JP2009054060A - 顔の形状評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加齢等に伴う顔の外観の変化を客観的且つ的確に評価することができる顔の形状評価方法を提供すること。
【解決手段】本発明の顔の形状評価方法は、三次元形状計測装置で計測した顔の三次元形状情報を用いて、顔の各点における曲面の曲率を求め、該曲率の分布に基づいて前記顔の形状を評価する。前記曲率は、前記三次元形状情報における、基準とする一の計測点の座標データと、その周りの複数の方向に延在する他の計測点の座標データとから求められることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元形状計測に基づく顔の形状評価方法及び顔の画像処理システムに関する。

人の顔は、加齢に伴って、目元や口元等の皮膚にたるみが生じる等、外観に変化が現れてくる。このような顔の形状変化を客観的に評価する方法としては、例えば下記非特許文献１に記載の技術が提案されている。

非特許文献１に記載の技術は、人の顔の三次元形状を計測し、計測された顔の三次元形状情報から、鼻唇溝等の顔の特徴部分における断面の輪郭形状から曲率半径を求め、これに基づいて該顔の加齢に伴う顔の形状変化を評価するものである。

Nahoko Sakae et al.，"Quantification of age-dependent changes in facial sagging using 3D imaging"，Integration of Cosmetic Sciences，Japan，Secretariat of 24th IFSCC Congress OSAKA JAPAN，2006年10月16日，Abstracts（Poster session），p.408-409

ところで、非特許文献１に記載の技術は、上述のように水平断面の輪郭形状から求めた二次元の曲率に基づいて顔の形状変化を評価しているため、例えば、局所的なしわの深さの変化の評価には有効であると考えられるが、多方向にわたるしわの長さ変化の評価等には適用できない。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、加齢等に伴う顔の外観の変化を客観的且つ的確に評価することができる顔の形状評価方法及び顔の画像処理システムを提供することを目的とする。

本発明は、三次元形状計測装置で計測した顔の三次元形状情報を用いて、顔の各点における曲面の曲率を求め、該曲率の分布に基づいて前記顔の形状を評価する、顔の形状評価方法を提供することにより、前記目的を達成したものである。

また、本発明は、上記本発明の顔の形状評価方法の実施に用いるための顔の画像処理システムであって、三次元形状計測装置で計測された顔の三次元形状情報から顔の各点における曲面の曲率を求める演算処理装置と、前記演算処理装置による演算処理結果を前記顔における曲面の曲率分布として表示する画像表示装置とを備えている顔の画像処理システムを提供することにより、前記目的を達成したものである。

本発明によれば、加齢等に伴う顔の凹凸形状の変化を客観的且つ的確に評価することができる。顔の三次元形状計測でしばしば問題となる、顔の仰角などの角度、位置のずれが及ぼす数値の誤差は、隣り合う皮膚上の点との位置関係で表す曲面の曲率の場合には影響がないので、本発明の手法を用いると、顔の三次元形状評価を容易かつ的確に行うことができる。

以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて説明する。

先ず、本発明の顔の形状評価方法の実施に用いるための顔の画像処理システム（以下、単にシステムという。）の一実施形態について説明する。
図１に示したように、本実施形態のシステム１は、三次元形状計測装置２と、三次元形状計測装置２で計測された顔の三次元形状情報を受け取って記憶する情報記憶装置３と、情報記憶装置３に記憶された前記三次元形状情報から、顔の各点における曲面の曲率を求める演算処理装置４と、演算処理装置４による演算処理結果を前記顔における曲面の曲率分布として表示する画像表示装置５とを備えている。

三次元形状計測装置２は、顔の皮膚の凹凸形状を三次元情報として計測できる装置であればよい。三次元情報とは、計測点の縦・横・奥行きの三次元座標をいう。三次元情報の計測精度は３００μｍ程度とすることが好ましい。

三次元形状計測装置２は、上述の三次元形状情報を計測できるものであれば、その計測方式等に特に制限はないが、人の顔の三次元形状計測においては、多眼正弦波シフト法を用いた撮影が行え、被験者の負担を考えると全顔の計測が数秒で終えられる装置が望ましい。また、三次元計測装置２は、計測した三次元形状情報を所定の電子データ形式で情報記憶装置３に記録できるものが好ましい。

演算処理装置４は、三次元形状計測装置２で計測された顔の三次元形状情報を情報記憶装置３から取り込み、該三次元形状情報から該顔の皮膚の凹凸に対応する曲面の曲率を求める演算処理装置である。演算処理装置４は、中央演算制御処理装置（ＣＰＵ）、主記憶装置、入出力装置、電源装置等を備えたハードウェア、及び該ハードウェアを後述するように曲面の曲率等を算出する装置として機能させるソフトウェアとを備えたコンピュータで構成される。

演算処理装置４で求められる前記曲面の曲率の算出方法は、三次元形状計測装置２によって計測された三次元形状情報のデータ形式に応じて設定される。例えば、前記三次元形状情報が顔の表面の各点についての三次元座標データとして計測されている場合には、基準とする一の計測点の座標データと、その周りの複数の方向に延在する他の計測点の座標データとから求めることができる。

これを図２に示すように平面の座標上のデータに投影させて模式的に示すと、該平面座標において、基準とする一の計測点Ｐ００の座標における曲面の曲率は、Ｐ００の座標データと、その周りの複数の方向（図２では４方向）に延在する他の計測点（Ｐｉｊ：ｉは方向（１〜４）、ｊはＰ００からの隣接番号（１、２・・・））の座標データから求められる。具体例として平均曲率を求める場合には、基準とする一の計測点の座標データの周りの４方向（縦横斜め）に延在する隣接番号が同じ他の８つの計測点の座標データから平均曲率を求め、これを基準とする一の計測点の平均曲率とすることができる。
曲面の曲率としては、他に最小曲率、最大曲率、ガウス曲率などを用いることができる。

演算処理装置４は、上述のようにして算出した曲面の曲率について、その正負及び大きさを判定し、その正負に応じた色、及びその大きさに応じた該色の濃淡を、前記一の計測点について割り当てる。演算処理装置４は、このような曲率の演算、該曲率に対する色値及び濃淡値の演算を、取り込んだ三次元形状情報の全ての計測点の座標データについて行う。そして、得られた演算結果は、画像表示装置５によって、取り込んだ三次元形状情報の任意の計測点の座標データに対応する画素に前記色値及び濃淡値として表示される。こうして、前記顔の皮膚の凹凸を該顔における曲面の曲率及びその分布として表現することができる。

本実施形態のシステム１では、上述のように、三次元形状計測装置２で計測された顔の三次元形状情報を用いて、該顔の各点における曲面の曲率を求め、前記顔における曲面の曲率をその値に応じた色及び濃淡の分布として表示できるので、従来の二次元形状情報に基づく曲率による顔の形状評価に比べて、より客観的で的確な顔の形状評価を行うことができる。

次に、本発明の顔の形状評価方法の好ましい実施形態を、前記システム１を用いた顔の形状評価方法に基づいて説明する。

本実施形態では、先ず、前記三次元形状計測装置２によって、図３（ａ）に示すような測定対象となる顔の三次元形状を計測する。そして、顔の皮膚の凹凸に対応する三次元形状情報を求める。図３（ｂ）は、計測された三次元形状情報に基づいて顔の凹凸形状を表示したものである。

次に、前記演算処理装置４によって、三次元形状計測装置２で計測した顔の三次元形状情報を用いて、顔の各点（計測点）における曲面の曲率を求め、図３（ｃ）に示すように、該顔における該曲率をその値及び大きさに応じた色値及び濃淡値の分布として画像表示装置５に表示させる。本実施形態では、凹部分を青で、凸部分を赤で表示している。

本実施形態では、このようにして画像表示装置５に表示された、顔全体にわたっての曲面の曲率分布情報から、更に、該顔の特定部分における前記曲率の分布に基づいて前記顔の形状を評価することができる。
例えば、加齢に伴う顔の形状の評価を行う場合は、捉える顔の特定部分としては、鼻唇溝、目のまわり（目尻、目の下、まぶた）、口元、頬、フェイスライン、額、顎等が挙げられる。

具体的には、例えば、特定部分としての頬の特定の領域について曲率分布を求め、その広がりと、予め計測して得た基準（標準）の曲面の曲率部分布の広がりとを比較することで、その人の顔の形状の特徴であるしわ、たるみ、膨らみ、凹みなどの程度を評価することができる。
或いは、特定部分としての頬の特定の領域について、曲面の曲率分布を求め、特定の曲面の曲率の範囲と年齢との相関関係から、加齢に伴い変化する曲面の曲率を抽出しておき、見た目の年齢を評価することができる。

本実施形態の顔の形状評価方法は、図３（ｃ）に示したように、曲面の曲率の分布を曲率の正負及び大きさに応じた色値及び濃淡値の分布として表示することができるので、顔の断面の輪郭形状に基づく二次元形状情報では得られない顔の凹凸の変化を広がりや伸びで把握することができ、より的確な形状評価を行うことができる。

本発明は、前記実施形態にとどまらず、発明の基本的なコンセプトに基づいて、種々のバリエーションが可能である。
例えば、前記実施形態では、色の濃淡による表現や分布としたが、平均値やばらつき、割合などを採用することもできる。

本発明の顔の形状評価方法は、加齢に伴う顔の形状の変化、形状の特徴であるしわ、たるみ、膨らみ、凹みなどの目立ち度合いの評価に適用することができる。そしてこれらの評価結果は、適切なスキンケア及びメイクアップの商品の提案や使用部位のアドバイスなどに応用することができる。

以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、本実施例に何ら制限されない。

〔実施例１〕
下記の装置及び計測条件で、１０代後半から６０代後半の女性（合計８８名）の顔の凹凸形状を三次元形状情報として計測した。そして、得られた三次元形状情報から下記平均曲率を曲面の曲率として求め、各曲率を前記顔画像にマッピングした曲面の曲率の分布を画像表示装置に表示した。表示結果の一部を図４に示す。
三次元形状計測装置：ＤＡＮＡＥ１００（ＮＥＣエンジニアリング製）
曲率計算間隔：７．５ｍｍ
曲率出力間隔：１ｍｍ
平均曲率：平均曲率は、下記式により求めた。ただし、Ｈは平均曲率、ｋ１は最小曲率、ｋ２は最大曲率である。
Ｈ＝（ｋ１＋ｋ２）／２

図４に示したように、加齢に伴って、顔の鼻唇溝、目のまわり（目尻、目の下、まぶた）、口脇の曲面の曲率の負（凹部）の部分の色が濃くなり長さも長く伸びてくることが分かった。この結果に基づけば、負の曲面の曲率を示す部分の面積によって顔の形状評価を客観的且つ的確に行えることが分かった。

〔実施例２〕
実施例１と同様の三次元形状計測装置によって下記条件で１０代後半から６０代後半の１０歳区分で各１０名ずつの女性（合計６０名）の顔の凹凸形状を三次元形状情報として計測した。そして、得られた三次元形状情報から下記の平均曲率を求め、該曲率を横顔の画像にマッピングした頬の特定部分について、曲面の曲率分布の広がり及び曲面の曲率の年齢との相関を求め、加齢に伴って変化する曲率を調べた。その結果を図５及び図６に示す。
計測対象エリア：頬部（５ｃｍ×５ｃｍ）
曲率計算間隔：７．５ｍｍ
曲率出力間隔：１ｍｍ
平均曲率：実施例１と同じ。

図５及び図６に示したように、加齢に伴って特定の曲面の曲率が加齢に伴って上昇又は減少し、曲面の曲率の分布の広がりが広くなることが分かった。この結果に基づけば、曲率の分布パターンによって顔の形状評価を客観的且つ的確に行えることが分かった。

〔実施例３〕
実施例１と同様の三次元形状計測装置によって下記条件で二名の女性（ＩＤ＝６１０、６３０）の顔の凹凸形状を三次元形状情報として計測した。そして、得られた三次元形状情報から下記平均曲率を曲面の曲率として求め、各曲率を前記顔画像にマッピングした曲率の分布を画像表示装置に表示した。また、同じ女性について二次元形状情報から求めた鼻唇溝の曲面の曲率を調べて実施例３の結果と比較した。その結果を図７に示す。
計測対象エリア：鼻唇溝（３．５ｃｍ×７ｃｍ）
曲率計算間隔：７．５ｍｍ
曲率出力間隔：１ｍｍ
平均曲率：実施例１と同じ。

図７に示したように、従来の顔の断面の輪郭形状に基づく二次元形状情報から求めた鼻唇溝の曲率（曲率半径の逆数）は、被験者６３０で０．４７１に対して被験者６１０では０．５０３であり、６１０＞６３０であった。これに対し、三次元形状情報から求めた鼻唇溝の曲面の曲率分布による評価では、鼻唇溝部分の凹み部面積（画素数）が、被験者６３０で１６３９に対して被験者６１０では１２７０であり、６３０＞６１０であった。即ち、後者の方が実際の写真から見られる鼻唇溝の目立ちに近いことが分かった。

本発明の顔の画像合成システムの一実施形態を示す模式図である。 顔の三次元形状情報に基づく曲率の演算方法を説明するための図である。 本実施形態の顔の合成システムで表示される顔の皮膚の凹凸を曲面の曲率分布で表現した状態を示す図である。 実施例において曲面の曲率の顔における分布を表示した結果を示す図である。 頬の特定領域における曲面の曲率の分布の広がりと加齢との関係を示す図である。 頬の特定領域における曲面の曲率と加齢との相関関係を示す図である。 二次元形状情報と三次元形状情報から求められる曲面の曲率による鼻唇溝の目立ちの評価の比較を示す図である。

符号の説明

１ 顔の形状評価システム
２ 三次元形状計測装置
３ 情報記憶装置
４ 演算処理装置
５ 画像表示装置

Claims (4)

1. 三次元形状計測装置で計測した顔の三次元形状情報を用いて、顔の各点における曲面の曲率を求め、該曲率の分布に基づいて前記顔の形状を評価する、顔の形状評価方法。
2. 前記曲率を、前記三次元形状情報における、基準とする一の計測点の座標データと、その周りの複数の方向に延在する他の計測点の座標データとから求める請求項１に記載の顔の形状評価方法。
3. 前記曲率の値に基づいて前記分布を色分けし、該色の広がりから顔の形状を評価する１又は２に記載の顔の形状評価方法。
4. 請求項１に記載の顔の形状評価方法の実施に用いるための顔の画像処理システムであって、
   三次元形状計測装置で計測された顔の三次元形状情報から顔の各点における曲面の曲率を求める演算処理装置と、前記演算処理装置による演算処理結果を前記顔における曲面の曲率分布として表示する画像表示装置とを備えている顔の画像処理システム。