JP2016152833A

JP2016152833A - 肌光学特性算出装置、方法およびプログラム並びに肌シミュレーション画像表示制御装置

Info

Publication number: JP2016152833A
Application number: JP2015031332A
Authority: JP
Inventors: 恵梨子池田; Eriko Ikeda; 谷　武晴; Takeharu Tani; 武晴谷; 那緒子吉田; Naoko Yoshida; 山口　義隆; Yoshitaka Yamaguchi; 義隆山口; 磴　秀康; Hideyasu Ishibashi; 磴　　秀康
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: JP6301273B2

Abstract

【課題】より精度の高い肌の光学特性を算出することができ、微妙な肌の質感変化を評価可能な肌光学特性算出装置、方法およびプログラム並びに肌シミュレーション画像表示制御装置を提供する。
【解決手段】肌の表面構造をモデル化した肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析することによって肌表面モデルの電場分布を算出する肌表面特性算出部１２と、肌の内部構造をモデル化した肌内部モデルを幾何光学を用いて解析することによって肌内部モデルの光の散乱特性を算出する肌内部特性算出部１３と、肌表面モデルの電場分布に基づいて肌表面モデルの光学特性を算出し、その肌表面モデルの光学特性と肌内部モデルの光の散乱特性とを結合して肌全体の光学特性を算出する光学特性算出部１４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、肌の光学特性を算出する肌光学特性算出装置、方法およびプログラム並びに肌シミュレーション画像表示制御装置に関するものである。

従来、肌の光学定数を設定することによって肌をモデル化し、このモデルをシミュレーションによって解析して肌の光学特性を推定することが行われている。

このように肌の光学特性を推定することによって、肌の光学特性が光反射に対してどのような影響を及ぼすかなどを評価することができ、たとえば肌のツヤなどといった肌の質感を評価することが期待できる。

また、美しい肌にするための化粧品や日焼け止めなどのスキンケア用品の設計、開発を行う場合、これらを肌に塗布した場合における肌のテカリや日焼け抑制効果などを事前に把握することが重要である。

このような肌のテカリや日焼け抑制効果などを事前に把握する場合にも、上述したような肌の光学特性の解析方法が非常に有効である。

肌の光学特性の解析方法としては、たとえば非特許文献１においては、実測から肌表面の微小構造をモデル化するための光学パラメータを取得し、これらの光学パラメータを用いて肌のモデルを作成し、肌の内部散乱も含めて幾何光学を用いて解析を行うことが提案されている。

また、特許文献１においては、複数の層からなる肌モデルを設定し、幾何光学を用いて肌モデルの輝度分布を算出し、その輝度分布を用いて肌のシミュレーション画像を生成することが提案されている。

Jun Yamada, Tatsuya Ogawa, Hirokazu Kawai, Hironobu Yoshikawa, Sadaki Takata、"EFFECT OF SKIN STRUCTURE CHANGE WITH AGE ON OPTICAL CHARACTERISTICS OF HUMAN SKIN"、Proceedings of the ASME/JSME 2011 8th Thermal Engineering Joint Conference、AJTEC2011-44523

特開２０１４−７３３３３号公報

ここで、上述したように肌のモデルをシミュレーションによって解析して実際の肌の光学特性を推定する際、肌の肌理や毛穴などといったマクロな形状だけでなく、肌表面のミクロ構造も考慮する必要がある。具体的には、肌荒れなどによる角層の剥がれなども肌の質感を評価する上で重要な要因の一つであると考えられ、これも考慮した解析を行うことが必要である。

非特許文献１では、上述したように肌表面の微小構造をモデル化してシミュレーションを行っているが、幾何光学を用いたシミュレーションであるため厳密性に欠け、肌表面のミクロ構造の変化による微妙な肌の質感変化を評価することは困難である。

また、特許文献１では、毛穴などのマクロな形状を考慮した肌モデルを設定することは提案されているが、上述したようなミクロ構造を考慮したシミュレーションについては何も提案されていない。

本発明は、上記の問題に鑑み、より高精度に肌の光学特性を算出することができ、微妙な肌の質感変化を評価可能な肌光学特性算出装置、方法およびプログラム並びに肌シミュレーション画像表示制御装置を提供することを目的とする。

本発明の肌光学特性算出装置は、肌の表面構造をモデル化した肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析することによって肌表面モデルの電場分布を算出する肌表面特性算出部と、肌の内部構造をモデル化した肌内部モデルを幾何光学を用いて解析することによって肌内部モデルの光の散乱特性を算出する肌内部特性算出部と、肌表面モデルの電場分布に基づいて肌表面モデルの光学特性を算出し、その肌表面モデルの光学特性と肌内部モデルの光の散乱特性とを結合して肌全体の光学特性を算出する光学特性算出部とを備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の肌光学特性算出装置において、光学特性算出部は、電場分布を光散乱角度分布に変換して肌表面モデルの光学特性を算出することができる。

また、上記本発明の肌光学特性算出装置において、肌表面モデルは、１０マイクロメートル以下の表面構造を有することができる。

また、上記本発明の肌光学特性算出装置において、肌表面モデルは、複数の球を配列した構造を有することができる。

また、上記本発明の肌光学特性算出装置において、肌内部モデルは、肌表面モデルの表面構造よりも大きいマクロ構造を表すことができる。

また、上記本発明の肌光学特性算出装置において、肌内部モデルは、散乱係数および吸収係数を用いて設定することができる。

また、上記本発明の肌光学特性算出装置において、肌内部モデルは、複数層から構成することができる。

また、上記複数層の層毎に散乱係数および吸収係数をそれぞれ設定することが望ましい。

また、上記本発明の肌光学特性算出装置において、肌内部モデルは、肌表面モデルの表面構造よりも大きい表面構造を有することができる。

また、上記本発明の肌光学特性算出装置において、肌内部特性算出部は、Henyey-Greenstein散乱関数を用いて肌内部モデルの光の散乱特性を算出することができる。

また、上記本発明の肌光学特性算出装置において、光学特性算出部は、電場分布を双方向散乱分布関数に変換して肌表面モデルの光学特性を算出することができる。

また、上記本発明の肌光学特性算出装置において、光学特性算出部は、肌全体の光学特性として双方向散乱面反射率分布関数を算出することができる。

本発明の肌シミュレーション画像表示制御装置は、上記本発明の肌光学特性算出装置と、肌全体の光学特性を肌形状モデルに付与して肌モデルを生成し、その肌モデルからの出射光をシミュレーションによって結像させて肌シミュレーション画像を生成する肌画像生成部と、肌シミュレーション画像を表示装置に表示させる表示制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の肌光学特性算出方法は、肌光学特性算出装置における肌の光学特性の算出方法であって、肌の表面構造をモデル化した肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析することによって肌表面モデルの電場分布を算出し、肌の内部構造をモデル化した肌内部モデルを幾何光学を用いて解析することによって肌内部モデルの光の散乱特性を算出し、肌表面モデルの電場分布に基づいて肌表面モデルの光学特性を算出し、その肌表面モデルの光学特性と肌内部モデルの光の散乱特性とを結合して肌全体の光学特性を算出することを特徴とする。

本発明の肌光学特性算出プログラムは、肌の表面構造をモデル化した肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析することによって肌表面モデルの電場分布を算出する肌表面特性算出部と、肌の内部構造をモデル化した肌内部モデルを幾何光学を用いて解析することによって肌内部モデルの光の散乱特性を算出する肌内部特性算出部と、肌表面モデルの電場分布に基づいて肌表面モデルの光学特性を算出し、その肌表面モデルの光学特性と肌内部モデルの光の散乱特性とを結合して肌全体の光学特性を算出する光学特性算出部としてコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明の肌光学特性算出装置、方法およびプログラム並びに肌シミュレーション画像表示制御装置によれば、肌の表面構造をモデル化した肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析することによって肌表面モデルの電場分布を算出し、肌の内部構造をモデル化した肌内部モデルを幾何光学を用いて解析することによって肌内部モデルの光の散乱特性を算出する。そして、肌表面モデルの電場分布に基づいて肌表面モデルの光学特性を算出し、その肌表面モデルの光学特性と肌内部モデルの光の散乱特性とを結合して肌全体の光学特性を算出するようにしたので、より高精度に肌の光学特性を算出することができる。

すなわち、肌内部モデルとは別に肌表面モデルを設定し、この肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析するようにしたので、従来の幾何光学のみを用いて解析を行う場合と比較すると、より厳密に肌表面モデルの表面構造を解析することができる。これにより肌表面のミクロ構造の変化を高精度に推定することができ、ミクロ構造の変化による微妙な肌の質感変化を評価することが可能になる。

本発明の肌光学特性算出装置の一実施形態を用いた肌シミュレーション画像表示システムの概略構成を示すブロック図複数の球を配列した肌表面モデルの一例を示す図複数の球を配列した肌表面モデルのその他の例を示す図層状の構造体を積層した肌表面モデルの一例を示す図肌理の整った肌を想定した肌表面モデルの一例を示す図肌荒れを想定した肌表面モデルに対して０°の方向から光を入射した際のBSDFを表す図肌理の整った肌を想定した肌表面モデルに対して０°の方向から光を入射した際のBSDFを表す図肌全体の光学特性の算出方法を模式的に示した図本発明の肌光学特性算出装置の一実施形態を用いた肌シミュレーション画像表示システムの作用を説明するためのフローチャート肌内部モデルを複数層から構成した場合における肌全体の光学特性の算出方法を模式的に示した図肌内部モデルに凹凸形状を付与した場合における肌全体の光学特性の算出方法を模式的に示した図

以下、本発明の肌光学特性算出装置および方法並びにプログラムの一実施形態を用いた肌シミュレーション画像表示システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の肌シミュレーション画像表示システム１の概略構成を示すブロック図である。なお、図１に示す肌シミュレーション画像表示制御装置の構成は、本発明の肌光学特性算出プログラムの一実施形態を含む肌シミュレーション画像表示プログラムをコンピュータにインストールし、そのプログラムをコンピュータによって実行することにより実現されるものである。コンピュータにインストールされる肌シミュレーション画像表示プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の記録媒体に記憶されたものでもよいし、インターネット等のネットワークを介して配布されたものでもよい。

本実施形態の肌シミュレーション画像表示システム１は、図１に示すように、肌シミュレーション画像表示制御装置１０と、表示装置２０と、入力装置３０とを備えている。

肌シミュレーション画像表示制御装置１０は、肌表面特性算出部１２と、肌内部特性算出部１３と、光学特性算出部１４と、肌画像生成部１５と、表示制御部１６とを備えている。なお、本実施形態においては、肌表面特性算出部１２、肌内部特性算出部１３および光学特性算出部１４から本発明の肌光学特性算出装置１１が構成されている。

肌表面特性算出部１２は、肌の表面構造をモデル化した肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析することによって肌表面モデルの電場分布を算出するものである。肌表面モデルは、ユーザが入力装置３０を用いて入力した肌の形状および屈折率などの情報に基づいて肌表面特性算出部１２において生成するようにしてもよいし、予め生成された肌表面モデルを肌表面特性算出部１２に記憶しておくようにしてもよい。

肌表面モデルとしては、たとえば、角層の剥がれなどの肌荒れを想定した表面ミクロ構造を有する肌をモデル化した肌表面モデルを用いることができる。ここでいうミクロ構造とは、１０マイクロメートル以下の構造である。具体的には、たとえば２００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内のランダムな直径を有する複数の球を配列した構造を肌表面モデルとして用いることができる。球の配列方法としては、たとえば５μｍ四方の範囲内に５５個の球をランダムな位置に配列するようにすればよい。

図２は、肌荒れを想定した肌表面モデルの一例を示す図である。また、配列方法としては、規則性を有する配列としてもよい。球の大きさ、密度および配列方法については、ユーザが入力装置３０を用いて任意に変更可能である。図３は、図２に示す肌表面モデルよりも球の密度を小さくしたものである。

また、本実施形態では、球を用いるようにしたが、球に限らず、円柱、円錐および多面体などその他の構造体を配列するようにしてもよい。また、これらの複数の種類の構造体を予め設定しておき、ユーザが入力装置３０を用いて任意に選択できるようにしてもよい。また、１種類だけでなく、複数種類の構造体を混合させるようにしてもよい。

また、肌表面モデルは、球以外の構造体から生成するようにしてもよく、たとえば図４に示すように、層状の構造体を積層して生成するようにしてもよい。図４に示す肌表面モデルの方が実際の角層に近いモデルであると考えられる。また、複数の層状の構造体を積層する場合には、各層の形状を異なるものとしてもよい。各層の形状は、ユーザが任意に設定可能としてもよい。

また、肌表面モデルとしては、保湿されて肌理が整った肌の表面構造をモデル化したものを用いるようにしてもよい。この場合、凹凸がない平坦な構造を有する肌表面モデルを用いるようにすればよい。図５は、肌理の整った肌を想定した肌表面モデルの一例を示す図である。また、肌表面モデルの屈折率は、たとえば肌の屈折率として一般的に知られているｎ＝１．３７に設定すればよい。また、皮脂が角層の表面を覆っていることを想定して、皮脂の屈折率であるｎ＝１．５程度に設定するようにしてもよい。

上述したような肌荒れを想定した肌表面モデルや肌理の整った肌を想定した肌表面モデルなど複数の肌の状態を想定した肌表面モデルを生成するまたは予め記憶しておくことが望ましい。ユーザは、これらの複数の肌表面モデルの中から必要に応じて解析対象の肌表面モデルを選択することができる。この場合、複数の肌表面モデルから解析対象の肌表面モデルを選択するためのメニューを表示装置２０に表示させ、ユーザが、そのメニュー表示の中から入力装置３０を用いて解析対象の肌表面モデルを選択するようにしてもよい。

肌表面特性算出部１２は、上述したような肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析するものである。具体的には、屈折率（誘電率）の空間分布からなる肌表面モデルに光を入射した場合における反射方向および透過方向についての電磁場の空間分布を算出するものである。たとえばFDTD法（Finite-difference time-domain method）を用いて解析を行うようにすればよい。FDTD法は、Maxwell方程式を直接差分化し、電磁場の空間分布の時間変化を計算する手法である。ただし、FDTD法に限らず、たとえば、有限要素法、境界要素法、その他一般的に知られている電磁場計算手法を用いることができる。

また、電磁場光学を用いて解析する際、周期境界条件を用いるようにすれば、有限サイズ（たとえば５μｍ四方単位）の肌表面モデルを用いて、仮想的にｍｍオーダーの広い肌の領域を解析することができる。これにより計算コストを抑制することができる。

また、有限サイズ（たとえば５μｍ四方単位）の肌表面モデルを用いて解析することによって離散化するデータを補間によって連続的に扱うようにしてもよい。これにより計算コストを抑制することができる。

次に、肌内部特性算出部１３は、肌の内部構造をモデル化した肌内部モデルを幾何光学を用いて解析することによって肌内部モデルの光の散乱特性を算出するものである。

肌内部モデルは、肌表面モデルよりも大きいマクロ構造を有するものであり、ここでいうマクロ構造とは、相対的に肌表面モデルの凹凸構造よりも大きいサイズの構造であればよく、１０マイクロメートルよりも大きい凹凸構造でもよいし、平坦な構造でもよい。肌内部モデルは、たとえばスリット光を用いた評価などといった既知の手法で肌内部の光学定数を見積もり、波長毎の散乱係数および吸収係数を設定することによって生成するようにすればよい。

肌内部特性算出部１３は、上述したような肌内部モデルを幾何光学を用いて解析するものである。具体的には、本実施形態においては、肌内部モデル（散乱体）の特性として、散乱係数μｓ、吸収係数μａおよび異方性散乱係数ｇを設定し、散乱係数μｓの設定に従い、乱数を用いて光線が散乱を受けるまでの距離を求め、光を直進させる。そして、乱数を用いて散乱された光線の次の進行方向を定める。進行方向の確率分布は、下式に示すHenyey-Greenstein散乱関数の確率分布に基づいて与える。

そして、光線の伝搬にともなう光量の減衰を吸収係数μａによって与える。以上の過程を繰り返して計算し、肌内部モデル（散乱体）内で多重散乱する光の伝搬特性を肌内部モデルの光の散乱特性として算出する。なお、異方性散乱係数ｇは肌係数として一般的に用いられているｇ＝０．９を用いるようにすればよい。

光学特性算出部１４は、肌表面特性算出部１２によって算出された肌表面モデルの電場分布に基づいて肌表面モデルの光学特性を算出し、その算出した肌表面モデルの光学特性と肌内部特性算出部１３によって算出された肌内部モデルの光の散乱特性とを結合して肌全体の光学特性を算出するものである。

光学特性算出部１４は、まず、肌表面モデルの電場分布に基づいて、光散乱角度分布を算出する。具体的には、本実施形態では、肌表面モデルの電場分布に基づいて、肌表面モデルのBSDF（Bidirectional Scattering Distribution Function：双方向散乱分布関数）を算出する。以下、BSDFの算出方法について、より具体的に説明する。

肌表面特性算出部１２におけるFDTD法による計算結果では、周期構造が回折格子となり回折次数で決まる特定の出射角に光が透過または反射される。なお、ここでいう周期構造とは、たとえば上記の肌表面モデルの例では、ランダムに球を配置した５μｍ四方の領域を単位構造として、この単位構造を平面内に繰り返して配置した構造のことである。

光の入射角度の極座標表示を（θ0、φ0)および光の波長をλとすると、ｘ，ｙ方向の波数ベクトルkx0，ky0は、下式で表される。

x，y方向の回折次数をm，n、周期長をLとすると回折光のx，y方向の波数kxm,kynは、下式で表される。

そして、m，n次の回折光の散乱角度（θmn、φmn）は、下式により計算できる。

次に、各回折次数の光量は、FDTD法の計算結果から以下の方法で計算できる。

FDTD法の計算結果から求められる所定のx，y平面の一面の電場の空間分布をE(x，y)とする。また、E(ｘ，y)に対し、入射光の入射角度に依存した位相変化を補正した電場分布を、下式によりE'(x，y)として計算する。

そして、下式のようにE'(x,y)をフーリエ変換し、回折次数m，nの電場の振幅E(m,n)を計算する。

回折次数m,nの光量は、Imn = | E(m，n) |^２として計算できる。

以上の計算により、FDTD法による計算結果を散乱光の角度分布に変換することができ、その変換結果を肌表面モデルのBSDFとして取得することができる。BSDFとしては、空気層から肌へ光を入射した表面入射の場合のBSDF（f）と肌内部から空気層へ光を入射した場合のBSDF(b)とを算出する。図６は、肌荒れを想定した肌表面モデルに対して０°の方向から光を入射した際のBSDFを表す図であり、図７は、肌理の整った肌を想定した肌表面モデルに対して０°の方向から光を入射した際のBSDFを表す図である。図６および図７における１画素の大きさは２００ｍｍ^−１である。

そして、光学特性算出部１４は、肌内部特性算出部１３によって算出された肌内部モデルの光の散乱特性に対して、上述したようにして算出した肌表面モデルのBSDFを付与することによって肌全体の光学特性を算出する。図８は、光学特性算出部１４における肌全体の光学特性の算出方法を模式的に示したものである。これにより肌全体の光学特性について、幾何光学での取り扱いが可能になる。

具体的には、光学特性算出部１４は、肌内部モデルの光の散乱特性に対して肌表面モデルのBSDFを付与して肌全体の光学特性としてBSSRDF（Bidirectional Scattering Surface Reflectance Distribution Function：双方向散乱面反射率分布関数）を算出する。BSSRDFは、入射光の入射点を原点とし、任意の位置における出射光の波長、強度、角度および偏光度などを出力するものである。出射光の位置としては、たとえば−１ｃｍ〜１ｃｍの範囲内で０．１ｍｍ刻みで４４１点をサンプリングすればよい。また、出射光の出射角度としては、たとえば天頂角０°〜８０°の範囲内で１０°刻みで９点および方位角０°〜３６０°の範囲内で１０°刻みで３６点を組み合わせた３２４点をサンプリングすればよい。また、BSSRDFは、肌表面モデルおよび肌内部モデルの組み合わせ毎に予め算出してサーバ装置などに記憶することによってデータベース化することが望ましい。

この場合、たとえば肌表面モデルおよび肌内部モデルの組み合わせとBSSDRFとを番号などによって紐付けしておくようにすれば、ユーザが肌表面モデルおよび肌内部モデルの組み合わせを選択するだけで改めてBSSDRFを算出する必要がないので、計算コストを抑制することができる。

肌画像生成部１５は、光学特性算出部１４によって算出された肌全体の光学特性（BSSRDF）を、マクロ形状を有する肌形状モデルに付与して肌モデルを生成し、この肌モデルからの出射光をシミュレーションによって結像させて肌シミュレーション画像を生成するものである。この肌シミュレーション画像によって、実際の肌の質感などを表すことができ、これを表示することによって肌の見え方を予想することができる。

表示制御部１６は、肌画像生成部１５において生成された肌シミュレーション画像を表示装置２０に表示させるものである。

表示装置２０は、液晶ディスプレイなどのモニタを備えたものである。表示装置２０はタブレット端末のモニタであってもよい。すなわち、タブレット端末に対して肌シミュレーション画像表示プログラムをインストールして肌シミュレーション画像を表示させるようにしてもよい。

入力装置３０は、肌表面モデルおよび肌内部モデルを生成する際に用いられる形状情報および屈折率情報などの種々の情報の入力を受け付けるキーボードやマウスを備えたものである。また、上述したタブレット端末のタッチパネルによって表示装置２０と入力装置３０の両方を兼ねるようにしてもよい。

次に、本実施形態の肌シミュレーション画像表示システムの作用について、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、上述した肌表面モデルの形状および屈折率などの情報を受け付ける設定入力画面が、表示制御部１６によって表示装置２０に表示され、ユーザによって入力装置３０を用いて肌表面モデルの形状および屈折率などの情報が入力される。そして、入力装置３０において受け付けられた肌表面モデルの形状などの情報は、肌表面特性算出部１２に入力され、肌表面特性算出部１２において、入力された形状などの情報に基づいて肌表面モデルが設定される（Ｓ１０）。

次に、肌表面特性算出部１２は、肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析し、肌表面モデルの電場分布を算出する（Ｓ１２）。肌表面特性算出部１２によって算出された肌表面モデルの電場分布は、光学特性算出部１４に出力される。光学特性算出部１４は、入力された肌表面モデルの電場分布をBSDFに変換して記憶する（Ｓ１４）。

次いで、上述した肌内部モデルの形状および屈折率などの情報を受け付ける設定入力画面が、表示制御部１６によって表示装置２０に表示され、ユーザによって入力装置３０を用いて肌内部モデルの形状および屈折率などの情報が入力される。そして、入力装置３０において受け付けられた肌内部モデルの形状などの情報は、肌内部特性算出部１３に入力され、肌内部特性算出部１３において、入力された形状などの情報に基づいて肌内部モデルが設定される（Ｓ１６）。

そして、肌内部特性算出部１３は、肌内部モデルを幾何光学を用いて解析し、肌内部モデルの光の散乱特性を算出し（Ｓ１８）、これを光学特性算出部１４に出力する。

光学特性算出部１４は、入力された肌内部モデルの光の散乱特性に対して肌表面モデルのBSDFを付与することによって肌全体のBSSRDFを算出し（Ｓ２０）、これを肌画像生成部１５に出力する。

肌画像生成部１５は、入力された肌全体のBSSRDFを肌形状モデルに付与して肌モデルを生成し、この肌モデルからの出射光をシミュレーションによって結像させて肌シミュレーション画像を生成する（Ｓ２２）。そして、表示制御部１６は、肌画像生成部１５において生成された肌シミュレーション画像を表示装置２０に表示させる（Ｓ２４）。

上記実施形態の肌シミュレーション画像表示システムによれば、肌内部モデルとは別に肌表面モデルを設定し、この肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析するようにしたので、従来の幾何光学のみを用いて解析を行う場合と比較すると、より厳密に肌表面モデルの表面構造を解析することができる。そして、これにより肌表面のミクロ構造の変化を高精度に推定することができ、ミクロ構造の変化による微妙な肌の質感変化を評価することが可能になる。

なお、上記実施形態においては、肌内部モデルを一層の構成としたが、これに限らず、図１０に示すように、肌内部モデルを複数層から構成するようにしてもよい。肌内部モデルを複数層から構成する場合には、層毎に散乱係数および吸収係数などの光学定数を設定すればよい。たとえば表皮層と真皮層を想定して散乱係数および吸収係数をそれぞれ設定するようにしてもよい。具体的な散乱係数および吸収係数などの光学定数の値は、予め実験などによって計測されるものである。

また、肌内部モデルを表皮層および真皮層から構成する場合、表皮層と真皮層との境界に、真皮乳頭層を想定した凹凸形状を設定するようにしてもよい。また、図１０に示す例では、２層から肌内部モデルを構成しているが３層以上でもよく、たとえば“多層構造皮膚ファントムを用いた皮膚疾患の再現と分光反射率解析，2012年日本光学会年次学術講演会，予稿集”に示されるように、９層から肌内部モデルを構成するようにしてもよい。このように多数の層から肌内部モデルを構成することによって、より実際の肌に近い構成とすることができる。

また、肌内部モデルについて、その内部構造の光学定数を設定するだけでなく、表面マクロ構造も設定するようにしてもよい。具体的には、図１１に示すように、肌の肌理、シワおよび毛穴などを想定した凹凸形状を肌内部モデルに付与するようにしてもよい。このように肌内部モデルに凹凸形状を付与することによって、BSSRDFを算出した後にそれをマクロ形状モデルに付与するという手間を省くことができる。

肌内部モデルについても、肌表面モデルと同様に、ユーザが、複数の肌内部モデルの中から必要に応じて解析対象の肌内部モデルを選択可能にすることが望ましい。この場合も、たとえば複数の肌内部モデルから解析対象の肌内部モデルを選択するためのメニューを表示装置２０に表示させ、ユーザが、そのメニュー表示の中から入力装置３０を用いて解析対象の肌内部モデルを選択するようにすればよい。

また、図２〜図５に示したような肌表面モデルおよび肌内部モデルのイメージを表示制御部１６が表示装置２０に表示させるようにしてもよい。これによりユーザは肌表面モデルおよび肌内部モデルを視覚的に確認することができる。

また、上記実施形態においては、肌表面モデルと肌内部モデルについて解析を行うようにしたが、たとえば皮膚上に塗布されるファンデーションなどの化粧品や、日焼け止めなどのスキンケア用品などの塗布剤をモデル化した塗布層をさらに肌表面モデル上に設けるようにしてもよい。このように塗布層を設けて解析し、肌シミュレーション画像を表示することによって、化粧品による肌のテカリの抑制効果や、日焼け止めの効果を視覚的に確認することができる。また、塗布層の屈折率や散乱体の情報として種々のものを設定することができるので、多種多様な化粧品やスキンケア用品の効果を確認することができる。

１肌シミュレーション画像表示システム
１０肌シミュレーション画像表示制御装置
１２肌表面特性算出部
１３肌内部特性算出部
１４光学特性算出部
１５肌画像生成部
１６表示制御部
２０表示装置
３０入力装置

Claims

肌の表面構造をモデル化した肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析することによって前記肌表面モデルの電場分布を算出する肌表面特性算出部と、
肌の内部構造をモデル化した肌内部モデルを幾何光学を用いて解析することによって前記肌内部モデルの光の散乱特性を算出する肌内部特性算出部と、
前記肌表面モデルの電場分布に基づいて前記肌表面モデルの光学特性を算出し、該肌表面モデルの光学特性と前記肌内部モデルの光の散乱特性とを結合して肌全体の光学特性を算出する光学特性算出部とを備えたことを特徴とする肌光学特性算出装置。
前記光学特性算出部が、前記電場分布を光散乱角度分布に変換して前記肌表面モデルの光学特性を算出する請求項１記載の肌光学特性算出装置。
前記肌表面モデルが、１０マイクロメートル以下の表面構造を有する請求項１または２記載の肌光学特性算出装置。
前記肌表面モデルが、複数の球を配列した構造を有する請求項３記載の肌光学特性算出装置。
前記肌内部モデルが、前記肌表面モデルの表面構造よりも大きいマクロ構造を表す請求項１から４いずれか１項記載の肌光学特性算出装置。
前記肌内部モデルが、散乱係数および吸収係数を用いて設定される請求項１から５いずれか１項記載の肌光学特性算出装置。
前記肌内部モデルが、複数層から構成される請求項１から６いずれか１項記載の肌光学特性算出装置。
前記複数層の層毎に散乱係数および吸収係数がそれぞれ設定されている請求項７記載の肌光学特性算出装置。
前記肌内部モデルが、前記肌表面モデルの表面構造よりも大きい表面構造を有する請求項１から８いずれか１項記載の肌光学特性算出装置。
前記肌内部特性算出部が、Henyey-Greenstein散乱関数を用いて前記肌内部モデルの光の散乱特性を算出する請求項１から９いずれか１項記載の肌光学特性算出装置。
前記光学特性算出部が、前記電場分布を双方向散乱分布関数に変換して前記肌表面モデルの光学特性を算出する請求項１から１０いずれか１項記載の肌光学特性算出装置。
前記光学特性算出部が、前記肌全体の光学特性として双方向散乱面反射率分布関数を算出する請求項１から１１いずれか１項記載の肌光学特性算出装置。
請求項１から１２いずれか1項記載の肌光学特性算出装置と、
前記肌全体の光学特性を肌形状モデルに付与して肌モデルを生成し、該肌モデルからの出射光をシミュレーションによって結像させて肌シミュレーション画像を生成する肌画像生成部と、
前記肌シミュレーション画像を表示装置に表示させる表示制御部とを備えたことを特徴とする肌シミュレーション画像表示制御装置。
肌光学特性算出装置における肌の光学特性の算出方法であって、
肌の表面構造をモデル化した肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析することによって前記肌表面モデルの電場分布を算出し、
肌の内部構造をモデル化した肌内部モデルを幾何光学を用いて解析することによって前記肌内部モデルの光の散乱特性を算出し、
前記肌表面モデルの電場分布に基づいて前記肌表面モデルの光学特性を算出し、該肌表面モデルの光学特性と前記肌内部モデルの光の散乱特性とを結合して肌全体の光学特性を算出することを特徴とする肌光学特性算出方法。
肌の表面構造をモデル化した肌表面モデルを電磁場光学を用いて解析することによって前記肌表面モデルの電場分布を算出する肌表面特性算出部と、
肌の内部構造をモデル化した肌内部モデルを幾何光学を用いて解析することによって前記肌内部モデルの光の散乱特性を算出する肌内部特性算出部と、
前記肌表面モデルの電場分布に基づいて前記肌表面モデルの光学特性を算出し、該肌表面モデルの光学特性と前記肌内部モデルの光の散乱特性とを結合して肌全体の光学特性を算出する光学特性算出部としてコンピュータを機能させることを特徴とする肌光学特性算出プログラム。