JP2007020956A - 撮像プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】皮膚の拡大画像からシミ等の色ムラの計測を簡便に再現性よく行えるようにする撮像プローブを提供し、また、この撮像プローブを用いたシミの計測システムを提供する。
【解決手段】皮膚表面の色ムラの拡大画像を撮る撮像プローブ１が、該撮像プローブ１の先端に、皮膚Ｓの観察面に接触させる透明板１０を有する。色ムラの計測システム１００は、上述の撮像プローブ１を備え、皮膚の内部反射光画像を形成する画像形成手段、画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定し、色ムラ領域の面積を計測する演算手段、計測した色ムラ領域の面積を表示する表示手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、皮膚表面の色ムラを画像解析するための撮像プローブに関する。

皮膚表面のシミ、ソバカス等の色ムラや、キメ、落屑、毛穴等のテクスチャを観察するため、皮膚表面の拡大画像を撮る画像観察装置が使用されている。この画像観察装置の撮像プローブは、一般に照明手段とズームレンズ系とカラー撮像素子を備えており、皮膚に当たるプローブの先端は、観察面が直接押さえられることのないように、筒状になっている。これは、プローブで皮膚の観察面が押さえられると、キメ等のテクスチャの画像が正確に撮れなくなるためである。

従来、かかる撮像プローブにおいては、プローブを皮膚に当てたときの皮膚の盛り上がりによるピントのずれをなくすため、倍率に応じてプローブが皮膚に当たる部分の開口径が変わるようにしたり（特許文献１）、プローブ内の光学系の焦点位置に観察面が位置するようにプローブの先端にピント合わせ部材を取り付けたりすることがなされている（特許文献２）。

一方、皮膚表面の拡大画像からシミ、ソバカス等の色むらの分布を数値的に求めるシステムとして、近紫外画像、可視画像、近赤外画像の二値化を利用したものが提案されている（特許文献３）。

実開平７−２８５０７号公報 特開平１１−５２２５６号公報 特開平７−１９８３９号公報

しかしながら、従来のプローブを用いて撮った皮膚表面の拡大画像では、プローブを皮膚に押しつける強さや向きが僅かに異なるだけで、プローブ内で観察面が変形して画像に歪みが生じ、それ故、皮膚の拡大画像におけるシミ等の色ムラ領域の大きさも変わり、二値化の手法を用いても、皮膚表面の拡大画像に基づいてシミ等の色ムラ領域の大きさを再現性よく計測することができない。そのため、例えば、特定の美容的処置を施した場合のシミの大きさの経時変化を数値で把握することが困難となっている。

これに対し、本発明は、皮膚の拡大画像からシミ、ソバカス、ホクロ、アザ等の色ムラの計測を簡便に再現性よく行える撮像プローブを提供すること、また、この撮像プローブを用いた色ムラの計測システム及び計測方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、皮膚表面の拡大画像を撮る撮像プローブでシミ、ソバカス、ホクロ、アザ等の色ムラの観察を行うに際して、撮像プローブの先端面を透明板とし、その透明板を皮膚の観察面に当て、透明板を通して画像を撮ると、皮膚に対するプローブの押し圧がばらついても、シミ、ソバカス、ホクロ、アザ等の色ムラの拡大画像が再現性よく得られること、これにより、色ムラの面積の経時変化の追跡も可能となることを見出した。

即ち、本発明は、皮膚表面の拡大画像を撮る撮像プローブであって、該撮像プローブの先端に、皮膚の観察面に接触させる透明板が設けられている撮像プローブを提供する。

また、本発明は、上述の撮像プローブを備え、皮膚表面の内部反射光画像を形成する画像形成手段、画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定し、色ムラ領域の面積を計測する演算手段、及び計測した色ムラ領域の面積を表示する表示手段を備えた色ムラの計測システムを提供し、特に、演算手段が、皮膚表面の内部反射光画像からメラニン色素成分画像を抽出し、メラニン色素成分画像の画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定し、色ムラ領域の面積を計測する態様を提供する。

さらに、本発明は、美容のために皮膚表面の色ムラを計測する方法であって、上述の撮像プローブを用いて被験者の皮膚表面の内部反射光画像を取得し、その画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定し、色ムラ領域の面積を求める色ムラの計測方法を提供し、特に、皮膚表面の内部反射光画像を取得した後、その内部反射光画像からメラニン色素成分画像を抽出し、抽出したメラニン色素成分画像の画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定する態様を提供する。

本発明の撮像プローブを用いて皮膚表面の拡大画像を撮ると、その拡大画像中のシミ、ソバカス、ホクロ、アザ等の色ムラの大きさや形状が、皮膚に対するプローブの押し圧のばらつきにかかわらず安定し、色ムラの画像が再現性よく得られる。

さらに、本発明の色ムラの計測システム又は計測方法によれば、本発明の撮像プローブを用いて皮膚表面内部反射光画像を形成し、その画像濃度に基づいて色ムラを判定し、色ムラ領域の面積を求めるので、再現性のある数値データにより色ムラ領域を把握することが可能となる。特に、この計測システム又は計測方法において、皮膚表面の内部反射光画像からメラニン色素成分画像を抽出し、そのメラニン色素成分画像の画像濃度により色ムラ領域を判定すると、皮膚の血流に基づく赤みの影響や照度ムラの影響を除去し、より一層再現性よく、色ムラ領域の面積を計測することが可能となる。

したがって、化粧品や美容方法の開発において、特定の化粧品や美容方法がシミ等の色ムラに及ぼす効果の経時的変化を追跡し、その化粧品や美容方法の有効性を判定することが可能となる。また、店頭等において、美容アドバイザーが、顧客に化粧品や美容方法の有効性を説明する場合にも有用となる。

以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。

図１は、本発明の一態様の撮像プローブの概略断面図である。この撮像プローブ１は、筒状のハウジング２の内部に照明手段３、カラー撮像素子６、対物レンズ系７を備え、照明手段３の前面と対物レンズ系７の前面にはそれぞれ偏光板８、９が着脱自在に設けられ、さらに、撮像プローブ１の先端面には、透明板１０が嵌め込まれている。

ここで、照明手段３、カラー撮像素子６、対物レンズ系７自体には特に制限はなく、例えば、照明手段３は、多数の光ファイバー４を対物レンズ系７の周囲に環状に配置し、その光ファイバーの先端の前にリング状レンズ５を配置し、光ファイバー４の先端から光が光軸Ｌに対して平行に出射されるようにしたものである。

光ファイバー４に接続する外部光源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、タングステンランプ、ＬＥＤ、メタルハライドランプ等を使用することができる。

カラー撮像素子６としては、一般にビデオカメラに使用されているＣＣＤ等の固体撮像素子を使用することができる。カラー撮像素子６の画素数としては、３０万画素以上を得られるようにすることが好ましい。

対物レンズ系７は、複数のレンズからなり、各レンズ間の距離を変化させることにより、焦点位置を透明板１０の前面（皮膚Ｓとの接触面）に保持したまま、所望の倍率（例えば、１４インチモニタ上の倍率に換算して１０〜４００倍）を得られるようにしたものである。

透明板１０は可視光領域で透明な平滑な平板から形成する。ここで、可視光領域で透明であるとは、この透明板１０を皮膚の上において皮膚のシミ等の大きさや形状を不都合なく観察できる程度に透明であればよく、具体的には、波長４００〜７００ｎｍで透過率９０％以上のものが好ましい。

透明板１０の材質は、皮膚Ｓに押しつけた時に歪むことのないように、ある程度の強度が必要であり、例えば、厚さ１〜２ｍｍの光学ガラスやプラスチック等を使用することが好ましい。

撮像プローブ１の先端面の直径（即ち、透明板１０の直径）は、小さすぎるとシミ等の色ムラの全体をとらえることができず、大きすぎると皮膚上で平面と見なせる領域から撮像プローブ１の先端面が外れ、撮像プローブ１が皮膚Ｓから浮いてしまうので、２〜３ｃｍ程度が好ましい。また、顔、腕、脚部等、測定部位に応じてサイズを変えることもできる。

偏光板８、９は、内部反射光画像を得るためには、これらの偏光方向が直角になるように取り付け、カラー撮像素子６で表面反射光成分が受光されないようにする。

図２は、本発明の色ムラの計測方法を行うのに好適な、図１の撮像プローブ１を用いた本発明の色ムラの計測システム１００の一態様の構成図である。この色ムラの計測システムは、皮膚の内部反射光画像を形成する画像形成手段として、上述の撮像プローブ１を備え、倍率２０倍、画素数３０万画素以上の画像を撮ることのできるデジタルカメラ２０、デジタルカメラ２０が形成した皮膚の内部反射光画像から色ムラ領域の面積を計測する演算手段３０、演算手段３０が算出した結果を表示する表示手段としてディスプレイ４０及びプリンタ４１を備えている。

この計測システム１００を用いて皮膚の色ムラを計測するにあたり、撮像プローブ１を皮膚に当てることによる計測結果への影響は透明板１０で抑制されているが、撮像プローブ１を皮膚に当てる強さが強すぎると測定対象である皮膚の変形をもたらすことがあるため、皮膚へかかる荷重を０．５kgf以下とすることが好ましい。

演算手段３０としては、皮膚の内部反射光画像からメラニン色素成分画像を抽出する機能、メラニン色素成分画像の画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定する機能、及び色ムラ領域の面積を計測する機能を備えたパーソナルコンピュータを使用することができる。演算手段３０において、皮膚の内部反射光画像から、まず、メラニン色素成分画像を抽出し、そのメラニン成分画像から色ムラ領域を判定することにより、シミ等のメラニン色素に起因する色ムラと、鬱血等ヘモグロビンによる色ムラとを区別し、内部反射光画像からシミ等の色ムラ情報のみを選択的に抽出することが可能となる。また、画像に照度ムラの影響が出ることも防止することができる。

このように、皮膚のカラー画像から色素成分ごとに分離して解析する手法は、独立成分分析法として、特開２００２−２０００５０号公報等に提案されている。ここで、独立成分分析とは、皮膚の層構造をメラニンを主な色素成分として含有する表皮層と、ヘモグロビンを主な色素成分として含有する真皮層と、その他の色素成分を含有する皮下組織との積層構造であるとモデル化し、各層から独立的に信号が発せられ、それらが混合したものが画像信号になっていると考え、画像信号から各層の信号を分離抽出する分析方法である。この解析処理と画像処理の詳細はVol. 16, No. 9/ September 1999/ J. Opt. Soc. Am. A 2169に記載されており、パーソナルコンピュータに、市販の画像解析ソフト（
例えば、Photoshop（Adobe社製））を搭載することにより行うことができる。

また、演算手段３０において、メラニン色素成分画像の画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定する機能では、二値化処理、あるいは３以上の濃度に区分する多値化処理により、ある閾値より画像濃度が高い領域を色ムラ領域と判定する。二値化処理を行う場合、判別分析法によることが好ましい。このような二値化あるいは多値化処理、及び色ムラ領域と判定された領域の面積の計測は、市販の画像処理ソフトを用いて行うことができる。

この他、演算手段３０には、色ムラ領域の面積を被験者ごとに記憶する記憶手段、及び記憶されている色ムラ領域の面積と当該被験者について新たに計測した色ムラ領域の面積とをグラフ表示するグラフ作成ツールを備え、当該被験者について、色ムラ領域の面積の経時変化を視認できるようにすることが好ましい。これにより、特定の化粧品や特定の美容方法が色ムラに及ぼす効果の有無あるいは程度を容易に判断できるようになる。

以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明する。

実施例１、比較例１
30歳代の女性を被験者とし、図２のシステムにより、被験者の頬部のシミの内部反射光画像を撮った。ここで、図２のシステムの画像形成手段としては、デジタルマイクロスコープKH-3000（ハイロックス社製）を使用し、透明板としては、厚さ１ｍｍの透明な光学ガラスを使用した。

次いで、内部反射光画像から独立成分分析によりメラニン成分画像を抽出し、得られたメラニン成分画像に対してガウスフィルタを適用することによりノイズを除去した。そして、メラニン成分画像を二値化処理することにより二値化画像を得、この二値化画像からシミ領域を判定し、判定したシミ領域の面積を計測した（実施例１）。

また、画像形成手段の撮像プローブの先端に透明板を設けなかった以外は実施例１と同様にしてシミ領域の面積を計測した（比較例１）。

これらの計測は、同じ測定部位について一試行あたり連続１０回の測定を５試行繰り返して行った。

こうして得た内部反射光画像、メラニン成分画像及び二値化画像の典型例を図３Ａ〜図３Ｃに示し、また、各試行ごとのシミ領域の面積の計測結果を図４Ａ〜図４Ｂに、全測定でのシミ領域の面積のバラツキを図４Ｃに示す。なお、図３Ｃの二値化画像の丸囲みは、シミ領域の面積の計測対象領域を示している。図４Ａ〜図４Ｃから、実施例１のシミ領域の面積の計測結果は、比較例１のシミ領域の面積の計測結果に対して有意に再現性のあることがわかる。

実施例２、比較例２
20歳代の女性を被験者とし、実施例１、比較例１と同様の操作によって、被験者の頬部のシミの内部反射光画像からシミ領域の面積を計測した。撮像プローブの先端に透明板を設けた場合（実施例２）、透明板を設けなかった場合（比較例２）のそれぞれにおいて、撮像プローブの皮膚への押し圧を大、小の２段階に変えて測定を繰り返した。なお、押し圧の大とは、皮膚への荷重が４kgf以上で、皮膚の変位が生じる程度に撮像プローブを皮膚に押しつけることをいい、押し圧の小とは荷重が０．５kgf以下で、皮膚の変位が生じない程度に押しつけることをいう。

これらの計測は、各条件あたり１０回測定を行った。

結果を図５に示す。

図５から、ガラス板付きの本実施例の撮像プローブを用いると、押し圧を変えても計測されるシミ領域の面積は変わらないのに対し、ガラス板のない比較例の撮像プローブを用いると、押し圧によって、計測されるシミ領域の面積が有意に大きく変わることがわかる。

シミ等の色ムラを改善する化粧品や美容方法の開発において、その効果を調べるために有用となり、また、店頭等において顧客に化粧品や美容方法によるシミ等の色ムラの改善効果を説明する場合等に有用となる。

本発明の一態様の撮像プローブの概略断面図である。 本発明の一態様の色ムラ計測システムの構成図である。 内部反射光画像の例である。 メラニン成分画像の例である。 二値化画像の例である。 比較例１のシミ領域の面積の計測結果である。 実施例１のシミ領域の面積の計測結果である。 実施例１と比較例１のシミ領域の面積の標準偏差である。 実施例２と比較例２のシミ領域の面積の計測結果である。

符号の説明

１ 撮像プローブ
２ ハウジング
３ 照明手段
４ 光ファイバー
５ リング状レンズ
６ カラー撮像素子
７ 対物レンズ系
８ 偏光板
９ 偏光板
１０ 透明板
２０ デジタルカメラ
３０ 演算手段
１００ 色ムラの計測システム
Ｌ 光軸
Ｓ 皮膚

Claims (6)

1. 皮膚表面の色ムラの拡大画像を撮る撮像プローブであって、該撮像プローブの先端に、皮膚の観察面に接触させる透明板が設けられている撮像プローブ。
2. 偏光板を内蔵し、皮膚表面の内部反射光画像を撮る請求項１記載の撮像プローブ。
3. 請求項２記載の撮像プローブを備え、皮膚表面の内部反射光画像を形成する画像形成手段、画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定し、色ムラ領域の面積を計測する演算手段、及び計測した色ムラ領域の面積を表示する表示手段を備えた色ムラの計測システム。
4. 演算手段が、皮膚表面の内部反射光画像からメラニン色素成分画像を抽出し、メラニン色素成分画像の画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定し、色ムラ領域の面積を計測する請求項３記載の色ムラの計測システム。
5. 美容のために皮膚表面の色ムラを計測する方法であって、請求項２記載の撮像プローブを用いて被験者の皮膚表面の内部反射光画像を取得し、その画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定し、色ムラ領域の面積を求める色ムラの計測方法。
6. 皮膚表面の内部反射光画像を取得した後、その内部反射光画像からメラニン色素成分画像を抽出し、抽出したメラニン色素成分画像の画像濃度に基づいて色ムラ領域を判定する請求項５記載の色ムラの計測方法。

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