CN1465971A - 肤色比较的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一套对皮肤进行客观比较的方法和设备，采用具有统一的数据形式的皮肤参数值来近似皮肤质地，该参数值通过肤色比较设备对皮肤扫描取样后计算处理获得。肤色比较设备包括：图象感测部分、图象处理部分、通信部分和电源部分。任何两个人之间在任何时候、任何地方都能通过方便的各种通信手段传送皮肤参数值达到客观比美的目的。

Description

肤色比较的方法和设备

本发明涉及一套比较图象信号的方法和设备，特别是对皮肤的表观质量进行客观比较的方法和设备。

迄今为止，对人体皮肤的评价通常采用的是主观方法，或是客观检测加主观鉴定的方法，比如说将皮肤局部放大后成像，再进行主观评价。评价结果基本上都是诸如中性、油性、干性、皮肤细腻白净之类的定性用语，不能定量表示，因而难以记录形成皮肤数据库；同时评价通常也是针对单人进行，自然就不能对人体皮肤进行广泛的比较。

本发明的主要目的就是提供一套对皮肤进行客观比较的方法和设备，所有人的皮肤都能通过相应设备检测获得统一数据形式的记录结果，使得任何两个人之间在任何时候、任何地方都能通过方便的各种通信手段比较相互之间皮肤的优劣，并且给出明确的定量结论；另外每个人也能对自己不同时间测量的皮肤质量进行同样的比较。

由于不同肤色的人种皮肤好坏的评价标准不同，在本说明书中，对皮肤的分析说明仅以黄色人种为例，其他人种的肤色评价指标需作适当变动，但本发明所采用的方法和设备原理不变。

先来看看什么样的皮肤是大家公认的好皮肤。“白里透红，与众不同”很形象地反映了对皮肤认识的一致倾向，也就是说皮肤的质量可用白净细腻的程度加以评价，而皮肤的这种特征完全可以用皮肤色调的数值来近似。虽然每个人的皮肤质地差异较大，但就影响人的视觉感官的面部皮肤来说，每个人的皮肤仍然具有一定的稳定性，所以可以用面部皮肤的局部来反映其整体质量。比如说以面部局部皮肤的测量值作为总题特征的样本，其中红、绿、蓝三基色样本平均值代表皮肤的白净程度，每一象素三基色色调值的算术平均值的离散程度即样本标准离差代表皮肤的细腻程度，把皮肤的这几个参数进行归一化处理并根据对人体视觉的影响程度赋予不同的权重系数后相加，得到反映皮肤好坏的0～1之间的一个单一数值，再把这个数值乘上100后四舍五入取整数，就得到0～100分之间的皮肤评分值，通过比较两个人的皮肤评分值就可以达到比美的目的。由于参数估计的数学方法多种多样，并非必须用样本平均值和样本标准离差来作为皮肤计算的特征值，作为公知技术，还有多种反映总体特征的参数及计算方法，所以不应以这两个数学参数来限定本发明的保护范围。不过为了简单起见，以下说明中还是以这两个参数为例来解释比美的方法。

通过对皮肤表面扫描取样(取样位置可以人为控制，但比较双方应该选择相同部位，最好是面部具有代表性的位置)，获取皮肤红、绿、蓝三基色的连续色调图象。假设共获得n个象素，每个象素都包括红、绿、蓝三基色的色调数值，其色调的分级数可采用256、512或1024。这样皮肤图象可表示成如下的矢量象素： $C(i,j)=\left[\begin{array}{c}R(i,j)\\ G(i,j)\\ B(i,j)\end{array}\right]$ 此处(i，j)是一个图象象素的坐标，C指的是彩色图象，而R、G、B则分别是彩色图象中的红、绿、蓝三基色图象。如果某一象素的三基色图象数值相等，即R(i，j)＝G(i，j)＝B(i，j)，则皮肤上与该象素对应的点必定是无色的，在视觉上介于黑到白之间，色调的分级数采用256表示的情况下，该数值越接近255，皮肤中的相应点越接近白色。相反地，如果某一象素的三基色图象数值不相等，即R(i，j)≠G(i，j)≠B(i，j)，则皮肤上与该象素对应的点必定是彩色的，并且不同的R、G、B值代表不同的皮肤颜色。其中如果R(i，j)比G(i，j)和B(i，j)的值都大10以上，相应点的皮肤在某种程度上则会呈现出红色。另外皮肤的细腻程度可以简单使用整个扫描区间每一象素三基色色调值的算术平均值的离散程度来近似。

综上所述，对扫描获取的皮肤图象首先计算下列参数： $\stackrel{\‾}{R}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k$    $\stackrel{\‾}{G}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_k$    $\stackrel{\‾}{B}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_k$ $\stackrel{\‾}{C(i,j)}=\frac{R(i,j)+G(i,j)+B(i,j)}{3}$    $\stackrel{\‾}{C}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{C{(i,j)}_k}$ $S=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\stackrel{\‾}{{C(i,j)}_k}-\stackrel{\‾}{C})}^2}$ 式中 R、 G、 B分别是三基色的算术平均值， C(i，j)表示每一象素三基色色调值的算术平均值， C是 C(i，j)的算术平均值，S是每一象素三基色色调值的算术平均值的样本标准离差。

然后对 R、 G、 B、S进行归一化处理并赋予不同的权重系数后按照下式相加，得到反映皮肤好坏的0～1之间的一个单一数值T。 $T=a\frac{\stackrel{\‾}{R}}{255}+b\frac{\stackrel{\‾}{G}}{255}+c\frac{\stackrel{\‾}{B}}{255}+d(1-\frac{S}{255})$ 式中a、b、c、d分别是 R、 G、 B、S对人体视觉的影响程度的权重系数，a+b+c+d＝1，由于红色对人体皮肤的影响远大于绿色和蓝色，所以a肯定比b、c都大，但a、b、c、d的具体取值要通过广泛的调查研究并征求审美专家的意见后科学确定。其中S归一化后的数值之所以要与1相减后再计入结果中，是因为它与皮肤好坏成反比例关系，即S越大皮肤越差。

最后把T值乘上100后四舍五入取整数，就得到0～100分之间的皮肤评分值，利用现有的任何一种通信手段传送皮肤评分值并比较其大小，两个人就可以达到比美的目的。另外只要把自己每次测量的时间日期及结果存入相关数据库，也可随时比较自己不同时期的皮肤好坏。

本发明的优点就是可以满足每个人特别是年轻女性潜在的比美需求。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1是解释肤色比较方法的流程图；

图2是表示一个肤色比较设备的结构的方框图；

图3A是一个肤色比较设备的透视图；

图3B是图3A所示肤色比较设备的正视图；

图3C是图3A所示肤色比较设备的底视图；

图3D是图3A所示肤色比较设备I-I局部放大的剖视图；

图3E是图3A所示肤色比较设备II-II局部放大的剖视图；

图4A是具有肤色比较功能的手机的正视图；

图4B是具有肤色比较功能的手机的侧视图；

图4C是具有肤色比较功能的手机的底视图；

图4D是具有肤色比较功能的手机的顶视图；

肤色比较设备包括：图象感测部分、图象处理部分、通信部分和电源部分。图象感测部分的关键组件包括光学系统(1)、光照源(2)和图象传感器(3)，光照源(2)为待成象目标提供照度，光学系统(1)被用于将来自目标的反射光收集并聚集到图象传感器(3)上，包含大量光电检测器的图象传感器(3)响应反射光而产生正比例的电子信号。为再现目标的色彩，一般需要红、绿、蓝三种基色，因此光照源(2)中使用了红、绿、蓝三种色光。所述三种色光被独立地和逐次地接通，以便图象传感器(3)生成皮肤红、绿、蓝三基色的连续色调图象。由于图象传感器(3)对彩色光的光敏度并不一致，将相同的照度参数加到所有三种色光上会导致色偏的现象，因此需要控制照度参数。本发明中可以采用典型的方法来解决这个问题，比如说指定一组不同的光照定时参数或是将一组不同的电压加到所述三种色光上。图象传感器(3)生成的图象信号输出供给信号调整部分(4)，信号调整部分(4)主要是调整设置图象信号的增益以及消除图象传感器(3)生成的部分噪声。模数转换部分(5)再把信号调整部分(4)输出的图象信号转换成数字信号供给图象信号处理部分(6)，进行缺陷消除处理、数字箝位处理、白平衡处理、伽马校正处理。肤色比较设备内含一套普通的计算机系统，包括：总线(13)、微处理器(10)、存储器(11)、输入接口(7)、输出接口(9)等，该计算机系统是整个肤色比较设备的计算和控制中心，图象信号处理部分(6)输出的图象信号通过输入接口(7)进入计算机系统，完成皮肤评分值的计算工作，计算结果存储到存储器(11)中，再与通过蓝牙模块(15)接收到的她人的皮肤评分值进行对比，对比结果显示在液晶显示屏(18)上，也可通过扬声器输出。另外还可建立本人皮肤数据库，存储不同时期的皮肤评分值数据，供自己比较使用。实现这些处理以及控制设备运行的计算机程序被存储在存储器(11)中，微处理器(10)还通过控制器(8)对光照源(2)、图象传感器(3)、信号调整部分(4)、模数转换部分(5)进行实时成象控制。肤色比较设备具有电源部分(14)，包括电池(14B)和DC/DC(直流/直流)变换器(14A)，DC/DC变换器(14A)把电池(14B)提供的电力变换成预定值的直流电流，供给肤色比较设备的各个部分。

图3所示的肤色比较设备采用方盒型整体结构，当然也可以采用有助于使用人手持操作的其它结构形式。液晶显示器(18)和功能按键(19)位于设备正面，扫描头(20)和快门按钮(17)分别位于设备相对的两个侧面。设备主壳体(16)内腔分隔成多个空间，空间(22)用于容纳图象感测模块、空间(24)用于容纳图象处理系统等。扫描头(20)略微凸出于主壳体(16)的侧壁，以便对准需要扫描取样的皮肤部分，通过把扫描头(20)压紧在皮肤(29)上，还能有效防止外界光线对扫描结果产生不利影响。在扫描头(20)的开口处有一块圆形平板分隔玻璃(21)，它能透过各种色光，其作用只是保护感测模块不受损坏。扫描头(20)上方环行布置有3n(n为正整数)只发光二极管作为光照源(2)，其中红、绿、蓝色各为n只，分别交叉均匀安置在倒漏斗型的支持件(23)上，支持件(23)则固定在主壳体(16)上。扫描前先把扫描头(20)按压在需要取样的皮肤(29)上，按下快门按钮(17)后在控制程序的控制下依次接通红、绿、蓝发光二极管，当光线发射到覆盖在平板分隔玻璃(21)下面的皮肤(29)上时，从皮肤(29)反射的光指向一光学透镜(1)，光学透镜(1)把反射光收集到光学透镜(1)上方的图象传感器(3)上，该图象传感器(3)将所述反射光按比例转换成足以代表反射光亮度的电子信号。图象传感器(3)采用电荷耦合器件(CCD)，布置成圆形二维阵列，但其它类型的器件(如CMOS图象传感器)也是可以采用的。该CCD或CMOS光电检测器阵列中的每个随暴光而聚集或积累电荷，由于在一指定的象素中积累电荷的数量与暴光的强度和持续时间相关，CCD或CMOS光电检测器可以用于检测在其上聚集的图象的明暗光点。另外普通的PDA产品增设如上所述的图象感测部分和通信部分以及相关的图象处理软件后本身也就成为一台肤色比较设备。

相邻的两个人可以直接通过图3所示肤色比较设备中的蓝牙模块(15)互传皮肤评分值进行比美，蓝牙模块(15)包含有一天线(15A)及一射频收发器(15B)，它是依据蓝牙协定中一射频无线通道来收发资料，目前已经是一种公开的标准。利用蓝牙协定，两台肤色比较设备之间可以建立一通信机制，使得皮肤评分值可在邻近的任两台肤色比较设备之间传递。除此之外，两台肤色比较设备之间亦可设置一条用来传输资料的传输线，以代替蓝牙模块(15)传递资料的功用。

需特别说明的，目前已有越来越多的装置采用蓝牙通信协定来与其它装置进行无线通信，如：手机、PDA等，而这些利用蓝牙通信协定的装置通常设计成允许使用者扩充其功能，且其扩充方式通常是采取安装软件的方式来达成，因此，借由设置有蓝牙模块(15)的手机并安装一肤色比较软件的方式，各自配上肤色比较设备，利用手机的通信功能，使得两个人在任何时候、任何地方都可以进行比美。另外在手机上增设与上述肤色比较设备中同样的图象感测部分和图象处理部分，则该手机本身也可作为一个完整独立的肤色比较设备使用，与拥有同样功能手机的任何人在任何时候、任何地方进行比美。图4就显示了一个这样的手机，它的扫描头(20)设置在手机底部，快门按钮(17)则设置在手机顶部。

下面将参照图1的流程图详细说明比较肤色的方法。

在步骤S1中，把扫描头(20)紧压到需要取样的皮肤图象上，接通肤色比较设备的电源开关，按下快门按钮(17)，在微处理器(10)的控制下开始扫描皮肤，在同样强度的照射条件下进行R、G、B三基色的扫描，皮肤反射的光通过光学系统(1)在图象传感器(3)上分别形成物体的三基色图象。

在步骤S2中，信号调整部分(4)调整由图象传感器(3)生成的并且代表图象传感器(3)上形成的图象的图象信号的增益，并从图象信号中消除噪声，模数转换部分(5)把图象信号变换成数字信号。

在步骤S3中，图象信号处理部分(6)进行缺陷消除处理、数字箝位处理、白平衡处理、伽马校正处理。从步骤S1到S3上一步为止，肤色比较设备的工作流程和处理方法基本上与普通扫描仪或其它类似的成象设备相同，所不同的是下面要进行的处理。对扫描获取的皮肤图象需要计算下列参数： $\stackrel{\‾}{R}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k$    $\stackrel{\‾}{G}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_k$    $\stackrel{\‾}{B}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_k$ $\stackrel{\‾}{C(i,j)}=\frac{R(i,j)+G(i,j)+B(i,j)}{3}$    $\stackrel{\‾}{C}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{C{(i,j)}_k}$ $S=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\stackrel{\‾}{{C(i,j)}_k}-\stackrel{\‾}{C})}^2}$ 式中 R、 G、 B分别是三基色的算术平均值， C(i，j)表示每一象素三基色色调值的算术平均值， C是 C(i，j)的算术平均值，S是每一象素三基色色调值的算术平均值的样本标准离差。对 R、 G、 B、S进行归一化处理并赋予不同的权重系数后按照下式相加，得到反映皮肤好坏的0～1之间的一个单一数值T。 $T=a\frac{\stackrel{\‾}{R}}{255}+b\frac{\stackrel{\‾}{G}}{255}+c\frac{\stackrel{\‾}{B}}{255}+d(1-\frac{S}{255})$ 最后把T值乘上100后四舍五入取整数，就得到0～100分之间的皮肤评分值。

在接下来的S4、S5、S6、S7几步中，根据所采用的通信手段对皮肤评分值进行编码，生成通信数据后发送出去，接收方对收到的通信数据进行解码得到对方的皮肤评分值。需说明的是，通信数据的传递可采用现有的任何一种通信方法，如蓝牙技术、因特网、GSM、CDMA等，它只取决于使用者本身使用的设备。

在最后的步骤S8中，计算对方皮肤评分值与自己的皮肤评分值的大小，然后在液晶显示屏上显示比较结果，或通过扬声器输出比较结果。比较结果可以采用百分比的方式，比如说对方皮肤评分值为80分，你的皮肤评分值是88分，则输出结果显示为“你比某某漂亮10％”。

对熟悉本技术领域的人士来说将会明白，在本发明的范围内可以作出许多修改，因此，只按照以下的权利要求书来限制本发明。

Claims (10)

1.一套肤色比较的方法和设备，其特征是：通过对皮肤表面扫描取样获取皮肤红、绿、蓝三基色的连续色调图象，提取其中反映皮肤总体特征的样本参数，根据各样本参数对人体视觉的影响程度分别赋予不同的权重系数后相加，得到一个表示皮肤观感质量的标准形式的皮肤评分值，然后利用现有的任何一种通信手段传送皮肤评分值并比较其大小，最后输出比较结果。

2.根据权利要求1所述的样本参数，其特征是：红、绿、蓝三基色样本平均值代表皮肤的白净程度，每一象素三基色色调值的算术平均值的样本标准离差代表皮肤的细腻程度。

3.根据权利要求1所述的皮肤评分值，其特征在于计算步骤如下：

(1)计算扫描获取的皮肤图象的样本参数： $\stackrel{\‾}{R}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{R}_k$    $\stackrel{\‾}{G}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_k$    $\stackrel{\‾}{B}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{B}_k$ $\stackrel{\‾}{C(i,j)}=\frac{R(i,j)+G(i,j)+B(i,j)}{3}$    $\stackrel{\‾}{C}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{C{(i,j)}_k}$ $S=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\stackrel{\‾}{{C(i,j)}_k}-\stackrel{\‾}{C})}^2}$ 式中 R、 G、 B分别是三基色的算术平均值， C(i，j)表示每一象素三基色色调值的算术平均值， C是 C(i，j)的算术平均值，S是每一象素三基色色调值的算术平均值的样本标准离差；

(2)对 R、 G、 B、S进行归一化处理并赋予不同的权重系数后按照下式相加，得到综合反映皮肤好坏的0～1之间的单一数值T： $T=a\frac{\stackrel{\‾}{R}}{255}+b\frac{\stackrel{\‾}{G}}{255}+c\frac{\stackrel{\‾}{B}}{255}+d(1-\frac{S}{255})$ 式中a、b、c、d分别是 R、 G、 B、S对人体视觉的影响程度的权重系数，a+b+c+d＝1；

(3)把T值乘上100后四舍五入取整数，就得到0～100分之间的皮肤评分值。

4.根据权利要求1所述的肤色比较设备，其特征是：它包括图象感测部分、图象处理部分、通信部分和电源部分，电源部分包括电池(1413)和直流/直流变换器(14A)，直流/直流变换器(14A)能把电池(14B)提供的电力变换成预定值的直流电流。

5.根据权利要求4所述的图象感测部分，包括光学系统(1)、光照源(2)和图象传感器(3)，其特征是：它是一种手持接触式扫描设备，皮肤成象的入射光完全由光照源(2)提供，光照源(2)能提供红、绿、蓝三种色光，控制系统提供控制信号使图象传感器(3)获得相同照度参数的三种色光；图象传感器(3)采用电荷耦合器件(CCD)或CMOS图象传感器布置成圆形二维阵列。

6.根据权利要求4所述的图象处理部分，包括信号调整部分(4)、模数转换部分(5)、图象信号处理部分(6)以及一套由总线(13)、微处理器(10)、存储器(11)、输入接口(7)、输出接口(9)等组成的普通的计算机系统，其特征是：它的输出结果不是皮肤图象的真实再现，而是表征皮肤总体观感质量的皮肤评分值，实现该处理的计算机程序保存在存储器(11)中。

7.根据权利要求4所述的肤色比较设备，其特征是：它与另一台肤色比较设备或其它装置采用蓝牙通信协定进行无线通信，其它装置包括手机、PDA以及电脑等都应设置有蓝牙模块(15)。

8.根据权利要求4所述的肤色比较设备，其特征是：它采用方盒型整体结构，设备正面设有液晶显示器(18)和功能按键(19)，扫描头(20)和快门按钮(17)分别位于设备相对的两个侧面；扫描头(20)略微凸出于主壳体(16)的侧壁，在扫描头(20)的开口处有一块圆形平板分隔玻璃(21)；扫描头(20)上方环行布置有3n(n为正整数)只发光二极管作为光照源(2)，其中红、绿、蓝色各为n只，分别交叉均匀安置在倒漏斗型的支持件(23)上，支持件(23)则固定在主壳体(16)上；支持件(23)正上方有一光学透镜(1)，它把皮肤的反射光收集到光学透镜(1)正上方的图象传感器(3)上。

9.根据权利要求4所述的肤色比较设备，其特征是：它由普通的PDA产品增设如权利要求5所述的图象感测部分和权利要求6所述的图象处理部分以及通信部分改制而成。

10.根据权利要求4所述的肤色比较设备，其特征是；它是一部手机通过增设如权利要求5所述的图象感测部分和权利要求6所述的图象处理部分改制而成，其中扫描头(20)设置在手机底部，快门按钮(17)设置在手机顶部。

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