JP2944309B2

JP2944309B2 - 皮膚表面形態特徴検出方法

Info

Publication number: JP2944309B2
Application number: JP4168629A
Authority: JP
Inventors: 博明今井; 暢夫橿淵
Original assignee: Pola Chemical Industries Inc
Current assignee: Pola Orbis Holdings Inc
Priority date: 1992-06-03
Filing date: 1992-06-03
Publication date: 1999-09-06
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: JPH05329133A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、皮膚表面形態の測定方
法に係り、特に、皮膚表面粗さの絶対レベル、該粗さの
方向性、皮膚の溝間隔の絶対レベル、皮膚の溝の方向性
等の皮膚表面形態特徴を検出する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】女性にとって、皺の発生等、皮膚表面形
態の変化は大きな悩みの種となっており、これを予防す
る化粧品の需要も高い。しかし、人の皮膚表面の状態
は、年齢、環境等により異なるため、個々人に最善の化
粧品を提供するには、まず、その人の皺を含む皮膚表面
形態を客観的に評価する必要がある。また、加齢に伴う
皮膚表面の形態変化を精確に分析することは、化粧品開
発に際して特に重要な要素となる。これらの要請に鑑
み、皮膚表面形態の客観的評価方法の確立が急務となっ
ている。

【０００３】この種の従来の皮膚表面形態の評価方法と
しては、ビデオスコープ等で直接観察する方法や皮膚レ
プリカを採取して間接的に評価する方法等が知られてい
る。また、最近は、コンピュータ装置に光電変換手段で
得た皮膚表面画像信号を入力し、所定の解析プログラム
を用いてパターン化あるいは数値化する画像解析方法も
種々報告されている。これら画像解析方法のうち、簡便
なものは、皮膚表面又はそのレプリカに光を照射してそ
の輝度変化を読み取り、統計処理にて皮膚表面特性を評
価する方法、あるいは、画面上に皮膚表面画像とともに
複数の水平走査線を同時に映し、各走査線毎の画素信号
を解析することで皮膚表面特性を評価する方法等があ
る。

【０００４】他方、皮膚表面画像にフーリエ変換を適用
してパワースペクトルを求め、このパワースペクトルに
基づいて皮膚表面特性を評価する方法も提案されている
（特開平２−８２９４７号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
画像解析方法のうち簡便なものは、皮膚表面又はそのレ
プリカに対する単一方位での観測が主であり、たとえ複
数方位にて観測したとしても統計処理の域を超えないも
のであった。そのため、皮膚表面の粗さ、即ちキメの細
かさの相対評価の一応の目安にはなるものの、皮膚の溝
の絶対レベルの評価、皮膚の溝の方向性の評価、これら
を含めた総合的な評価を正しく行うことが極めて困難で
あった。また、視感評価との間にずれもあり、一般的な
評価方法とはいえない問題があった。

【０００６】他方、皮膚表面画像信号にフーリエ変換を
適用する方法では、皮膚表面形態が客観的に定量化され
るという優れた効果を奏するが、この手法では、測定に
時間がかかるばかりでなく、高価なフーリエ変換装置を
必要とするので、高コストとなり、汎用性に欠ける問題
があった。

【０００７】本発明は、上記背景に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、複雑な皮膚表面形態を簡
便な手法にて精度良く定量化する方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、画像解析
方法において、皮膚表面形態を特徴づける新たな要素の
研究を行った結果、以下のような方法にて得られる特性
値が、各人固有の皮膚表面形態の特徴を正確に反映し、
しかも視感評価とも良く相関することを確認した。

【０００９】本画像解析方法に使用するシステム構成図
を図１に示す。このシステムは、ビデオカメラ、顕微鏡
などからなる画像入力装置（２１）、Ａ／Ｄ変換器（２
３）、画像解析処理装置（２５）、ホストコンピュータ
（２７）、モニタＴＶ（２９）、プリンタ（３１）、光
ディスク装置などの外部記憶装置（３３）を備えてい
る。画像解析処理装置はそれ自体で中央処理装置を有
し、ホストコンピュータと接続されて画像解析処理をプ
ログラムに従って行う。

【００１０】検査対象は、皮膚表面あるいは皮膚表面の
レプリカである。皮膚レプリカは、例えばシリコン樹脂
単独、または、シリコン樹脂などのラバーベースに硬化
剤を混合したもの、さらに、ポリビニルアルコールを主
成分とするものをレプリカ材として用い、このレプリカ
材を皮膚表面に塗布し、硬化した後にこれを剥して作成
する。

【００１１】先ず、皮膚表面又は皮膚レプリカの表面
に、所定入射角を保持しつつ一定間隔にて全方位から順
次光を照射し、各方位における落射照明像を画像入力装
置で採取する。次いで、前記各方位からの入力画像を夫
々多段階値の輝度信号に変換する。

【００１２】これは、同一皮膚表面形態であっても、図
２及び図３に示すように、観測角度によっては全く異な
る画像として認識されるので、単一方向のみの情報では
正確に皮膚表面形態の特徴を特定できないことによる。

【００１３】このようにして抽出した各輝度信号の段階
値を演算して各方位毎の中心線平均粗さ、全方位の中心
線平均粗さ、方位間の中心線平均粗さ標準偏差を夫々求
める。これは、ホストコンピュータ及び画像解析装置上
で実行される画像解析プログラムにより行われる。

【００１４】方位毎の中心線平均粗さＲａは、図４の斜
線で図示する皮膚表面検出点Ｓ₁〜Ｓ_nの輝度面積をライ
ンＬについて平均したものであり、具体的には、次式よ
り求められる。

【００１５】

【数１】また、全方位の中心線平均粗さは、上式により得られた
中心線平均粗さを更に観測方位間で平均したものであ
り、方位間中心線平均粗さ標準偏差は、全方位における
中心線平均粗さの標準偏差値である。以後、方位間中心
線平均粗さ標準偏差をＲａＳＤとして表す。

【００１６】次に上記各値を組み合わせて種々のパラメ
ータを得る。例えば、０°と１８０、あるいは９０°
と２７０°のように、特定方位と該方位に対向する方位
の中心線平均粗さとを夫々加算する。前述のように、皮
膚表面形態は観測角度により異なるので、互いに対向す
る方位での値を加算してより正確な皮膚表面情報とする
のである。本発明ではこの加算値を粗さ指数と称し、便
宜上、Ｒａ（０＋１８０）、あるいはＲａ（９０＋２７
０）と表現する。また、ＲａＳＤを全方位の中心線平均
粗さで除算してこれを中心線平均粗さＲａの変動係数と
し、ＲａＣＶと表現する。更に以後の処理の便宜のた
め、このＲａＣＶに１０００を乗算して整数化し、これ
を粗さ方向性指数とする。

【００１７】ここで、ＲａＣＶをパラメータとする意義
について図５を参照して簡単に説明する。皮膚表面の溝
やシワの方向性が強い場合は図５（ａ）（ｂ）に示すよ
うに、光照射方向（観測方向）の変化により信号レベル
が大きく変動するが、方向性が認められない場合は、図
５（ｃ）（ｄ）に示すように、信号レベルの変動が全く
みられない。したがって、方位間の中心線平均粗さの変
動の程度を把握すれば皮膚の溝やシワの方向性が定量化
されることになる。この変動の程度を表すのがＲａＣＶ
であり、これを整数化したものが粗さ方向性指数であ
る。

【００１８】結局、これらＲａＳＤ、粗さ指数、ＲａＣ
Ｖ、粗さ方向性指数は、当該皮膚表面の粗さを定量化し
た特性値となる。また、他の方法として、上記多段階値
の輝度信号かまたは各方位における落射照明像を、夫々
所定の閾値と比較して二値信号に変換する。そして、こ
のいずれかの信号の間隔を演算して各方位毎の平均溝間
隔、全方位の平均溝間隔、方位間の溝間隔標準偏差を求
める。方位毎の平均溝間隔Ｓｍは、図６の皮膚表面にお
ける各周期Ｓ₁〜Ｓ_nにおける画素数をラインＬについて
周期毎に平均したものであり、具体的には、次式（２）
より求められる。

【００１９】

【数２】また、全方位の平均溝間隔は、上式により得られた平均
溝間隔を更に観測方位間で平均したものであり、溝間隔
標準偏差は、全方位における平均溝間隔の標準偏差値で
ある。以後、溝間隔標準偏差をＳｍＳＤとして表す。

【００２０】次に上記各値を組み合わせ、皮膚表面の粗
さを定量化する場合と同様、種々のパラメータを得る。
例えば、０°と１８０°、あるいは９０°と２７０°の
ように、特定方位と該方位に対向する方位の平均溝間隔
を夫々加算する。本発明ではこれらを溝間隔指数と称
し、便宜上、Ｓｍ（０＋１８０）、あるいはＳｍ（９０
＋２７０）と表現する。また、ＳｍＳＤを全方位の平均
溝間隔で除算してこれを平均溝間隔Ｓｍの変動係数と
し、ＳｍＣＶと表現する。更にこのＳｍＣＶに１０００
を乗算して整数化し、これを溝間隔方向性指数とする。
ＳｍＣＶをパラメータとする意義は前述のＲａＣＶの場
合と同様である。これらＳｍＳＤ、溝間隔指数、ＳｍＣ
Ｖ、溝間隔方向性指数は、当該溝の特徴を定量化した特
性値となる。

【００２１】尚、これら特性値は単独でも評価要素たり
得るが、これらを組み合わせ、より多面的な評価を行う
ようにしても良い。得られたデータから相関関数を求
め、相関係数を求めることで、評価が容易になる。

【００２２】

【作用】本発明の方法によれば、全方位からデータを得
るので、その分、評価結果の信頼性が高い。

【００２３】

【実施例】次に本発明の実施例を詳細に説明する。＜実施例１＞先ず、被験者として各年代から９６名の女
性を任意選定し、シルフロにて形成した皮膚レプリカを
検出媒体とした。シルフロとはＦｌｅｘｉｃｏ. Ｄｅ
ｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ社製のシリコンゴム系のレプリカ
剤である。

【００２４】画像解析システムは図１のものと同一であ
るが、画像解析に際してはハイビジョンパーソナル画像
解析処理装置を用いた。被験者の内訳は以下のとおりで
ある。

【００２５】１０歳未満：１０名、１０代：１１名、２０
代：１５名、３０代：１５名、４０代：１５名、５０代：１
６名、６０代：３名、７０代：６名、８０代：５
名。

【００２６】本実施例では、各被験者の目尻部分から採
取した約２ｃｍ幅の皮膚レプリカに、水平面から２０°
の角度を保持しつつ、０°（頭部方向）を起点に４５°
間隔で全方位、合計８方向から順次光を照射し、反射光
を実体顕微鏡で拡大した。この場合、光源を回転させて
も良く、あるいは皮膚レプリカ自体を回転させても良
い。そして拡大反射光を、実体顕微鏡に装着した高精細
デジタルカラーＣＣＤカメラで光電変換して画像解析処
理装置に取り込み、１９２０×１０３５画素、ＲＧＢ信
号を同時若しくは別々に各８ビット２５６階調の画像と
してハイビジョンモニタに表示した。

【００２７】画像解析処理装置では、このモニタ上の画
像に対して走査を行い、夫々走査線上の輝度値を検出す
る。一本の走査線上には約１９００箇所の検出点（画
素）があるので、これら検出点を横軸、検出値を縦軸に
プロットし、連続線とすることで、当該レプリカの断面
を波形として表現する。このとき、同一方向に複数の走
査線を設定し、プロットする検出値にはその平均値を用
いるのが好ましい。

【００２８】検出後は、走査線の長さをＬとして観測方
位毎に前記(1)(2)式の演算を行う。これにより、方位毎
の中心線平均粗さＲａ、平均溝間隔Ｓｍが得られる。更
に各方位の中心線平均粗さＲａと平均溝間隔Ｓｍとを夫
々８方向間で平均することで、全方位の中心線平均粗
さ、平均溝間隔を得る。また、これらの標準偏差を検出
することでＲａＳＤ，ＳｍＳＤを得る。

【００２９】これら検出値に基づいて粗さ指数と溝間隔
指数、粗さ方向性指数と溝間隔方向性指数を夫々求め
る。本実施例では、例えば、０°方向と１８０°方向と
の中心線平均粗さ、平均溝間隔を夫々加算して、Ｒａ
（０＋１８０）、Ｓｍ（０＋１８０）を求める。

【００３０】また、ＲａＳＤを全方位の中心線平均粗さ
で除算して得たＲａＣＶに１０００を乗算し、これを粗
さ方向性指数とする。同様に、ＳｍＳＤを全方位の平均
溝間隔で除算して得たＳｍＣＶに１０００を乗算してこ
れを溝間隔方向性指数とする。

【００３１】次に本実施例にて検出した値と視感評価値
との相関をみるため、以下の６段階の皮膚表面視感評価
基準を定め、被験者個々人に適用した。評価１：皮膚にぴんとハリがあり、殆ど皺がない。

【００３２】評価２：皺はあまり目立たないが、ややハ
リがない。評価３：ややハリがなく、細かい皺が見られる。評価４：はっきりした皺が見られる。

【００３３】評価５：はっきりした皺が多い。評価６：さらに深い皺が見られる。なお、この基準では、肉眼レベルで確認できるものを皺
として評価した。

【００３４】図７〜図１２は本実施例の検出結果を図表
化したものであり、夫々年齢毎あるいは視感評価値毎の
複数プロット値を周知の最小二乗法にて一つに特定し、
所定勾配の相関関数ｙと相関係数ｒとを決定している。

【００３５】相関係数は、以下の式（３）より求めるこ
とができる。

【００３６】

【数３】ここで、相関係数ｒは−１から＋１の間の値をとり、ｒ
＝０のときは無関係で、相関の度合が強い程ｒの絶対値
は１に近づく。

【００３７】図７（ａ）は年齢とＲａ（０＋１８０）と
の相関図、同（ｂ）は視感評価値とＲａ（０＋１８０）
との相関図、図８（ａ）は年齢と粗さ方向性指数との相
関図、同（ｂ）は視感評価値と粗さ方向性指数との相関
図、図９（ａ）は年齢とＲａＳＤとの相関図、同（ｂ）
は視感評価値とＲａＳＤとの相関図、図１０（ａ）は年
齢とＳｍ（０＋１８０）との相関図、同（ｂ）は視感評
価値とＳｍ（０＋１８０）との相関図、図１１（ａ）は
年齢と溝間隔方向性指数との相関図、同（ｂ）は視感評
価値と溝間隔方向性指数との相関図、図１２（ａ）は年
齢とＳｍＳＤとの相関図、同（ｂ）は視感評価値とＳｍ
ＳＤとの相関図である。

【００３８】尚、ＲａＣＶ、ＳｍＣＶと年齢及び視感評
価値との相関については、夫々図８、図１１の場合と同
一傾向となるので省略する。これら図表を参照すると、
年齢あるいは視感評価値の増加に伴って、粗さ指数、溝
間隔指数、ＲａＳＤ、ＳｍＳＤ、粗さ方向性指数、溝間
隔方向性指数が夫々比例関係にあることがわかる。ま
た、各指数等は加齢との相関係数ｒが高く、それ以上に
視感評価値との相関が高い。したがって、各検出値は視
感評価値とも良く一致する皮膚表面形態の特性値たり
得、皮膚表面形態変化を表すパラメータとなることがわ
かる。

【００３９】特に、粗さ指数、溝間隔指数は、当該皮膚
表面（レプリカ）の溝、即ち皺の絶対レベルを表すか
ら、たとえ視感評価では確認できない皺であっても数値
として把握することができ、皺の発生予測を含めた客観
的評価が可能となる。また、皺の方向性評価について
は、全方位の変動係数を表す粗さ方向性指数と溝間隔方
向性指数が使用可能であり、皺の絶対レベルとその方向
性とを含めた評価については、全方位の平均標準偏差を
表すＲａＳＤとＳｍＳＤが夫々使用可能となる。

【００４０】これら指数等は単独でも皮膚表面形態の客
観的評価要素たり得るが、複数のものを組み合わせて使
用することもできる。例えば、粗さ指数と溝間隔指数、
ＲａＳＤとＳｍＳＤとの平均値を用いることで、より客
観的な評価が可能となる。また、各年代毎に特定した全
方位の値をレーダーチャートに表し、その偏平の度合か
ら皮膚表面形態の特徴を簡易に把握するようにすること
もできる。

【００４１】本実施例のレーダーチャートを図１３〜図
１８に示す。＜実施例２＞ここでは、被験者として各年代から９９名
の女性を任意選定し、シルフロにて形成した皮膚レプリ
カを検出媒体とした。他の条件は実施例１と同一であ
る。

【００４２】被験者の内訳は以下のとおりである。１０歳未満：１０名、１０代：１１名、２０
代：１５名、３０代：１５名、４０代：１５名、５０代：１
６名、６０代：６名、７０代：６名、８０代：５
名。

【００４３】この実施例２の結果を図１９から図２６に
示す。＜その他＞尚、以上の各実施例では、皮膚レプリカの全
方位に対する各方位の変動係数を求めるようにしたが、
各方位毎の変動係数を求め、これを整数化した値をパラ
メータに含めることもできる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、皮膚
表面又は皮膚レプリカの表面を全方位から順次観測し
て、方位間の標準偏差（ＲａＳＤとＳｍＳＤ）、粗さ指
数、溝間隔指数、粗さ方向性指数、溝間隔方向性指数を
夫々検出し、検出値の少なくとも一つを当該皮膚表面形
態の特徴を表す特性値としたので、複雑な皮膚表面形態
の特徴を簡便な手法にて精度良く定量化することができ
る。しかも、定量化した値は視感評価値と良く相関する
ので、従来の手法に比べてより客観性が増し、一般的な
評価方法となり得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像解析システムの構成図であ
る。

【図２】画像解析装置のモニタに表示された皮膚レプリ
カの表面観測画像である。

【図３】同一皮膚レプリカ表面を図２の場合と異なる方
位にて観測した画像である。

【図４】方位毎の中心線平均粗さを算出する際の説明図
である。

【図５】皮膚の溝やシワの方向性を検出するための原理
説明図であり、（ａ）（ｂ）は方向性が強い場合、
（ｃ）（ｄ）は方向性が無い場合の例を模式化した図で
ある。

【図６】方位毎の平均溝間隔を算出する際の説明図であ
る。

【図７】（ａ）は年齢とＲａ（０＋１８０）との相関
図、（ｂ）は視感評価値とＲａ（０＋１８０）との相関
図である。

【図８】（ａ）は年齢と粗さ方向性指数との相関図、
（ｂ）は視感評価値と粗さ方向性指数との相関図であ
る。

【図９】（ａ）は年齢とＲａＳＤとの相関図、（ｂ）は
視感評価値とＲａＳＤとの相関図である。

【図１０】（ａ）は年齢とＳｍ（０＋１８０）との相関
図、（ｂ）は視感評価値とＳｍ（０＋１８０）との相関
図である。

【図１１】（ａ）は年齢と溝間隔方向性指数との相関
図、（ｂ）は視感評価値と溝間隔方向性指数との相関図
である。

【図１２】（ａ）は年齢とＳｍＳＤとの相関図、（ｂ）
は視感評価値とＳｍＳＤとの相関図である。

【図１３】年齢とＲａとの相関関係を示したレーダーチ
ャートであり、（ａ）は１０歳未満から５０代まで、
（ｂ）は３０代から８０代までを示す。

【図１４】年齢とＳｍとの相関関係を示したレーダーチ
ャートであり、（ａ）は１０歳未満から５０代まで、
（ｂ）は３０代から８０代までを示す。

【図１５】年齢と各方位のＳｍＣＶとの相関関係を示し
たレーダーチャートであり、（ａ）は１０歳未満から５
０代まで、（ｂ）は３０代から８０代までを示す。

【図１６】Ｒａと視感評価値の関係を示したレーダーチ
ャートである。

【図１７】Ｓｍと視感評価値の関係を示したレーダーチ
ャートである。

【図１８】各方位のＳｍＣＶと視感評価値の関係を示し
たレーダーチャートである。

【図１９】実施例２における年齢とＲａ（０＋１８０）
との相関図である。

【図２０】年齢と粗さ方向性指数との相関図である。

【図２１】年齢とＳｍ（０＋１８０）との相関図であ
る。

【図２２】年齢と溝間隔方向性指数との相関図である。

【図２３】目尻の視覚評価値と年齢との相関関係を示し
た図である。

【図２４】平均粗さの加齢変化を示したレーダーチャー
トである。

【図２５】平均溝間隔の加齢変化を示したレーダーチャ
ートである。

【図２６】各方位の平均溝間隔変動係数の加齢変化を示
したレーダーチャートである。

【符号の説明】

Ｓ₁〜Ｓ_n・・・皮膚表面検出点Ｒａ・・・中心線平均粗さＳｍ・・・平均溝間隔ＲａＳＤ・・・方位間中心線平均粗さ標準偏差ＲａＣＶ・・・方位間中心線平均粗さの変動係数ＳｍＳＤ・・・方位間平均溝間隔偏差ＳｍＣＶ・・・方位間平均溝間隔Ｓｍの変動係数ｙ・・・図表における縦軸と横軸との相関関数ｒ・・・相関係数Ｌ・・・ライン、２１・・・画像入力装置２３・・・Ａ／Ｄ変換器２５・・・画像解析処理装置２７・・・ホストコンピュータ２９・・・モニタＴＶ（２９）３１・・・プリンタ３３・・・外部記憶装置

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 5/00 A61B 5/107 A61B 10/00 G01B 11/30 G01N 21/88

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】皮膚表面又は皮膚レプリカの表面に、所
定入射角を保持しつつ一定間隔にて全方位から順次光を
照射し、各方位における落射照明像を夫々多段階値の輝
度信号に変換するとともに、これら輝度信号の段階値を
統計演算して各方位毎の中心線平均粗さ、全方位の中心
線平均粗さ、方位間の中心線平均粗さ標準偏差を夫々求
め、該中心線平均粗さ標準偏差、特定方位の中心線平均
粗さと該特定方位に対向する方位の中心線平均粗さとの
加算値、全方位の中心線平均粗さに対する前記中心線平
均粗さ標準偏差の割合値の少なくとも一つを当該皮膚表
面の粗さを表す特性値としたことを特徴とする皮膚表面
形態特徴検出方法。
【請求項２】皮膚表面又は皮膚レプリカの表面に、所
定入射角を保持しつつ一定間隔にて全方位から順次光を
照射し、各方位における落射照明像を夫々多段階値の輝
度信号に変換するかまたは夫々二値信号に変換するとと
もに、このいずれかの信号の間隔を統計演算して各方位
毎の平均溝間隔、全方位の平均溝間隔、方位間の溝間隔
標準偏差を夫々求め、該溝間標準偏差、特定方位の平均
溝間隔と該特定方位に対向する方位の平均溝間隔との加
算値、全方位の平均溝間隔に対する溝間隔標準偏差の割
合値の少なくとも一つを当該皮膚表面の溝間隔を表す特
性値としたことを特徴とする皮膚表面形態特徴検出方
法。