JP2009075109A - コラーゲンの厚みを測定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射された皮膚部位のＲＧＢ及び赤外色画像を得るよう動作可能なカメラを提供する。
【解決手段】得られた画像が次いで、得られた画像において現れる照射皮膚部位２の表面上の位置によって戻される光が照射強度及び表面幾何構造におけるばらつきによって変動する挙動を求めるコンピュータ８に転送される。得られた画像の赤外色チャネルは次いで、求められたばらつきに基づいて正規化され、コラーゲンの厚みの測定値は、得られた画像の処理済赤外色チャネルを利用して求めることが可能である。照射された皮膚部位２の表面上の位置によって戻される光の強度におけるばらつきは、得られた画像を処理して、撮像される表面の３Ｄモデルを生成し、３Ｄモデルを使用して、予め格納された照射レベル・データを選択し、処理することによって求めることが可能である。
【選択図】図２

Description

本出願は、皮膚のコラーゲンの厚みを測定する方法及び装置に関する。特に、本出願は、非侵襲性を有し、皮膚部位（平坦な表面幾何構造を有しない顔など）にわたるコラーゲンの厚みの測定に適した、皮膚のコラーゲンの厚みを測定する方法及び装置に関する。

バーミンガム大学において行われた当初の研究は、皮膚内の光伝送のモデリングにはクベルカ・ムンク（Ｋｕｂｅｌｋａ−Ｍｕｎｋ）理論が十分であるということを示している。散乱係数及び吸収係数を正確に規定することが可能な場合、クベルカ・ムンク理論を可視域における各波長において適用し、対応する戻りスペクトルを得ることが可能である。この予測スペクトルにより、皮膚の色が求められ、この予測スペクトルは組織の組織学的特性に依存する。３つのパラメータにより、健康な皮膚からの戻りスペクトルにおける変動のほとんどが捕捉される。前述の３つのパラメータは、表皮のメラニン濃度、血中濃度、及び真皮乳頭層の厚み（コラーゲンの厚み）である。

皮膚の散乱特性及び吸収特性のモデルとともに、ディジタル・カメラのＲＧＢ応答曲線を使用すれば、既知のスペクトル特性Ｉ（λ）の光により、既知の戻りスペクトルＳ（λ）を備えた皮膚が照射されると、ディジタル・カメラによって測定される画像値の組を算出することが可能である。これは、

として表される、チャネル毎の畳み込み積分を算出することによって行われる。
ここで、Ｒ（λ）、Ｇ（λ）及びＢ（λ）は、赤色チャネル、緑色チャネル、及び青色チャネルの応答曲線であり、ｉ_ｒｅｄ、ｉ_ｂｌｕｅ、及びｉ_{ｇｒｅｅｎ}は、特定の画素においてカメラによって記録された対応する値である。

メラニン濃度、血中濃度、及びコラーゲンの厚みの潜在的な組み合わせを全て扱うことにより、考えられるスペクトル全てを生成することが可能であり、よって、ディジタル・カメラによる測定が可能な考えられる画像値の組全てを生成することが可能である。この情報が得られると、画像値と組織学的パラメータ値との間の関係付けを確立することが可能である。前述の関係付けは、数学的関数として表すことが可能である。

ディジタル・カメラを使用して獲得される画像は、多数の小画素を有し、各画素は、画像値の組（ｉ_ｒｅｄ， ｉ_{ｇｒｅｅｎ} 及びｉ_ｂｌｕｅ）を有する。数学的関数を施し、前述の画像値を組織学的パラメータ値に関係付けることにより、皮膚の画像における各画素においてメラニン濃度及び血液濃度、並びにコラーゲンの厚みの値を得ることが可能である。この情報は次いで、組織学的パラメトリック・マップの形式で表示することが可能である。

メラニン濃度、血中濃度、及びコラーゲンの厚みの測定値を、戻り光Ｓ（λ）の測定から直接求めるには、既知のスペクトル特性Ｉ（λ）の光により、皮膚部位が照射されることが必要になる。したがって、前述の手法を使用する場合、照射レベルが厳密に制御される厳密な校正手順に従うことが必要である。撮像組織の表面幾何構造が変動する、より大きな組織部位が撮像されると、校正がもう可能でなくなり、解析が不正確になるので、このことにより、前述の手法が、小さな皮膚部位の解析に制限される。校正手順が必要になることにより、通常、小さな皮膚部位（現在、直径１５ｍｍ）にわたるマップの生成しか可能でない。

厳密な校正要件によって生じる問題を解消するために、別の手法が開発されている。これは、Ａｓｔｒｏｎ Ｃｌｉｎｉｃａによる、関連する特許出願（国際公開第０４／０１０８６２号）に詳細に記載されている。前述の手法は、実際の画像値でなく、画像値の比を組織学的パラメータと関連付けた数学的関数に依拠する。画像値の比から測定値を求めることにより、校正の必要がなくなる。これは、照射を

によって表すことが可能なケースを検討することにより、数学的に示すことが可能である。

ここで、α_１は、照射強度における変動を捕捉する波長独立のスケーリング因子であり、

は、入射光の波長依存性を捕捉する。組織によって戻される光の量は、組織の組織学的特性、及びカメラに対する組織の角度に依存する。したがって、戻りスペクトルは、

として表すことが可能であり、ここで、α_２は、カメラに対する組織の角度に依存する波長独立のスケール因子であり、

は、撮像組織の組織構造に依存する戻りスペクトルである。この場合、画像値の比は

として表される。ここで、α＝α_１α_２である。照射の変動、及び撮像組織の表面幾何構造における変動によるばらつき全てを捕捉する因子αは上記等式それぞれにおいて相殺され、波長に依存する項のみが残る。よって、画像比は、照射、及び表面幾何構造の何れとも独立であるとみることが可能である。

皮膚組織構造におけるばらつきはその場合、パラメータ空間によって評価することが可能であり、パラメータ空間を備えた各位置に対応するスペクトルがクベルカ・ムンク・モデルを使用して計算される。上記等式を施すことにより、次いで、特定のスペクトルに対応する２つの画像比ｒ_{ｇｒｅｅｎＯｖｅｒＲｅｄ}及びｒ_{ｂｌｕｅＯｖｅｒＲｅｄ}を算出することが可能である。上記手法を使用すれば、表面幾何構造及び照射状態を制御する必要なく、血中濃度及びメラニン濃度の測定を行うことが可能である。

国際公開第０４／０１０８６２号に開示された手法は、効果的であるが、しかし、メラニン濃度及び血中濃度の測定を得ることに制限される。コラーゲンにおける変動が、各波長において同等の影響を及ぼし、したがって、２つのスペクトル測定値の比に影響を及ぼさないので、前述の手法は、コラーゲンの測定の取得には適していない。

したがって、より広い皮膚部位、又は平坦な表面幾何構造を有しない顔などの皮膚部位にわたる、皮膚のコラーゲンの厚みの測定を得ることができる別のシステムが望まれる。

光の皮膚との相互作用
理解に資するために、本発明のいくつかの特定の実施例を説明する前に、皮膚の物理的構造、及び皮膚の光との相互作用をまず、図１を参照して簡単に説明する。

図１に示すように、皮膚は、外側の角質層５０、表皮５２、及び真皮を含む層構造を有し、真皮自体は、皮膚の血液供給５５を含む真皮乳頭５４、及び網状真皮５６に分けることが可能である。

光が皮膚上に入射すると、光の多くは、外側の角質層５０に接触すると直ちに反射される。しかし、入射光の一部は、角質層５０を通過し、表皮５２及び真皮乳頭５４の構成要素との相互作用に進む。

光が、表皮５２及び真皮乳頭５４を通過するにつれ、皮膚内に存在している種々の発色団（皮膚全体に存在している線維性の物質であるコラーゲン５８、表皮５２内のメラノサイト５７によって生成される色素、メラニン、真皮乳頭５４における血管５５内の血中に存在しているヘモグロビンなどの発色団など）によって吸収される。入射光が網状真皮５６に達した時点までに、光の散乱は、概ね順方向であり、したがって、その理由で、網状真皮５６は、事実上、光を何ら戻さないとみなすことが可能である。

表皮５２及び真皮乳頭５４内に存在する発色団が種々の波長を吸収することに加えて、皮膚内の特定の構造（特にコラーゲン５８）により、入射光が反射される。したがって、皮膚の外観は、角質層５０によって直ちに反射される光、並びに、表皮５２および真皮乳頭５４に存在している発色団と相互作用した戻り光との混合であるとみなすことが可能である。

第１の実施例
次に、本発明の一実施例による、コラーゲンの厚みを測定するシステムの概略構成図である図２を参照して本発明の第１の実施例を説明する。

この実施例によれば、赤色画像、緑色画像、青色画像、及び赤外色画像を得るよう動作可能なディジタル・カメラ１を提供する。ディジタル・カメラ１は、光源３によって照射される個人２の画像を得るよう構成される。第１の偏光フィルタ４がディジタル・カメラ１のレンズの手前に設けられ、第１の偏光フィルタと交差偏光された第２の偏光フィルタ５が光源３の手前に設けられる。可視スペクトル内の光の正則グリッド・パターンを、撮像されている個人２の部位上に投影するよう構成されたフリンジ・プロジェクタ６も設けられる。

真皮乳頭５４及び表皮５２における発色団の分布及び濃度の測定を得るためには、表皮５２及び真皮乳頭５４において存在している発色団と相互作用する戻り光の測定を行うことが可能であるように、角質層５０による光の直接反射の影響を除去する必要がある。皮膚内のコラーゲン５８との光の相互作用はその偏光を失わせるようなものであるので、交差偏光フィルタ４、５を設けることにより、光源３の手前にある偏光フィルタ５を通過し、皮膚の他の層と相互作用することなく、角質層５０によって直接反射される、光源３からの光は、ディジタル・カメラ１のレンズの手前にある偏光フィルタ４によってフィルタリングされる。ディジタル・カメラ１によって得られる画像データはそれにより、表皮５２及び真皮乳頭５４の構造と相互作用した皮膚によって戻される光のみを表すことになる。

ディジタル・カメラ１によって得られた画像は次いで、ディスク９上に設けられたソフトウェアにより、又は、いくつかの機能モジュール１５乃至２０に構成される対象の通信ネットワークを介して電気信号１０を受信することにより構成されるコンピュータ８に送信される。それにより、コンピュータ４は、ディジタル・カメラ１から受信された画像データを処理して、ディスプレイ１上に示される出力画像を生成する。詳細に説明するように、機能モジュール１５乃至２０の処理は、ディジタル・カメラ１から受信された画像データを処理し、撮像されている個人２の皮膚部位内のコラーゲンの厚みを表すコラーゲン・マップを生成するようなものである。

図２に示す機能モジュール１５乃至２０は、本願の特許請求の範囲記載発明の作用の理解に資するための概念的なものに過ぎず、ソフトウェアのソース・コードにおけるコード・ブロックと直接対応しないことが特定の実施例においてあり得る。他の実施例では、図示した機能モジュール１５乃至２０によって行われる機能は別々のモジュールに分けることができるか、又は別々の機能について、同じモジュールの再使用によって行うことができる。

この実施例では、機能モジュール１５乃至２０は、フリンジ・プロジェクタ６が正則グリッド・パターンを投影して、撮像される表面の３Ｄワイヤー・メッシュ・モデルを生成する個人２のＲＧＢ画像データを処理するモデル生成モジュール１５、モデル生成モジュール１５によって生成されたモデルを処理して、光源３による、個人の皮膚の表面の照射の強度の推定値を求めるための照射判定モジュール１６及び照射校正モジュール１７、並びに、個人の赤外色画像を併せて処理するコラーゲン算出モジュール１８及びコラーゲン・ルックアップ・テーブル２０を有し、ワイヤー・メッシュ・モデルは、モデル生成モジュール１５によって生成され、照射強度データは照射判定モジュール１６から受信されて、撮像されている、個人の皮膚部位におけるコラーゲンの厚みを示すコラーゲン・マップを生成する。

既知のスペクトルを有する光により、皮膚が照射されると、ディジタル・カメラ１によって測定される画像値から、真皮乳頭層５４の厚み（コラーゲンの厚み）の測定値を求めることが可能であることが知られている。しかし、皮膚部位の表面幾何構造が実質的に平坦でない場合、照射状態を制御して照射のばらつきをなくすことは可能でない。この問題を解消するためには、この実施例における皮膚部位の照射の制御を試行するよりも、モデル生成モジュール１５、照射判定モジュール１６、照射校正テーブル１７、及びコラーゲン算出モジュール１８の協働により、判定する対象の皮膚組織構造と無関係に、皮膚の表面から戻される光の強度の推定測定が可能になる。したがって、この測定は、照射及び表面幾何構造におけるばらつきによって生じるばらつきを同定する。次いで、皮膚の表面の位置におけるコラーゲンの厚さの測定値は、照射及び表面幾何構造における同定されたばらつきを補正するよう受信赤外色照射強度値を正規化し、次いで、正規化データをコラーゲンの厚みの測定値に変換することによって求めることが可能である。

次に、図２のコラーゲンの厚みを測定する装置の詳細な処理は、図２のコラーゲンの厚みを測定する装置によって行われる処理の流れ図である図３を参照して詳細に説明する。

コラーゲンの厚みを測定する装置によって行われる処理
個人の画像が得られる前に、装置はまず、照射校正テーブル１７において照射校正データを格納することにより、校正される（Ｓ３−１）。この照射校正データは、光源３によって生成される光の赤外色光強度がボリューム内で変動する様子を示す。このことは、個人２が後に、偏光フィルタ４を介して光源３によって照射されて撮像されるボリューム内の特定の位置に保持される平坦なプレーン・シートの一連の画像を、ディジタル・カメラ１を使用して得ることによって達成される。

よって、３０ｃｍ×３０ｃｍ×３０ｃｍのボリュームの場合、ボリューム内で一定距離をおいて（すなわち、例えば５ｃｍだけ隔てられて）、ディジタル・カメラ１の画像平面に対して平行に保持される白色のブランクシートの一連の画像を得ることが可能である。次いで、前述の画像の赤外色値が、シートが保持された距離を示すデータとともに照射校正テーブル１７内に格納される。この実施例では、ディジタル・カメラ１は、赤色画像、緑色画像、青色画像、及び赤外色画像を得るよう動作可能なディジタル・カメラを有する。カメラによって得られる画像はよって、大きな画素アレイの場合、０乃至２５５の範囲内のＲ、Ｇ、Ｂ及びＩＲの値を有し、ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂ及びＩＲの値は、カメラ内の受光器によって受光される光の程度を示し、画像内の画素毎の値は、赤色、緑色、青色、及び赤外色のようにみえる。ここで、完全なコールド・ブラック色の画素は０、０、０、０のＲ、Ｇ、Ｂ及びＩＲの値を有し、暖かいブライト・ホワイト色の画素は、２５５、２５５、２５５、２５５のＲ、Ｇ、Ｂ及びＩＲの値を有する。したがって、照射校正テーブル１７に格納されたデータは、カメラによって得られた画像内の画素毎に、校正データが得られるシ―ト距離毎の赤外色光強度値を含む。ここで、赤外色光強度値は、得られた画像のＩＲ値に対応する。

照射校正テーブル１７に照射校正データを格納すると、照射校正データが格納されているボリュームの少なくとも一部を占める個人２の画像が次いで得られ（Ｓ３−２）、一方で、フリンジ・プロジェクタ６は、正則グリッド・パターンを、撮像されている表面上に投影する。表面によって反射されるこの正則グリッドの外観は、画像内の別々の位置における個人の皮膚の表面の相対距離によってグリッドの歪みが変動するようなものである。

画像のＲ、Ｇ、及びＢの値を次いで、モデル生成モジュール１５に転送し、モデル生成モジュール１５は、受信色画像を処理して（Ｓ３−３）、撮像されている個人２の表面を表すワイヤー・メッシュ・モデルを生成する。Ｖｉａｌｕｘ ＧｍｂＨ， Ｒｅｉｃｈｅｎｈａｉｎｅｒ， Ｓｔｒａｓｓｅ ８８， ０９１２６ Ｃｈｅｍｎｉｔｚ， Ｇｅｒｍａｎｙより入手可能なＺスナッパにおいて行われるものなどの通常のやり方での投影グリッドを含む画像のＲ、Ｇ、Ｂの値を処理することによって達成される。モデル生成モジュール１５の表面モデルを処理した結果として生成された個人２の３Ｄワイヤー・メッシュは次いで、照射判定モジュール１６及びコラーゲン算出モジュール１８に転送される。

照射判定モジュール１６は、表面モデルを受信すると、偏光フィルタ１を介してカメラ１によって認識されるように撮像される個人２の皮膚の表面上に当たる赤外色光の強度の、ディジタル・カメラ１によって得られる画素毎の算出に進む（Ｓ３‐４）。

これは、画素の中心に対応する、モデル生成モジュール１５によって生成されるワイヤー・メッシュ・モデルの表面上の位置を、照射判定モジュール１６が、ディジタル・カメラ１によって得られた画像内の画素毎に算出することによって達成される。照射判定モジュール１６は次いで、画素が表す位置に最も近い２つの距離に対する照射校正テーブル１７の値から画素の赤外色照射強度値を補間する。この実施例では、これは、校正データが格納されている最も近い位置に対する個人２の表面上の位置についての相対距離に基づいて画素の照射校正テーブル１７に格納された赤外色照射強度値の単純な線形補間によって達成される。

この処理は、ディジタル・カメラ１によって得られる画像内の個々の画素毎に繰り返され、個人２の表面を表す画素に対応する画素全てに対して個人２の表面上に光源３からの赤外色光が当たる強度を表す赤外色照射強度データは次いで、コラーゲン算出モジュール１８に転送される。

コラーゲン算出モジュール１８は、表面モデルを表すデータ、及び赤外色照射強度データを受信すると、表面モデル・データ及び赤外色照射強度データを利用して、光源３に基づいて個人２の表面によって戻される照射の期待量を求め、ディジタル・カメラ１から受信された赤外色チャネル画像を修正して、光源３による不規則な照射、及び表面幾何構造における差によって生じるばらつきを補正することに進む（Ｓ３−５）。

より具体的には、赤外色照射強度データをまず処理して、前述のデータを修正して、照射校正テーブル１７における照射校正データの生成に使用される校正シートと対照的に、撮像する対象の個人の表面は、ディジタル・カメラ１とちょうど同じ平面内に配向されていないことを補正する。向きにおける差は、別個の２つの影響をもたらす。

まず、カメラ１によって受光される光の量は、撮像される表面の相対角度に依存する。このばらつきを補正するために、特定の画素の照射強度データは、ｃｏｓθに比例する因子で修正する必要がある。ここで、θは、ディジタル・カメラ１の画像平面に垂直に、ディジタル・カメラのレンズの中心を通過する光線と、撮像される位置における個人２の表面の法線の向きとの間の差である。

ｃｏｓθに比例する因子に加えて、皮膚によって反射される光の場合、戻り光の割合は、皮膚内に存在しているコラーゲンとの相互作用、及び内部反射に依存する。前述の内部的な相互作用の、反射光の量に対する影響は、ｃｏｓ^２θに比例する。

よって、この実施例では、ディジタル・カメラによって得られる画像の照射強度データは、画素に対応する、個人２の表面上の位置を、受けとられたＩＲ画像内の画素に対してまず同定することによって修正される。次いで、前述の位置におけるワイヤー・メッシュ・モデルの表面の相対的な向きをディジタル・カメラの画像平面に平行な表面と比較する。次いで、画素の正規化された赤外色測定値は、補正因子Ｋで乗算された対応する赤外色照射強度値で画素の前述の赤外色値を除算することによって求めることが可能である。ここで、

である。ここで、λは、いくつかの別々の皮膚標本の平均値をとることによって算出することが可能な皮膚の反射特性を測定することによって得られる実験値である。

とりわけ傾斜した画素に対応する画素の測定により、高精度な値が戻されないので、この実施例におけるコラーゲン算出モジュール１８は、傾斜した表面を表す画素に対して、修正された赤外色値を、後に、前述の画素に対してコラーゲン・マップ・データが生成されないようにナル値に設定する。コラーゲン算出モジュール１８がナル値に値を設定し得る通常の範囲は、θが４５°よりも大きな画素全てとなる。

赤外色画像における画素全てについてこの処理が完了すると、光源３及び表面幾何構造による、照射強度におけるばらつきは、発色団との相互作用がない状態で撮像された個人の表面幾何構造、及び光源３の反射光の期待レベルを表す値で除算されるので赤外色測定値から除去されることになる。次いで（Ｓ３−６）、前述の正規化された赤外色強度値は、コラーゲンの厚みの種々のレベルに対して皮膚表面によって戻される赤外色光の割合のデータを格納するコラーゲン・ルックアップ・テーブル２０にアクセスすることにより、コラーゲンの厚みに変換される。

次いで（Ｓ３−７）、撮像される個人２の皮膚のコラーゲンの厚みのばらつきを示す画像が出力され、ディスプレイ画面１１上に表示される。

第２の実施例
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第２の実施例を説明する。

第１の実施例では、表面幾何構造及び照射におけるばらつきを補正するよう正規化された一連の赤外色画像画素値に基づいてコラーゲンの厚みが求められる、コラーゲンの厚みを測定する装置を説明した。赤外色値に基づいて得られる、コラーゲンの厚みは通常、正確である。皮膚の表面から戻される赤外周波数の光は、血液やメラニンなどの他の発色団が存在していることによって実質的に影響を受けないからである。しかし、次に説明するように、血液及びコラーゲンが存在していることによって生じるばらつきを補正することにより、コラーゲンの測定値の精度を向上させることが可能である。

本発明の第２の実施例の概略構成図である図４を参照すれば、図４の装置は、コンピュータ８のメモリ内に更なる３つの機能モジュールが設けられている以外は、図２の装置と同じである。前述の更なるモジュールは、球変換モジュール２１、発色団判定モジュール２２、及び発色団変換テーブル２４を含む。本発明のこの実施例では、以下に説明するように、前述の更なる３つの機能モジュールは、ディジタル・カメラ１によって得られた赤色画像データ、緑色画像データ、及び青色画像データを処理して、撮像されている個人の皮膚内に存在している血液及びメラニンの濃度を求める。前述の発色団分布データは次いで、コラーゲン算出モジュール１８に転送される。コラーゲン算出モジュール１８は次いで、この発色団分布データを、正規化された赤外色画素データと共に利用して、修正されたコラーゲン・ルックアップ・テーブル２０にアクセスする。これにより、発色団分布及び修正された赤外色値をコラーゲンの厚みの測定値に変換することが可能になる。

図４の装置によって行われる処理は、図５に示す流れ図に示す。

まず、先の実施例と同様に、校正データが格納された後、画層データを取得し、処理して、皮膚表面における赤外色光強度を示す値を求める（Ｓ５‐１）。この処理は、工程（Ｓ３‐１乃至Ｓ３‐４）に関して先の実施例において説明したものと同じであり、よって、ここでは繰り返さない。

この処理に加えて、ディジタル・カメラ１によって得られた画像のＲＧＢ値も球変換モジュール２１に転送される。次いで（Ｓ５−２）、球変換モジュール２１は、画像内の画素毎の通常のＲＧＢデータを、対応する球座標組θ Ψ ｒに変換する。ここで、球角度θ及びΨは、ディジタル・カメラ１によって捕捉された画像内の個々の画素によって表される色相及び色度を実質的に示し、半径方向の座標は、画素の輝度を実質的に示す。

前述の変換は、

により、通常のやり方で達成される。

変換は、ディジタル・カメラ１によって生成されるＲＧＢ画像の元の画素アレイ内の画素毎に行われる。変換の結果は、元の画像内の画素毎の球座標組θΨである。

得られるθ値及びΨ値が照射強度と無関係であり、その代わりに、撮像されている皮膚内の血液及びメラニンの濃度に依存するに過ぎないので、ＲＧＢ値を球座標に変換することの影響は、色値の比の算出と同様である。球変換モジュール２１が、画像のＲＧＢ値を球座標に変換した後、θ値及びΨ値の対のアレイが発色団判定モジュール２２に転送され、発色団判定モジュール２２は、アレイを処理して（Ｓ５−３）、撮像されている個人２の皮膚の表面上の個々の位置における血液及びメラニンの濃度を示す値を得ることに進む。

この実施例では、これは、πと−πとの間の値、及び０とπ／２の間の値を含むのでなく、スケーリングされたθ値及びΨ値が、０と２５５との間の範囲内の値の整数を含むようにθ値及びΨ値をスケーリングすることにより、アレイ内の画素毎のθ値及びΨ値の対それぞれを順に処理することによって達成される。次いで、前述のスケーリングされたθ値及びΨ値を利用して、発色団変換テーブル２４にアクセスする。これは、この実施例では、スケーリングされたθ値及びΨ値の座標の対を、前述のスケーリングされたθ値及びΨ値をもたらす原因である血液及びメラニンの濃度の対と関連付けた２５５×２５５ルックアップ・テーブルである。この実施例では、発色団変換テーブル２４は血中濃度及びメラニン濃度を種々のθ値及びΨ値と関連付けたテーブルを含み、θ値及びΨ値は、皮膚の色空間の期待範囲内に収まる。発色団変換テーブル２４内に発色団濃度データが格納される範囲外に特定の画素のθ値及びΨ値の組み合わせが収まる場合、この実施例では、発色団判定モジュール２２は、画素の値がθ及びΨの場合、画素の血中濃度及びメラニン濃度に対してナル値を戻す。この発色団データは次いで、コラーゲン算出モジュール１８に転送される。

この段階で、コラーゲン算出モジュール１８は、撮像されている個人２の表面を表す表面モデル、個人２の表面上に当たる赤外色光強度を表す赤外色光強度を表す赤外色照射強度データ（コンピュータ８のメモリに照射校正データ１７が格納されている校正シートの特性を皮膚表面が共有している場合にディジタル・カメラ１によって受け取られることになる）、赤外色画像、並びに、画像内の画素毎の血中濃度値及びメラニン濃度値の対を受け取ることになる。次いで、コラーゲン算出モジュール１８は、先の実施例と同様に、画像内の画素毎に個人２の皮膚の表面の相対的な向きの角度を求め、第１の実施例に関して上述したように、３Ｄ表面モデル及び照射強度データを使用して、表面幾何構造によるばらつきを補正するよう、受け取られた赤外色データを正規化することに進む（Ｓ５−４）。

次いで（Ｓ５‐５）、コラーゲン算出モジュール１８は、修正されたコラーゲン・ルックアップ・テーブル２０にアクセスすることにより、発色団分布データ及び修正された赤外色値を使用して画像内の画素毎にコラーゲンの厚みの値を算出する。ここで、修正されたコラーゲン・ルックアップ・テーブル２０は、皮膚標本に期待される修正赤外色値並びに血中濃度及びメラニン濃度の考えられる組み合わせ全てに対する、コラーゲンの厚みの測定値を格納している。

このことが、赤外色画像及びその関連発色団分布値における個々の画素毎に繰り返されると、得られたコラーゲンの厚みの値に基づいたコラーゲン・マップが出力され、表示される（Ｓ５‐６）。

よって、このようにして、血中濃度及びメラニン濃度のアレイを求め、発色団濃度及び赤外色値をコラーゲンの厚みと関連付けたコラーゲン・ルックアップ・テーブル２０にデータを格納することにより、血液及びメラニンが存在していることによって生じる赤外色光の戻り量におけるばらつきを補正する改良されたコラーゲンの厚みの測定を得ることが可能である。

第３の実施例
次に、本発明の第３の実施例を説明する。前述の２つの実施例では、個人の皮膚の表面から戻された期待光量が、皮膚部位の表面の３Ｄワイヤー・メッシュ・モデルを生成し、格納された照射強度データにアクセスすることにより、算出される。この実施例では、フリンジ・プロジェクション・システム６がない状態でディジタル・カメラ１によって受け取られる画像データから直接、照射強度データが求められる別のシステムを説明する。

最初の２つの実施例と同様に、この実施例における装置は、偏光フィルタ５を介して光源３によって照射された個人２の画像を得るよう構成されたディジタル・カメラ１を有する。やはり、最初の２つの実施例と同様に、光源３の手前にある偏光フィルタ５と交差偏光されるように構成された別の偏光フィルタ４がディジタル・カメラ１のレンズの手前に設けられる。

この実施例では、ディジタル・カメラ１は、データを処理し、コラーゲンの厚みを表すコラーゲン・マップ（ディスプレイ１１上に示される）を生成するコンピュータ８に転送される赤色画像、緑色画像、青色画像、及び赤外色画像を得るよう構成される。その目的で、コンピュータ８は、ディスク９又は電気信号１０により、いくつかの機能モジュール１８乃至３４に構成される。機能モジュール１８乃至３４はこの実施例では、第２の実施例に関して前述したものと同様に、コラーゲン算出モジュール１８、コラーゲン・ルックアップ・テーブル２０、球変換モジュール２１、発色団判定モジュール２２、及び発色団変換テーブル２４を有する。この実施例では、機能モジュールは更に、画像生成モジュール３０、逆変換テーブル３２、及び照射判定モジュール３４も有する。

詳細に後述するように、画像生成モジュール３０及び逆変換テーブル３２によって行われる処理は、発色団判定モジュール２０によって生成された求められた発色団分布を処理して、コラーゲンの厚みにおけるばらつきがない状態で一様な照射状態下で、求められた血中濃度及びメラニン濃度が現れることを表す導出画像を生成するようなものである。次いで、照射強度のばらつきを示す照射強度データを算出する照射判定モジュール３４によって、前述の導出画像を、ディジタル・カメラ１から受け取られたＲＧＢ画像と比較する。この照射強度データを次いで、コラーゲン算出モジュール１８によって利用して、照射のばらつきによって生じるばらつきをなくすよう赤外色画像データを正規化する。前述の正規化された赤外色データを次いで、発色団判定モジュール２２によって判定された発色団分布データと併せて利用して、第２の実施例においてコラーゲン算出モジュール１８によって行われる処理と同様にコラーゲン・ルックアップ・テーブル２０内に格納されたコラーゲンの厚みの測定値にアクセスする。

図７は、本発明のこの実施例において行われる、コンピュータ８の処理の流れ図である。最初に（Ｓ７‐１）、ディジタル・カメラ１がＲＧＢ及び赤外色画像データを取得し、個人２が光源３によって照射される。画像データのＲＧＢ部分は次いで、球変換モジュール２１に転送される。球変換モジュール２１は、第２の実施例の工程（Ｓ５‐２）に関して前述したものと全く同様にＲＧＢデータを球座標θ Ψ ｒに変換する（Ｓ７‐２）。

球変換モジュールによって求められたθ値及びΨ値は次いで、発色団判定モジュール２２に転送される。発色団判定モジュール２２は、第２の実施例の工程（Ｓ５‐３）に関して前述したものと全く同様に発色団変換テーブル２４にアクセスすることにより、血中濃度値及びメラニン濃度値にθ値及びΨ値を変換する。

この発色団分布データは次いで、球変換モジュール２１によって生成されたｒ輝度値とともに画像生成モジュール３０に転送される。画像生成モジュール３０は、シミュレートされた画像をこのデータを使用して生成する（Ｓ７‐４）。より具体的には、画像生成モジュール３０は、発色団分布データを利用して、コラーゲンの厚みが一様であり、照射状態が一様な状態下で、同定された発色団濃度を含む皮膚の色相及び色度を表す対応するθ値及びΨ値に血中濃度及びメラニン濃度を関連付けたルックアップ・テーブルである逆変換テーブル３２にアクセスすることに進む。したがって、この逆変換テーブル３２は、発色団変換テーブル２４に格納された血液及びメラニンの測定値にθ値及びΨ値を変換する関数に対応する逆関数を表すデータである。発色団分布においてナル値と関連付けられる画素の場合、θ値及びΨ値は求められない。

次いで、画像生成モジュール３０は、生成されたθ値及びΨ値、並びに、元の球変換モジュール２１から受け取られたｒ値をＲＧＢデータに

の等式を使用して変換することにより、血中濃度及びメラニン濃度の求められたレベルに基づいて導出画像を生成する。

次いで、前述の導出画像は、照射判定モジュール３４に転送される。

この時点で、照射判定モジュール３４は、元の画像及び導出画像における対応する画素について、Ｒ値における差を算出することにより、照射強度データを求める（Ｓ７−５）。画像生成モジュール３０によって生成される画像データは、一様な照射状態下で、同定された発色団分布を有する画素の期待された生起を表す逆変換テーブル３２を使用して生成されるので、この差分演算の影響は、表面幾何構造及び光強度におけるばらつきにより、光源３による個人２の照射が一様でない様子を示したものを得ることである。

この照射強度データは次いで、コラーゲン算出モジュール１８に転送され、コラーゲン算出モジュール１８は、画像内の画素の赤色チャネルの照射強度データで赤外色画素データそれぞれを除算することにより、赤外色画素データを修正する（Ｓ７‐６）。

次いで（Ｓ７‐７）、コラーゲン算出モジュール１８は、第２の実施例に関して前述したものと同様に、各画素に関連付けられた血液及びメラニンの発色団分布データ及び修正された赤外色データを利用することにより、コラーゲンの厚みの測定値を画素毎に算出して、コラーゲン・ルックアップ・テーブル２０において、対応するコラーゲンの厚みの測定値をルックアップし、生成されたコラーゲン・マップが次いで出力され、ディスプレイ１１上に表示される。

別の実施例及び修正
第１の実施例では、正規化された照射強度値が、λに依存する補正因子を使用することにより算出されるものとして記載され、実験値は、いくつかの別々の皮膚標本からの平均値をとることによって算出される皮膚の個々の特性を測定することによって得られる。皮膚によって反射される光の割合は、年齢によって変動するコラーゲンの品質に依存する。一実施例では、一連のλ値は、種々の年齢について格納することが可能であり、撮像されている個人の年齢を利用して適切なλ値を選択することが可能である。あるいは、λ値は、個人の一部分の撮像皮膚の標本を得ることにより、個人について特に算出することが可能であり、ここで、コラーゲンの厚みは、実質的に一定であることが知られている。標本化に適した部位には、顔の額にわたる部位がある。前述の標本部位により、赤外色光が戻される程度を利用して、光強度の正規化に適切なλ値を選択することが可能である。

前述の実施例では、コラーゲンの厚みの値は、皮膚により、赤外色光が戻される量の測定値に基づいて算出されるものとして説明している。上述のように、赤外色光を使用した測定が好ましい。赤外色光の戻りは、他の発色団が存在していることによって実質的に影響を受けないからである。他の実施例では、他の波長帯を利用してコラーゲンの厚みの測定を得ることが可能である。しかし、他の波長帯を使用することは、第２の実施例及び第３の実施例において説明しているものなどのように、測定値に影響を及ぼす他の発色団の濃度を得ることが可能である場合にのみ可能である。

第３の実施例では、光強度のばらつきのデータは、赤色チャネル・データにおける差から導出されたものとして説明しているが、他の手法を使用して、戻り光の強度を求めることが可能である。よって、例えば、他の色チャネルを利用することが可能である。あるいは、別々のいくつかの色チャネルの平均強度を代わりに利用することができる。

第２の実施例及び第３の実施例では、球座標を発色団濃度と関連付けたルックアップ・テーブルを利用して血中濃度及びメラニン濃度のデータが求められるシステムを説明しているが、発色団濃度の近似値を測定するための別の手段が存在している。よって、例えば、球座標への変換を行う代わりに、色値の比を利用することが可能である。更なる代替策には、血液及びメラニンにおけるばらつきが、皮膚の標本部位について見かけの色における主なばらつきとほどほどに良く相関しているので、画像において現れるばらつきの主成分分析を行うことがある。

最初の２つの実施例では、３Ｄモデル・データは、フリンジ・プロジェクタ６を使用して得られ、画像データは、Ｖｉａｌｕｘ ＧｍｂＨから入手可能なものなどのＺスナッパを使用したデータの処理と同様に得られるものとして説明している。撮像される個人２の表面の３Ｄワイヤー・メッシュ・モデルを生成する何れかの適切な手法を代わりに使用することが可能である。よって、例えば、表面に対する正則グリッドの投影に基づいたシステムを有する代わりに、立体撮像システムを使用してモデル表面を生成することが可能である。

図面を参照して説明した本発明の実施例は、コンピュータ装置、及びコンピュータ装置において実行される処理を含むが、本発明は、本発明を実施するよう適合されたコンピュータ・プログラム（特に、担体上又は担体内のコンピュータ・プログラム）にも及ぶ。プログラムの形式は、ソース・コードの形式、若しくはオブジェクト・コードの形式、又は、本発明による処理の実現における使用に適切な何れかの他の形式であり得る。担体は、プログラムを収容することができるエンティティ又は装置であり得る。

例えば、担体は、ＲＯＭ（例えば、ＣＤ ＲＯＭや半導体ＲＯＭ）などの記憶媒体、又は、磁気記録媒体（例えば、フロッピー（登録商標）・ディスクやハード・ディスク）を含み得る。更に、担体は、電気ケーブル若しくは光ケーブルを介して、又は無線や他の手段によって伝えることができる電気信号や光信号などの伝達可能な担体であり得る。

ケーブル、又は、他の装置若しくは手段によって直接伝えることができる信号においてプログラムが実施される場合、担体は、前述のケーブル、又は他の装置若しくは手段によって構成することができる。

あるいは、担体は、プログラムが埋め込まれた集積回路であり得るものであり、集積回路は、適切な処理を行うよう適合されるか、又は適切な処理の実行に使用されるよう適合される。

皮膚の構造と、前述の構造の入射光との相互作用を示す、皮膚の層を通して切断した概略断面図である。 本発明の第１の実施例による、コラーゲンの厚みを測定するシステムの概略構成図である。 図１の、コラーゲンの厚みを測定するシステムによって行われる処理の流れ図である。 本発明の第２の実施例による、コラーゲンの厚みを測定するシステムの概略構成図である。 図４の、コラーゲンの厚みを測定するシステムによって行われる処理の流れ図である。 本発明の第３の実施例による、コラーゲンの厚みを測定するシステムの概略構成図である。 図６の、コラーゲンの厚みを測定するシステムによって行われる処理の流れ図である。

符号の説明

１ カメラ
２ 皮膚部位
３ 光源

Claims (15)

1. 皮膚のコラーゲンの厚みを測定する装置であって、
   照射された皮膚部位の画像を得るよう動作可能なカメラと、
   皮膚の標本を撮像するボリュームにおいて照射強度が変動する挙動の測定を示すデータを格納する照射校正テーブルと、
   受け取られた画像を処理して、撮像される皮膚部位の表面の３次元モデルを生成するよう動作可能なモデル生成モジュールと、
   前記照射校正テーブルに格納されたデータ、及び前記モデル生成モジュールによって生成される３次元モデルを処理して、照射強度及び表面幾何構造におけるばらつきによって、撮像される皮膚部位によって戻される光が変動する挙動の推定値を求めるよう動作可能な表面照射判定モジュールと、
   撮像される皮膚部位によって戻される光が照射強度及び表面幾何構造におけるばらつきによって変動する挙動の前記求められた推定値に基づいて、得られた画像の少なくとも１つの色チャネルを処理するよう動作可能な照射正規化モジュールと、
   得られた画像の処理済色チャネルを利用して、コラーゲンの厚みの測定値を求めるよう動作可能なコラーゲン判定モジュールとを備える装置。
2. 請求項１記載の装置であって、撮像される皮膚部位の表面上にパターンを投影するよう動作可能なプロジェクタを更に備え、前記モデル生成モジュールは、前記プロジェクタによってパターンが投影される皮膚部位の受け取られた画像を処理して、撮像される皮膚部位の表面の３次元モデルを生成するよう動作可能なプロジェクタを更に備える装置。
3. 請求項１記載の装置であって、前記表面照射判定モジュールは、
   撮像される皮膚の表面上に当たる光の強度の推定値を求め、
   画像を得るカメラの画像平面に対する、皮膚の表面の相対的な向きに基づいて皮膚の表面上に当たる光の推定強度を修正することにより、
   前記照射校正テーブルに格納されたデ―タ、及び前記モデル生成モジュールに生成される３次元モデルを処理して、撮像される皮膚部位によって戻される期待光強度の推定値を求めるよう動作可能な装置。
4. 請求項１記載の装置であって、前記コラーゲン判定モジュールは、処理済色チャネルの測定値を戻す、コラーゲンの厚みと、処理済み色チャネルの測定値を関連付けるルックアップ・テーブルを備える装置。
5. 請求項１記載の装置であって、
   受け取られた画像を処理して、得られた画像内に現れる皮膚部位内の血液及びメラニンの濃度及び分布の推定値を求めるよう動作可能な発色団測定モジュールを備え、前記コラーゲン判定モジュールは、得られた画像の前記処理済色チャネル、及び前記発色団測定モジュールによって生成される皮膚部位における血液及びメラニンの濃度及び分布の推定値を利用してコラーゲンの厚みの測定値を求めるよう動作可能な装置。
6. 請求項１記載の装置であって、
   偏光された光により、皮膚部位を照射するよう動作可能な光源を更に備え、
   前記カメラは、前記皮膚部位を照射するよう動作可能な光源と同じ偏光を有する光を除去するよう動作可能な偏光フィルタを介して前記光源によって照射される皮膚部位の画像を得るよう動作可能な装置。
7. 皮膚のコラーゲンの厚みを測定する装置であって、
   照射された皮膚部位の画像を得るよう動作可能なカメラと、
   受け取られた画像を処理して、得られた画像において現れる皮膚部位内の血液及びメラニンの濃度及び分布の推定値を求めるよう動作可能な発色団測定モジュールと、
   得られた画像において現れる皮膚部位内の血液及びメラニンの濃度及び分布の生成された推定値を利用して、表面幾何構造及び照射におけるばらつきによって生じる、照射された皮膚部位によって戻される光の強度のばらつきの推定値を求めるよう動作可能な照射判定モジュールと、
   撮像される皮膚部位によって戻される光が照射強度及び表面幾何構造におけるばらつきによって変動する挙動の前記求められた推定値に基づいて、得られた画像の少なくとも１つの色チャネルを処理するよう動作可能な照射正規化モジュールと、
   得られた画像の処理済色チャネルを利用して、コラーゲンの厚みの測定値を求めるよう動作可能なコラーゲン判定モジュールとを備える装置。
8. 請求項７記載の装置であって、前記コラーゲン判定モジュールは、処理済色チャネルの測定値、並びに、血液及びメラニンの濃度を、コラーゲンの厚み、並びに、血液及びメラニンの濃度と関連付けるルックアップ・テーブルを備え、前記ルックアップ・テーブルにより、前記処理済色チャネルの測定値が戻される装置。
9. 請求項７記載の装置であって、
   偏光された光により、皮膚部位を照射するよう動作可能な光源を更に備え、
   前記カメラは、前記皮膚部位を照射するよう動作可能な光源と同じ偏光を有する光を除去するよう動作可能な偏光フィルタを介して前記光源によって照射される皮膚部位の画像を得るよう動作可能な装置。
10. 皮膚のコラーゲンの厚みを測定する方法であって、
    皮膚標本を撮像するボリュームにおいて照射強度が変動する挙動の測定値を格納する工程と、
    照射された皮膚の部位の画像を得る工程と、
    得られた画像を処理して、撮像される皮膚の部位の表面の３次元モデルを生成する工程と、
    前記生成された３次元モデル、及び格納された照射測定値を利用して、撮像される皮膚部位が照射強度及び表面幾何構造におけるばらつきによって変動する挙動の推定値を求める工程と、
    撮像される皮膚部位によって戻される光が照射強度及び表面幾何構造におけるばらつきによって変動する挙動の前記求められた推定値に基づいて、前記得られた画像の少なくとも１つの色チャネルを処理する工程と、
    前記得られた画像の前記処理された１つの色チャネルを利用してコラーゲンの厚みの測定値を求める工程とを含む方法。
11. 請求項１０記載の方法であって、生成された３次元モデルを利用して、撮像される皮膚部位によって戻される光の期待強度の推定値を求める工程は、
    撮像される皮膚の表面上に当たる光の強度の推定値を求める工程と、
    撮像される皮膚の表面の前記生成された３次元モデルを利用して、カメラの画像平面に対する、皮膚の表面の相対的な向きに基づいて皮膚の表面上に当たる光の推定強度を修正することにより、皮膚の部位によって戻される光の期待強度を求める工程とを含む方法。
12. 請求項１０記載の方法であって、
    受け取られた画像を処理して、得られた画像内に現れる皮膚の部位内の血液及びメラニンの濃度及び分布の推定値を求める工程を更に含み、コラーゲンの厚みの測定値を求める工程は、皮膚の部位内の血液及びメラニンの濃度及び分布の前記求められた推定値を利用してコラーゲンの厚みの測定値を求める工程を含む方法。
13. 皮膚のコラーゲンの厚みを測定する方法であって、
    照射された皮膚の部位の画像を得る工程と、
    受け取られた画像を処理して、得られた画像において現れる皮膚部位内の血液及びメラニンの濃度及び分布の推定値を求める工程と、
    得られた画像において現れる皮膚部位内の血液及びメラニンの濃度及び分布の生成された推定値を利用して、表面幾何構造におけるばらつきによって生じる、照射された皮膚部位によって戻される光の強度のばらつきの推定値を求める工程と、
    撮像される皮膚部位によって戻される光が照射強度及び表面幾何構造におけるばらつきによって変動する挙動の前記求められた推定値に基づいて、前記得られた画像の少なくとも１つの色チャネルを処理する工程と、
    前記得られた画像の前記処理された１つの色チャネルを利用してコラーゲンの厚みの測定値を求める工程とを含む方法。
14. プログラマブル・コンピュータによって実行されると、コンピュータに、
    皮膚標本を撮像するボリュームにおいて照射強度が変動する挙動の測定値を格納させ、
    照射された皮膚の部位の画像を取得させ、
    得られた画像を処理させて、撮像される皮膚の部位の表面の３次元モデルを生成させ、
    前記生成された３次元モデル、及び格納された照射測定値を利用させて、撮像される皮膚部位によって戻される光が照射強度及び表面幾何構造におけるばらつきによって変動する挙動の推定値を求めさせ、
    撮像される皮膚部位によって戻される光が照射強度及び表面幾何構造におけるばらつきによって変動する挙動の前記求められた推定値に基づいて、前記得られた画像の少なくとも１つの色チャネルを処理させ、
    前記得られた画像の前記処理された１つの色チャネルを利用して、コラーゲンの厚みの測定値を求めさせる、コンピュータによって解釈可能な命令
    を格納するコンピュータ読み取り可能な媒体。
15. プログラマブル・コンピュータによって実行されると、コンピュータに、
    照射された皮膚の部位の画像を取得させ、
    受け取られた画像を処理して、得られた画像において現れる皮膚部位内の血液及びメラニンの濃度及び分布の推定値を求めさせ、
    得られた画像において現れる皮膚部位内の血液及びメラニンの濃度及び分布の生成された推定値を利用させて、表面幾何構造におけるばらつきによって生じる、照射された皮膚部位によって戻される光の強度のばらつきの推定値を求めさせ、
    撮像される皮膚部位によって戻される光が照射強度及び表面幾何構造におけるばらつきによって変動する挙動の前記求められた推定値に基づいて、前記得られた画像の少なくとも１つの色チャネルを処理させ、
    前記得られた画像の前記処理された１つの色チャネルを利用してコラーゲンの厚みの測定値を求めさせる、コンピュータによって解釈可能な命令
    を格納するコンピュータ読み取り可能な媒体。

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