CN216417140U - 用于确定对象皮肤的皮肤参数的值的设备和系统 - Google Patents

用于确定对象皮肤的皮肤参数的值的设备和系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开用于确定对象皮肤的皮肤参数的值的设备和系统。该设备被配置为：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成在由第一光源发射的光与皮肤相互作用之后接收发射的光，其中第一传感器信号是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的，并且其中发射的光具有第一中心波长；接收与第一占空比相关的第一调制参考信号；对第一函数输出信号求积分以确定第一积分值，第一函数输出信号由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生；确定发射的光的第一循环数，第一循环数是第一积分值超过第一阈值所需的；以及基于所确定的第一循环数来确定皮肤参数的值。

Description

用于确定对象皮肤的皮肤参数的值的设备和系统
技术领域
本公开涉及一种用于确定皮肤参数的值的设备和系统。
背景技术
许多处理装置需要在使用之前、期间或之后确定皮肤参数值。由处理装置使用的皮肤参数值可以包括皮肤色调、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，毛发、痣、疤痕、痤疮等的存在)相关的其他皮肤参数。可能需要确定皮肤参数值的处理装置的示例包括用于使用各种技术去除不想要的毛发的装置，诸如激光和光疗法(称为光子脱毛或强脉冲光IPL)。进一步的示例包括用于处理痤疮和皮肤病变的装置。
IPL技术是许多应用的流行解决方案，诸如但不限于光子脱毛、病变处理、光子嫩肤、家庭个人护理、专业个人护理和医疗环境。对于家庭环境中的光子脱毛，IPL光子脱毛装置将广谱光施加到皮肤表面，从而把毛发和毛囊中的黑色素作为目标。毛发和毛囊(处于生长周期中的其生长期)吸收这种能量并进入其休止期。这防止了毛发的再生长。为了有效地使用这种IPL技术进行毛发去除(例如，以最大限度地减少对皮肤的伤害、热损伤/烧伤或刺激)，可以基于皮肤的皮肤色调来调整IPL光子脱毛装置的能量设置。一些IPL光子脱毛装置(例如，飞利浦Lumea Prestige)可以在处理之前和期间检测皮肤色调，并且选择适当的能量设置。可以检测皮肤色调并将其归类为例如六种不同类型中的一种。皮肤类型1至6可以概括地标记为：‘白色’、‘米色’、‘浅褐色’、‘中褐色’、‘深褐色’和‘褐黑色和更深’。通常，IPL光子脱毛装置不应与更深的皮肤一起使用，因为皮肤将吸收光脉冲中的能量，而不是毛发或毛囊将吸收光脉冲中的能量。在这种情况下，如果检测到例如褐黑色和更深的皮肤色调，则装置不应触发闪光灯。
IPL装置中的当前皮肤类型检测方法使用反射光谱法，例如如Feather J.W.、Ellis D.J.和Leslie G.(Phys.Med.Biol.1988,33，711-722)在“A portablereflectometer for a rapid quantification of cutaneous haemoglobin andmelanin”中所描述的。在这项技术中，两个反射波长(红色和近红外–与水和血红蛋白相比，黑色素在这两个波长下具有更高的吸收系数)之间的比被用于计算黑色素指数，黑色素指数然后被用于计算皮肤类型。当前在IPL装置中使用的一种类型的皮肤色调传感器使用在两个不同波长(分别为640纳米(nm)和870nm中心波长)下操作的两个发光二极管(LED)。这两个LED的光朝向皮肤发射并且检测器测量反射光，从而导致分别用于两个LED的检测器信号S1和S2。基于针对两个波长的皮肤反射率水平，可以计算皮肤色调，其中皮肤色调是比S1/S2的函数。
然而，反射的能量信号受到IPL装置的温度、环境光和波导的影响。这种方法的替代方案是使用皮肤区域的智能手机相机图像来计算皮肤色调。由于皮肤的镜面反射率、照明条件的差异以及图像传感器特性的差异所致，这也非常具有挑战性。此外，图像测量可能需要使用颜色校准卡。
由于这些和其他因素，依赖反射光谱法来确定皮肤色调和其他皮肤参数值的方法具有大的公差。在IPL处理装置的情况下，大的公差会导致装置在它应该阻挡的时候不阻挡深色皮肤类型或者阻止了应该能够使用该装置的很大一部分用户。因此，期望改进以用于确定皮肤参数(诸如，皮肤色调)。
实用新型内容
根据第一特定方面，提供了一种用于确定对象皮肤的皮肤参数的值的方法。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，该第一光传感器被布置成在由第一光源发射的光与皮肤相互作用之后接收该发射的光，其中该第一传感器信号是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的，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)对第一函数输出信号求积分以确定第一积分值，该第一函数输出信号由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生；(iv)确定发射的光的第一循环数，该第一循环数是第一积分值超过第一阈值所需的；以及(v)基于所确定的第一循环数来确定皮肤参数的值。因此，通过间歇地发射光并对传感器信号以及与光发射的占空比相关的调制参考信号的函数对求积分，该方法规定：可以以简单的方式去除或基本上减少环境光对传感器信号的贡献，以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。这具有以下优点：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。
在一些实施例中，第一调制参考信号、以及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、第一光源发射光的部分而对应于第一传感器信号的第一倍数，并且针对第一占空比中的、第一光源不发射光的部分而对应于第一传感器信号的第一倍数的倒数。以这种方式，当对第一函数输出信号求积分时，第一传感器信号的对应于环境光的倒数部分将补偿环境光对第一传感器信号的对应于当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。在这些实施例中的一些中，求积分步骤包括：在模拟域中对第一函数输出信号求积分。这具有以下优点：求积分将不包括作为该函数或第一传感器信号的模数转换的一部分而引入的噪声。
在一些实施例中，求积分步骤包括：将第一函数输出信号输入到一个或多个模拟电子设备积分器中，该第一函数输出信号由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生。在这些实施例中的一些中，第一积分值是跨该一个或多个模拟电子设备积分器的电压。
在一些实施例中，该一个或多个模拟电子设备积分器是一个或多个电容器，并且第一阈值是跨该一个或多个电容器的电压的值。这具有以下优点：可以使用简单的模拟电子设备部件来确定皮肤参数值。
在替代性实施例中，求积分步骤包括：在数字域中对第一函数输出信号求积分，该第一函数输出信号由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生。这些实施例具有以下优点：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、在600nm至700nm范围内的波长、或在800nm至900nm范围内的波长。
在一些实施例中，皮肤参数是皮肤色调。
在一些实施例中，第一占空比是50％。这些实施例具有信号处理(例如，在模拟域或数字域中)被简化的优点。
在一些实施例中，该方法进一步包括：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，该第二光传感器被布置成在由第一光源或第二光源发射的光与皮肤相互作用之后接收该发射的光，其中该第二传感器信号是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的同时输出的；接收与第二占空比相关的第二调制参考信号；对第二函数输出信号求积分以确定第二积分值，该第二函数输出信号由第二传感器信号和第二调制参考信号的函数产生；以及确定具有第二中心波长的发射的光的第二循环数，该第二循环数是第二积分值超过第二阈值所需的；其中确定皮肤参数的值的步骤包括：基于所确定的第一循环数和所确定的第二循环数的函数来确定皮肤参数的值。
在这些实施例中的一些中，所确定的第一循环数和所确定的第二循环数的函数是所确定的第一循环数和所确定的第二循环数的比。
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、在600nm至700nm范围内的波长、或在800nm至900nm范围内的波长。
在一些实施例中，皮肤参数是皮肤色调。
根据第二方面，提供了一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质，该计算机可读介质具有体现在其中的计算机可读代码，该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，该计算机或处理器被致使根据第一方面或其任何实施例进行执行。
根据第三方面，提供了一种用于确定对象皮肤的皮肤参数的值的设备。该设备被配置为：(i)接收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成在由第一光源发射的光与皮肤相互作用之后接收该发射的光，其中该第一传感器信号是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的，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)对第一函数输出信号求积分以确定第一积分值，该第一函数输出信号由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生；(iv)确定发射的光的第一循环数，该第一循环数是第一积分值超过第一阈值所需的；以及(v)基于所确定的第一循环数来确定皮肤参数的值。因此，通过间歇地发射光并对传感器信号以及与光发射的占空比相关的调制参考信号的函数对求积分，该方法规定：可以以简单的方式去除或基本上减少环境光对传感器信号的贡献，以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。这具有以下优点：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。
在一些实施例中，第一调制参考信号、以及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、第一光源发射光的部分而对应于第一传感器信号的第一倍数，并且针对第一占空比中的、第一光源不发射光的部分而对应于第一传感器信号的第一倍数的倒数。以这种方式，当对第一函数输出信号求积分时，第一传感器信号的对应于环境光的倒数部分将补偿环境光对第一传感器信号的对应于当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。在这些实施例中的一些中，设备被配置为：通过在模拟域中求积分来对第一函数输出信号求积分，该第一函数输出信号由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生。这具有以下优点：求积分将不包括作为该函数或第一传感器信号的模数转换的一部分而引入的噪声。
在一些实施例中，设备被配置为：通过将第一函数输出信号输入到一个或多个模拟电子设备积分器中来对第一函数输出信号求积分，该第一函数输出信号由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生。
在一些实施例中，第一积分值是跨该一个或多个模拟电子设备积分器的电压。
在一些实施例中，该一个或多个模拟电子设备积分器是一个或多个电容器，并且第一阈值是跨该一个或多个电容器的电压的值。这具有以下优点：可以使用简单的模拟电子设备部件来确定皮肤参数值。
在替代性实施例中，设备被配置为：通过在数字域中求积分来对第一函数输出信号求积分，该第一函数输出信号由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生。这些实施例具有以下优点：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、在600nm至700nm范围内的波长、或在800nm至900nm范围内的波长。
在一些实施例中，皮肤参数是皮肤色调。
在一些实施例中，第一占空比是50％。这些实施例具有信号处理(例如，在模拟域或数字域中)被简化的优点。
在一些实施例中，设备进一步被配置为：(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，该第二光传感器被布置成在由第一光源或第二光源发射的光与皮肤相互作用之后接收该发射的光，其中该第二传感器信号是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的同时输出的；(ii)接收与第二占空比相关的第二调制参考信号；(iii)对第二函数输出信号求积分以确定第二积分值，该第二函数输出信号由第二传感器信号和第二调制参考信号的函数产生；以及(iv)确定具有第二中心波长的光的第二循环数，该第二循环数是第二积分值超过第二阈值所需的；其中设备被配置为基于所确定的第一循环数和所确定的第二循环数的函数来确定皮肤参数的值。
在这些实施例中的一些中，所确定的第一循环数和所确定的第二循环数的函数是所确定的第一循环数和所确定的第二循环数的比。
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、在600nm至700nm范围内的波长、或在800nm至900nm范围内的波长。
在一些实施例中，皮肤参数是皮肤色调。
根据第四方面，提供了一种系统，其包括：根据第三方面或其任何实施例的用于确定对象皮肤的皮肤参数的值的设备；第一光源，其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；以及第一光传感器，其被配置为输出第一传感器信号。
这些和其他方面将从下文中所描述的(多个)实施例显而易见并参考所述(多个)实施例得以阐述。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考以下附图来描述示例性实施例，在附图中：
图1是本实用新型可以与之一起使用的示例性处理装置的图示；
图2是根据各种实施例的示例性系统的框图，该系统包括(多个)光源、(多个)光传感器和设备；
图3是示出本实用新型的示例性实施例的示意图；
图4是图示根据本实用新型的各种实施例的用于确定皮肤色调的方法的流程图；以及
图5是图示用于确定对象皮肤的皮肤参数的值的示例性方法的流程图。
具体实施方式
如上所述，使用光谱技术确定皮肤参数的值会导致皮肤参数值具有大的公差。这些大的公差的一个重要促成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对环境光不太敏感并且可以很好地适用于所有皮肤色调的皮肤参数值的方法和设备。
在一些实施例中，皮肤参数是皮肤色调或黑色素指数。然而，将了解，所确定的皮肤参数不必是皮肤色调。实际上，皮肤参数可以是可以从皮肤反射或以其他方式从皮肤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、或者皮肤图案或皮肤特征的存在或不存在(例如，(深色)毛发、痣、疤痕、痤疮等的存在)。
这些技术可以由处理装置来实施，该处理装置可在处理装置的操作或使用期间利用所确定的皮肤参数。在示例性实施例中，处理装置是使用光脉冲来去除毛发和/或减少毛发生长的装置。然而，本文中所描述的技术不限于由使用光脉冲来去除毛发和/或减少毛发生长的处理装置使用，而是它们可以由其他类型的处理装置使用。此外，还将了解，皮肤参数不必由处理装置使用或用于与处理装置相关联的目的。例如，本文中所公开的方法可以用于确定皮肤参数(例如，皮肤类型和/或黑色素指数)，该皮肤参数可以用于推荐皮肤产品(例如，化妆品或遮瑕膏)和/或评估色素疾病。
本公开提供了一种光源(诸如，一个或多个LED单元)，该光源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光。在优选实施例中，调制是方形通/断调制(即，光源在‘通’阶段发射光，且光源在‘断’阶段不发射光)，但其他调制是可能的，诸如正弦、三角、锯齿或任何其他周期性信号。在优选实施例中，光的调制在0和1(通和断状态)之间变化，但其他实施例是可能的。调制光的占空比(即，通和断状态的持续时间的比)优选地为50％，但可以采用其他值，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，调制光入射在光传感器上(光传感器也称为光检测器)。入射在传感器上的光将是已与皮肤相互作用的调制光和环境(未调制)光的组合，并且由光传感器生成的信号将进一步包括检测器噪声。
根据本公开，可以大大地减少未调制的环境光分量的贡献，从而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对该函数求积分。在优选实施例中，调制参考信号在-1和+1状态之间变化，但是替代性实施例是可能的，其中调制参考信号在–X和+X状态之间或在-X和+Y状态之间变化。在优选实施例中，调制参考信号与发射的光的占空比一致而在+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，并且在确定函数时，调制参考信号与占空比‘同相’，这意味着，占空比的‘通’周期对应于调制参考信号的+1(或+X)周期，并且占空比的‘断’周期对应于调制参考信号的-1(或-X)周期。然而，替代性实施例是可能的。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，可将检测器信号乘以调制参考信号和进一步的校正因子，且随后对该检测器信号求积分。对检测器信号和调制参考的函数的求积分大大地减少了非调制的环境光的贡献。
本文中提议确定发射的光的调制循环数，该调制循环数是积分值达到预先选择的阈值水平所需的。调制循环数N与调查中的皮肤的反射率成比例。在示例性实施例中，使用比N2/N1的函数来确定皮肤的皮肤色调，其中N1和N2是针对不同中心波长的两个光源所确定的调制循环数。更深的皮肤类型具有较低的反射率，且因此达到阈值水平的积分时间将比更浅的皮肤类型长。相对长的积分时间改进了检测器信号的信噪比。因此，本文中所公开的方法和设备大大地减少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或散射光更敏感，且因此可以用于针对比当前方法和装置范围更广的皮肤色调来确定皮肤色调和其他皮肤参数。
图1是可以用于将光脉冲施加到皮肤区域的示例性处理装置2的图示。将了解，图1中的处理装置2仅作为本实用新型可以与之一起使用的处理装置2的示例呈现，并且处理装置2不限于图1中所示的形式或者不限于手持式处理装置。如上所述，本实用新型同样不限于在处理装置2中或与处理装置2一起实施，并且在一些实施例中，本实用新型可以在被提供用于确定皮肤参数值的目的设备中实施。
图1中的处理装置2是供在对象(例如，人或动物)的身体上使用的，并且在使用期间将要握在用户的一只手或两只手中。当处理装置2与对象的身体部分接触时，处理装置2将使用一个或多个光脉冲对对象身体上的毛发执行某种处理操作。
示例性处理装置2包括壳体4，该壳体包括至少手柄部分5和头部部分6。手柄部分5被成形为使得用户能够用一只手握住处理装置2。头部部分6具有头部端8，该头部端将要被放置成与对象接触以便在头部端8与身体或皮肤接触的位置处在对象的身体或皮肤上执行处理操作。
处理装置2用于使用光脉冲执行处理操作。因此，在图1中，头部端8包括孔口10，该孔口被布置在壳体4之中或之上，使得孔口10可以放置成邻近于对象皮肤或在对象皮肤上(即，与对象皮肤接触)。处理装置2包括用于生成光脉冲的一个或多个光源12，这些光脉冲将要经由孔口10施加到对象皮肤并实现处理操作。该一个或多个光源12被布置在壳体4中，使得得以从该一个或多个光源12通过孔口10来提供光脉冲。
该一个或多个光源12可以生成任何合适的或期望的波长(或波长范围)和/或强度的光脉冲。该一个或多个光源12被配置为提供光脉冲。即，(多个)光源12被配置为在短持续时间内(例如，小于1秒)生成高强度下的光。光脉冲的强度应足够高以在邻近孔口10的皮肤或身体部分上实现处理操作。
除了用于实现基于光的处理操作的该一个或多个光源12之外，装置还包括皮肤参数传感器14，该皮肤参数传感器用于确定对象皮肤的皮肤参数(诸如，皮肤色调)的值。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。设备被提供在处理装置2内抑或与处理装置2分离，以用于使用来自(多个)光传感器的输出信号来确定皮肤参数值。
所图示的处理装置2还包括用户控件20，该用户控件可以由用户操作以激活处理装置2使得在对象的身体上执行所需的处理操作(例如，由该一个或多个光源12生成一个或多个光脉冲)。用户控件20可呈开关、按钮、触摸板等的形式。
图2是用于根据本文中所描述的技术来确定皮肤参数值的示例性系统40的框图。图1的处理装置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的值的设备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。设备42可以是专用于确定皮肤参数值的装置或一组部件，但在其他实施例中，设备42可以是经适当地编程或适当地配置的通用装置，诸如智能电话、智能手表、平板电脑、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、台式电脑、远程服务器、智能镜等。
该一个或多个光源44被提供用于照亮感兴趣的皮肤区域(即，将要确定皮肤参数值的皮肤区域)。用于照亮皮肤的(多个)光源44可以是任何合适的光源(例如，一个或多个LED)，并且可以发射在(多个)相应的中心波长下或在相应的特定波长范围内的光。在例如将要确定皮肤色调的示例性实施例中，(多个)光源44包括在两个不同的中心波长下操作的两个LED。例如，LED 1可具有640nm的中心波长，并且LED 2可具有870nm的中心波长。
当系统40在使用中时，(多个)光源44被配置为朝向对象皮肤发射光。(多个)光传感器46被配置为在由(多个)光源发射的光已与皮肤相互作用之后测量该发射的光。例如，光可被皮肤反射、透射或散射。可存在用于检测来自该一个或多个光源44的光的单个光传感器46。在替代性实施例中，可存在不止一个光传感器46，例如，可为每个光源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输出被提供给设备42的传感器信号。
设备42接收(多个)传感器信号并使用该(多个)传感器信号来确定皮肤参数值，如下文进一步描述的。在一些实施例中，设备42可使用模拟电路和部件在模拟域中确定皮肤参数值。在其他实施例中，设备42可在数字域中确定皮肤参数值，且因此设备42可包括处理单元，该处理单元通常控制设备42的操作并使得设备42能够执行本文中所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众多方式利用软件和/或硬件来实施，以执行本文中所描述的各种功能。
图3示出了本公开的示例性实施例。在图3中，存在一个或两个LED 320(例如，LED1以及可选地还有LED 2)，并且所示的步骤可应用于一个或两个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中所图示的，为了致使(多个)LED 320间歇地发射光，在时域中以方形通/断调制和50％占空比来调制LED电流310。因此，由LED 320发射的光也在时域中以方形通/断调制和50％占空比加以调制。如上所述，LED 320的其他调制是可能的，包括正弦、三角、锯齿或任何其他周期性信号，并且可以相应地调整驱动电流310。此外，占空比可以采用任何其他值。
在与皮肤相互作用(例如，反射、散射等)之后，发射的光入射在光传感器330上，该光传感器产生传感器信号。传感器信号可由在光入射于光传感器上时所生成的电流形成。光传感器330跨越(多个)LED 320的多个操作循环来操作入射光的测量，且因此光传感器330在LED 320发射光的周期期间和LED 320不发射光的周期期间生成了传感器信号。当LED320发射光时入射在光传感器330上的光包括已与皮肤相互作用的光以及还有环境光。当LED 320不发射光时入射在光传感器330上的光仅包括环境光。
随后，将传感器信号乘以调制参考信号340。该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是方波信号，其在-1和+1状态/值之间变化并且具有与由(多个)相关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，传感器信号的对应于当由LED 320发射光时的部分乘以调制参考信号的+1或+X部分。这还意味着，传感器信号的对应于当不由LED 320发射光时的部分乘以调制参考信号的-1或-X部分，其作用是从对传感器信号的后续分析中减少或去除环境光的影响。然而，其他实施例也是可能的。例如，调制参考信号340可在-X和+X、或-X和+Y状态之间变化。进一步应注意，可以将除两个信号350相乘之外的替代性函数运算应用于传感器信号和调制参考信号。如上所述，这可能是比例或其他函数运算，以说明不同于在图3中所示的示例性实施例中的调制函数的调制函数。
在后续的步骤中，在积分模块360中对传感器信号和调制参考信号的乘积求积分以获得积分值。求积分步骤的使用使得低于检测极限(例如，由于反射光水平低所致)的信号能够被积分到高于检测极限的水平。这使得能够在存在高水平背景(环境)光的情况下测量更深的皮肤色调。在优选实施例中，通过模拟电子设备积分器在模拟域中完成求积分。在这些实施例中，积分值是跨模拟电子设备积分器的电压。例如，求积分可以由模拟电子装置(诸如但不限于，电容器)执行，该模拟电子装置随着将传感器信号和调制参考信号的函数施加到电容器而积累电荷。积分值是跨电容器的电压。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)转换到数字域中的需要，这种转换将引入噪声。在替代性实施例中，可以在数字域中执行求积分步骤。在需要数学校正以说明不同于在图3中所示的示例性实施例中的调制函数(即，不同于具有50％占空比的方形通/断调制)的调制函数的实施例中，数字积分的使用可能是有益的。然而，应注意，数字积分将引入进一步的噪声。
在图3的最后步骤中，确定积分值超过阈值所需的调制循环数370。即，随着间歇地操作LED 320并获得传感器信号，传感器信号的函数被连续地求积分(例如，通过将乘积信号输入到诸如电容器之类的模拟电子设备积分器中)。因此，积分值在LED 320的几个调制(通/断)循环的过程中增加。每个循环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循环数370也与皮肤的反射率成比例。在一些实施例中，阈值是跨模拟电子设备积分器(例如，电容器)的电压的值。
在皮肤参数是皮肤色调并使用两个LED 320的实施例中，超过阈值所需的循环数370可以针对LED 1被表示为N1并且针对LED 2被表示为N2。可以将皮肤色调给定为比N2/N1的函数。如上所述，更深的皮肤类型具有比更浅的皮肤类型低的反射率，且因此更深的皮肤将需要更长的积分时间(即，更多的调制循环)才能使积分值超过阈值。这种相对长的积分时间、以及通过使用调制参考信号和后续的求积分来去除或减少环境光，均改进了信噪比。因此，本实用新型提供了一种既对环境光不敏感又可以最佳地适用于所有皮肤色调的皮肤色调传感器。
图4中的流程图图示了根据本实用新型的各种实施例的用于确定皮肤色调的方法。该方法包括调制两个LED单元(LED 1和LED 2)。在步骤410中，重置积分信号(例如，设置为0)。在步骤420中，由LED 1发射调制光信号并且该调制光信号入射在对象皮肤上。在步骤430中，由LED 1发射的已与皮肤相互作用的光入射在光传感器上，并且将对应的检测器信号(例如，传感器信号)乘以调制参考信号。在一定数量的调制循环的过程中对该组合信号求积分，并且确定积分值超过阈值所需的调制循环数。在步骤440和450中，针对LED 2(其将不同中心波长的光发射到LED 1)重复步骤420和430。在步骤460中，获得LED 1和LED 2的所确定的循环数的比。最后，在步骤470中使用该比来确定皮肤色调分类。
图5中的流程图图示了根据本文中所描述的用于确定对象皮肤的皮肤参数的值的技术的示例性方法。该方法可以由上文所描述的设备42执行。该方法在步骤510处以接收由第一光传感器输出的第一传感器信号开始。该第一光传感器被布置成在由第一光源发射的光与皮肤相互作用之后接收该发射的光。在步骤510中接收到的第一传感器信号是在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的同时输出的。在一些实施例中，第一光源是LED。第一中心波长可以为640nm(纳米)、870nm、对应于可见光的波长、对应于红外光的波长、在600nm至700nm范围内的波长、或在800nm至900nm范围内的波长。在一些实施例中，第一占空比是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。在这些实施例中的一些中，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。该第一调制参考信号优选地具有对应于由第一光源对光的间歇发射的调制周期的调制周期。
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求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。在其中第一传感器信号是模拟信号的实施例中，可以在模拟域中执行求积分步骤。在这些实施例中的一些中，步骤530可以包括：将第一函数输出信号输入到一个或多个模拟电子设备积分器中，该第一函数输出信号由第一传感器信号和第一调制参考信号的函数产生。在这些实施例中，第一积分值将是跨该一个或多个模拟电子设备积分器的电压。在一些实施例中，该一个或多个模拟电子设备积分器是一个或多个电容器。在替代性实施例中，求积分步骤是在数字域中进行的。
在步骤540中，确定发射的光的第一循环数，该第一循环数是第一积分值超过第一阈值所需的。在一些实施例中(其中步骤530是在模拟域中进行的)，第一阈值可以是跨该一个或多个模拟电子设备积分器(例如，(多个)电容器)的电压的值。
在步骤550中，可以基于所确定的第一循环数来确定皮肤参数的值。
在一些实施例中，步骤550进一步包括：基于所确定的第一循环数和所确定的第二循环数的函数来确定皮肤参数的值。在这些实施例中，通过针对第二传感器信号重复步骤510-540来获得所确定的第二循环数，该第二传感器信号是在具有第二中心波长的光根据第二占空比被间歇地发射到皮肤上的同时输出的。第二传感器信号可由第一光传感器或由第二光传感器输出。具有第二中心波长的光可以由第一光源或由第二光源发射。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以下各者中的任一者：640nm、870nm、对应于可见光的波长、对应于红外光的波长、在600nm至700nm范围内的波长、或在800nm至900nm范围内的波长。在一些实施例中(例如，当皮肤参数为皮肤色调时)，第一中心波长和第二中心波长中的一者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者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，第二占空比是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。该第二调制参考信号优选地具有对应于具有第二中心波长的光的间歇发射的调制周期的调制周期。
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求积分以确定第二积分值。在这些实施例中的一些中，该函数包括第二传感器信号和第二调制参考信号的乘积。在其中第二传感器信号是模拟信号的实施例中，可以在模拟域中执行求积分步骤。在这些实施例中的一些中，求积分步骤可以包括：将第二函数输出信号输入到一个或多个模拟电子设备积分器中，该第二函数输出信号由第二传感器信号和第二调制参考信号的函数产生。第二积分值将是跨该一个或多个模拟电子设备积分器的电压。在一些实施例中，该一个或多个模拟电子设备积分器是一个或多个电容器。在替代性实施例中，求积分步骤是在数字域中执行的。
在这些实施例中，步骤550可以进一步包括：将上述第二循环数确定为具有第二中心波长的光的循环数，该循环数是第二积分值超过第二阈值所需的。在一些实施例中(其中求积分是在模拟域中执行的)，第二阈值可以是跨该一个或多个模拟电子设备积分器(例如，(多个)电容器)的电压的值。第二阈值可以是与第一阈值相同或不同的值。
在这些实施例中的一些中，所确定的第一循环数和所确定的第二循环数的函数是或者包括所确定的第一循环数和所确定的第二循环数的比。在这些实施例中的一些中，所确定的皮肤参数是皮肤色调。
因此，提供了一种用于确定皮肤参数的值的改进的方法和设备。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践本文中所描述的原理和技术时，可以理解和实现所公开的实施例的变型。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。单个处理器或其他单元可实现权利要求中叙述的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可存储或分布在合适的介质上，诸如光学存储介质或固态介质，该介质与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分被供应，但是也可以以其他形式分布，诸如经由因特网或者其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为限制范围。

Claims (7)

1.一种用于确定对象皮肤的皮肤参数的值的设备，其特征在于，所述设备(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成在由第一光源发射的光与所述皮肤相互作用之后接收发射的光，其中所述第一传感器信号是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的同时输出的，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；
对第一函数输出信号求积分以确定第一积分值，所述第一函数输出信号由所述第一传感器信号和所述第一调制参考信号的函数产生；
确定所述发射的光的第一循环数，所述第一循环数是所述第一积分值超过第一阈值所需的；以及
基于所确定的第一循环数来确定所述皮肤参数的所述值。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一调制参考信号具有对应于所述第一占空比的调制周期的调制周期。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一调制参考信号、以及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、所述第一光源发射光的部分而对应于所述第一传感器信号的第一倍数，并且针对所述第一占空比中的、所述第一光源不发射光的部分而对应于所述第一传感器信号的所述第一倍数的倒数。
4.根据权利要求1、2或3所述的设备，其特征在于，所述设备(42)包括一个或多个模拟电子设备积分器，并且所述设备(42)被配置为：通过将所述第一函数输出信号输入到所述一个或多个模拟电子设备积分器中来对所述第一函数输出信号求积分。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备(42)被配置为：通过在数字域中求积分来对所述第一函数输出信号求积分。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备进一步被配置为：(i)接收由所述第一光传感器或第二光传感器输出的第二传感器信号，所述第二光传感器被布置成在由所述第一光源或第二光源发射的光与所述皮肤相互作用之后接收所述发射的光，其中所述第二传感器信号是在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的同时输出的；(ii)接收与所述第二占空比相关的第二调制参考信号；(iii)对第二函数输出信号求积分以确定第二积分值，所述第二函数输出信号由所述第二传感器信号和所述第二调制参考信号的函数产生；以及(iv)确定具有所述第二中心波长的所述光的第二循环数，所述第二循环数是所述第二积分值超过第二阈值所需的；其中所述设备被配置为：基于所确定的第一循环数和所确定的第二循环数的函数来确定所述皮肤参数的所述值。
7.一种系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1至6中任一项所述的设备(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所述光；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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