设备2内或与治疗设备2分离地提供一种装置，用于使用来自光传感器的输出信号来确定皮肤参数值。
所示的治疗设备2还包括用户控制器20，其可以由用户操作以激活治疗设备2，从而在对象的身体上执行所需的治疗操作(例如，由一个或多个光源12产生一个或多个光脉冲)。用户控制器20可以是开关、按钮、触摸板等形式。
图2是根据本文所述的技术用于确定皮肤参数值的示例性系统40的框图。图1的治疗设备2中的皮肤参数传感器14可以是系统40的示例。系统40包括用于确定对象皮肤的皮肤参数值的装置42、用于发射光的一个或多个光源44以及用于测量入射光的一个或多个光传感器46。装置42可以是专用于确定皮肤参数值的设备或一组组件，但在其它实施例中，装置42可以是适当编程或适当配置的通用设备，例如智能电话、智能手表、平板电脑、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、台式计算机、远程服务器、智能镜子等。
提供一个或多个光源44用于照明感兴趣的皮肤区域(即，要为其确定皮肤参数值的皮肤区域)。用于照明皮肤的(多个)光源44可以是任何合适的光源，例如一个或多个LED，并且可以发射(多个)相应中心波长处或相应特定波长范围内的光。在例如要确定肤色的示例性实施例中，(多个)光源44包括工作在两个不同中心波长的两个LED。例如，LED 1可以具有640nm的中心波长，而LED 2可以具有870nm的中心波长。
当使用系统40时，(多个)光源44被配置为向对象的皮肤发射光。(多个)光传感器46被配置为在发射的光与皮肤相互作用之后测量由(多个)光源发射的光。例如，光可以被皮肤反射、透射或散射。可以有单个光传感器46用于检测来自一个或多个光源44的光。在备选的实施例中，可以有多于一个的光传感器46，例如可以针对每个光源44提供相应的光传感器46。每个光传感器46响应入射光，并且每个光传感器46输出提供给装置42的传感器信号。
装置42接收(多个)传感器信号并且使用(多个)传感器信号确定皮肤参数值，如下面进一步描述的。在一些实施例中，装置42可以使用模拟电路装置和组件来确定模拟域中的皮肤参数值。在其他实施例中，装置42可以确定数字域中的皮肤参数值，并且因此装置42可以包括处理单元，该处理单元通常控制装置42的操作并且使能装置42以执行本文描述的方法和技术中的一些或全部。处理单元48可以以本领域技术人员已知的多种方式利用软件和/或硬件来实现，以执行本文描述的各种功能。
图3示出了本发明的示例性实施例。在图3中，存在一个或两个LED 320，例如LED 1以及可选地还有LED 2，并且所示的步骤适用于一个或两个LED 320。在两个LED 320的情况下，由LED 1发射的光的中心波长λ1可以不同于由LED 2发射的中心波长λ2。
(多个)LED 320由LED电流310驱动。如图3所示，为了使(多个)LED 320间歇地发射光，用平方开/关调制和50％的占空比在时域中调制LED电流310。因此，由LED 320发射的光也在时域中用平方开/关调制和50％占空比调制。如上所述，LED 320的其它调制是可能的，包括正弦、三角形、锯齿或任何其它周期信号，并且驱动电流310可以相应地进行调整。此外，占空比可以采用任何其它值。
在与皮肤相互作用(例如反射、散射等)之后，发射的光入射到产生传感器信号的光传感器330上。传感器信号可以由在光入射到光传感器上时生成的电流形成。光传感器330在(多个)LED 320的多个操作周期上测量入射光，并且因此光传感器330在LED 320正在发光的周期期间和LED 320不发光的周期期间生成传感器信号。当LED 320正在发光时，入射到光传感器330上的光包括与皮肤相互作用的光以及环境光。当LED 320不发光时，入射到光传感器330上的光仅包括环境光。
传感器信号随后乘以调制参考信号340。调制参考信号是与传感器信号结合使用以减少环境光对所确定的皮肤参数值的影响的信号。因此，在图3的示例性实施例中，调制参考信号340是在－1和+1状态/值之间变化的方波信号，并且具有与由相关的(多个)LED320发射的调制光相同的周期。调制参考信号与传感器信号同相，这意味着对应于LED 320发射光的传感器信号的部分乘以调制参考信号的+1或+X部分。这也意味着对应于LED 320不发射光时的传感器信号部分乘以调制参考信号的－1或－X部分，其用于从传感器信号的后续分析中减少或消除环境光的影响。然而，其它实施例也是可能的。例如，调制参考信号340可以在－X和+X或－X和+Y状态之间变化。还应当注意，除了两个信号的相乘350之外，备选的功能操作可以应用于传感器信号和调制参考信号。如上所述，这可以是缩放或其它功能操作，以说明与图3所示的示例性实施例中不同的调制功能。
在随后的步骤中，传感器信号和调制参考信号的乘积在积分模块360中积分以获得积分值。积分步骤的使用使得低于检测极限的信号(例如由于低水平的反射光)能够被积分到高于检测极限的水平。这使能在存在高水平的背景(环境)光的情况下测量较暗的肤色。在优选实施例中，通过模拟电子积分器在模拟域中进行积分。在这些实施例中，积分值是模拟电子积分器两端的电压。例如，积分可以由模拟电子设备执行，诸如但不限于电容器，当传感器信号和调制参考信号的函数被应用于电容器时，该电容器累积电荷。积分值是电容器两端的电压。模拟积分是有益的，因为它避免了将传感器信号(或从传感器信号导出的信号)转换到数字域的需要，这将引入噪声。在备选的实施例中，可以在数字域中执行积分步骤。在需要数学校正以考虑不同于图3所示的示例性实施例中所示的调制函数的调制函数的实施例中，使用数字积分可能是有益的(即，不同于具有50％占空比的平方开/关调制)。然而，应当注意，数字积分将引入更多的噪声。
在图3的最后步骤中，确定积分值超过阈值所需的调制周期数370。也就是说，当LED 320被间歇地操作并且获得传感器信号时，传感器信号的函数被连续地积分(例如，通过将乘积信号输入到诸如电容器的模拟电子积分器中)。因此，积分值在LED 320的几个调制(开/关)周期的过程中增加。每个周期对积分值的贡献与皮肤的反射率成比例。因此，积分值超过阈值所需的调制周期370的数量也与皮肤的反射率成比例。在一些实施例中，阈值是模拟电子积分器(例如电容器)两端的电压值。
在皮肤参数是肤色并且使用两个LED 320的实施例中，超过阈值所需的周期370的数量可以标识为LED 1的N1和LED 2的N2。肤色可以作为比率N2/N1的函数给出。如上所述，较暗的皮肤类型具有比较亮的皮肤类型更低的反射率，并且因此较暗的皮肤将需要更长的积分时间(即更多的调制周期)以使积分值超过阈值。这种相对较长的积分时间，以及通过使用调制参考信号和随后的积分来去除或减少环境光，提高了信噪比。因此，本发明提供了一种肤色传感器，该肤色传感器对环境光不敏感，并且可以针对所有肤色最佳地工作。
图4中的流程图示出了根据本发明的各个实施例的用于确定肤色的方法。该方法包括调制两个LED单元，LED 1和LED 2。在步骤410中，积分信号被复位(例如，设置为0)。在步骤420中，调制光信号由LED 1发射并且入射到对象的皮肤上。在步骤430中，由LED 1发射的、已经与皮肤相互作用的光入射到光传感器上，并且对应的检测器信号(例如传感器信号)乘以调制参考信号。该组合信号在多个调制周期的过程中被积分，并且确定积分值超过阈值所需的调制周期数。在步骤440和450中，针对LED 2(其发射与LED 1不同中心波长的光)重复步骤420和430。在步骤460中获得LED 1和LED 2所确定的周期数的比率。最后，在步骤470中使用该比率来确定肤色分类。
图5中的流程图示出了根据本文描述的技术的示例性方法，用于确定对象皮肤的皮肤参数值。该方法可以由上述装置42执行。该方法开始于步骤510处，接收由第一光传感器输出的第一传感器信号。第一光传感器被布置为在发射的光与皮肤相互作用之后接收由第一光源发射的光。当第一光源根据第一占空比操作以间歇地发射具有第一中心波长的光时，输出在步骤510中接收的第一传感器信号。在一些实施例中，第一光源是LED。第一中心波长可以是640nm(纳米)、870nm、对应于可见光的波长、对应于红外光的波长、600nm至700nm范围内的波长、或800nm至900nm范围内的波长。在一些实施例中，第一占空比为50％。第一传感器信号可以是由第一光传感器输出的模拟信号。在这些实施例的一些实施例中，第一传感器信号是电流信号。
在步骤520中，接收与第一占空比相关的第一调制参考信号。第一调制参考信号优选地具有与第一光源的间歇发射光的调制周期相对应的调制周期。
在步骤530中，对第一传感器信号和第一调制参考信号的函数进行积分，以确定第一积分值。在一些实施例中，该函数包括第一传感器信号和第一调制参考信号的乘积。在第一传感器信号是模拟信号的实施例中，积分步骤可以在模拟域中执行。在这些实施例的一些实施例中，步骤530可以包括将由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生的第一函数输出信号输入到一个或多个模拟电子积分器中。在这些实施例中，第一积分值将是一个或多个模拟电子积分器两端的电压。在一些实施例中，一个或多个模拟电子积分器是一个或多个电容器。在备选的实施例中，积分步骤是在数字域中。
在步骤540中，确定第一积分值超过第一阈值所需的发射光的周期的第一数目。在一些实施例中，其中步骤530处于模拟域中，第一阈值可以是一个或多个模拟电子积分器(例如(多个)电容器)两端的电压值。
在步骤550中，可以基于所确定的周期的第一数目来确定皮肤参数值。
在一些实施例中，步骤550进一步包括基于所确定的周期的第一数目和所确定的周期的第二数目的函数来确定皮肤参数值。在这些实施例中，通过对第二传感器信号重复步骤510－540来获得所确定的周期的第二数目，当具有第二中心波长的光根据第二占空比间歇地发射到皮肤上时，输出第二传感器信号。第二传感器信号可以由第一光传感器或第二光传感器输出。具有第二中心波长的光可以由第一光源或第二光源发射。第二光源可以是LED。第二中心波长不同于第一中心波长。第二中心波长可以是640nm、870nm、对应于可见光的波长、对应于红外光的波长、600nm至700nm范围内的波长、或800nm至900nm范围内的波长中的任一个。在一些实施例中(例如，当皮肤参数是肤色时)，第一中心波长和第二中心波长中的一个是对应于可见光的波长(例如640nm或在600nm至700nm范围内的波长)，并且第一中心波长和第二中心波长中的另一个是对应于红外光的波长(例如870nm或在800nm至900nm范围内的波长)。在优选实施例中，第二占空比为50％。
在这些实施例中，图5的步骤550进一步包括接收与第二占空比相关的第二调制参考信号。第二调制参考信号优选地具有与具有第二中心波长的光的间歇发射的调制周期相对应的调制周期。
在这些实施例中，步骤550可以进一步包括对第二传感器信号和第二调制参考信号的函数进行积分，以确定第二积分值。在这些实施例的一些实施例中，该函数包括第二传感器信号和第二调制参考信号的乘积。在第二传感器信号是模拟信号的实施例中，积分步骤可以在模拟域中执行。在这些实施例的一些实施例中，积分步骤可以包括将由第二传感器信号和第二调制参考信号的函数产生的第二函数输出信号输入到一个或多个模拟电子积分器中。第二积分值将是一个或多个模拟电子积分器两端的电压。在一些实施例中，一个或多个模拟电子积分器是一个或多个电容器。在备选的实施例中，积分步骤在数字域中被执行。
在这些实施例中，步骤550可以进一步包括将上述周期的第二数目确定为第二积分值超过第二阈值所需的具有第二中心波长的光的周期数。在模拟域中执行积分的实施例中，第二阈值可以是一个或多个模拟电子积分器(例如(多个)电容器)两端的电压值。第二阈值可以是与第一阈值相同的值或不同的值。
在这些实施例的一些实施例中，所确定的周期的第一数目和所确定的周期的第二数目的函数是或包括所确定的周期的第一数目和所确定的周期的第二数目的比率。在这些实施例的一些实施例中，所确定的皮肤参数是肤色。
因此，提供了一种用于确定皮肤参数值的改进的方法和装置。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，所属领域的技术人员在实践本文中所描述的原理和技术时可以了解和实现所公开的实施例的变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所述的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。计算机程序可以存储或分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。

Claims (16)

1.一种用于确定对象的皮肤的皮肤参数值的方法，所述方法包括：
接收(510)由第一光传感器输出的第一传感器信号，所述第一光传感器被布置为在所发射的光与所述皮肤的相互作用之后接收由第一光源发射的所述光，其中在所述第一光源根据第一占空比操作以间歇地发射所述光时，所述第一传感器信号被输出，并且其中所发射的所述光具有第一中心波长；
接收(520)与所述第一占空比相关的第一调制参考信号；
对从所述第一传感器信号和所述第一调制参考信号的函数得到的第一函数输出信号进行积分(530)，以确定第一积分值；
确定(540)所述第一积分值超过第一阈值所需的所发射的所述光的周期的第一数目；以及
基于所确定的周期的所述第一数目来确定(550)所述皮肤参数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一调制参考信号具有与所述第一占空比的调制周期相对应的调制周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一调制参考信号和所述第一传感器信号和所述第一调制参考信号的所述函数导致所述第一函数输出信号针对所述第一占空比中的所述第一光源正在发光的部分与所述第一传感器信号的第一倍数相对应，并且针对所述第一占空比中的所述第一光源不发光的部分与所述第一传感器信号的所述第一倍数的倒数相对应。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第一传感器信号是由所述第一光传感器输出的模拟信号，并且其中所述积分(530)的步骤包括：在所述模拟域中对所述第一函数输出信号进行积分。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述积分(530)的步骤包括：将所述第一函数输出信号输入到一个或多个模拟电子积分器中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一积分值是跨所述一个或多个模拟电子积分器的电压。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述积分(530)的步骤包括：在数字域中对所述第一函数输出信号进行积分。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括：
接收(510)第二传感器信号，所述第二传感器信号由所述第一光传感器或第二光传感器输出，所述第一光传感器或所述第二光传感器被布置为在所发射的光与所述皮肤相互作用之后接收由所述第一光源或第二光源发射的所述光，其中当所述第一光源或所述第二光源根据第二占空比操作以间歇地发射具有不同于所述第一中心波长的第二中心波长的光时，所述第二传感器信号被输出；
接收(520)与所述第二占空比相关的第二调制参考信号；
对从所述第二传感器信号和所述第二调制参考信号的函数得到的第二函数输出信号进行积分(530)，以确定第二积分值；以及
确定(540)所述第二积分值超过第二阈值所需的具有所述第二中心波长的光的周期的第二数目；
其中确定(550)所述皮肤参数值的所述步骤包括：基于确定的周期的所述第一数目和所确定的周期的所述第二数目的函数来确定所述皮肤参数值。
9.一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有嵌入在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得在由合适的计算机或处理器执行时，使所述计算机或处理器执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种用于确定对象的皮肤的皮肤参数值的装置(42)，所述装置(42)被配置为：
接收由第一光传感器输出的第一传感器信号，所述第一光传感器被布置为在所发射的光与所述皮肤相互作用之后接收由第一光源发射的所述光，其中在所述第一光源根据第一占空比操作以间歇地发射所述光时输出所述第一传感器信号，并且其中所述发射的光具有第一中心波长；
接收与所述第一占空比相关的第一调制参考信号；
对从所述第一传感器信号和所述第一调制参考信号的函数得到的第一函数输出信号进行积分，以确定第一积分值；
确定所述第一积分值超过第一阈值所需的所发射的所述光的周期的第一数目；以及
基于所确定的周期的第一数目来确定所述皮肤参数值。
11.根据权利要求10所述的装置(42)，其中所述第一调制参考信号具有与所述第一占空比的调制周期相对应的调制周期。
12.根据权利要求10所述的装置(42)，其中所述第一调制参考信号和所述第一传感器信号和所述第一调制参考信号的所述函数导致所述第一函数输出信号针对所述第一占空比中的所述第一光源正在发光的部分与所述第一传感器信号的第一倍数相对应，并且针对所述第一占空比中的所述第一光源不发光的部分与所述第一传感器信号的所述第一倍数的倒数相对应。
13.根据权利要求10、11或12所述的装置(42)，其中所述装置(42)包括一个或多个模拟电子积分器，并且所述装置(42)被配置为通过将所述第一功能输出信号输入到所述一个或多个模拟电子积分器中来对所述第一功能输出信号进行积分。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置(42)，其中所述装置(42)被配置为通过在所述数字域中积分来对所述第一功能输出信号进行积分。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的装置(42)，其中所述装置进一步被配置为：(i)接收第二传感器信号，所述第二传感器信号由所述第一光传感器或第二光传感器输出，所述第一光传感器或所述第二光传感器被布置为在所发射的光与所述皮肤相互作用之后接收由所述第一光源或第二光源发射的所述光，其中当所述第一光源或所述第二光源根据第二占空比操作以间歇地发射具有不同于所述第一中心波长的第二中心波长的光时，所述第二传感器信号被输出；(ii)接收与所述第二占空比相关的第二调制参考信号；(iii)对从所述第二传感器信号和所述第二调制参考信号的函数得到的第二函数输出信号积分，以确定第二积分值；以及(iv)确定所述第二积分值超过第二阈值所需的具有所述第二中心波长的光的周期的第二数目；其中所述装置被配置为基于所确定的周期的所述第一数目和所确定的周期的所述第二数目的函数来确定所述皮肤参数值。
16.一种系统(40)，包括：
根据权利要求9至15中任一项所述的装置(42)；
所述第一光源(44)被配置为根据所述第一占空比操作以间歇地发射具有所述第一中心波长的光；以及
所述第一光传感器(46)被配置为输出所述第一传感器信号。
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