JP4286724B2 - 毛穴の三次元測定方法 - Google Patents

Description

本発明は毛穴の三次元測定方法に係り、特に毛穴の立体的形状を精密に計測することを可能とした毛穴の三次元測定方法に関する。

種々ある皮膚表面の特性の一つして毛穴がある。この毛穴は、肌に対する様々の意識調査において、女性の大きな悩みの１つとして常に挙げられるものである。それにも関わらず、毛穴の形状や生理に関する研究は驚くほど少ないのが現状である。

一般的に毛穴の観察に用いられる方法としては、ビデオマイクロスコープ（以下ＶＭＳと記す）がある。このＶＭＳを用いた方法では、毛穴内部での角栓の状態や黒ずみについて詳細に観察することが可能であるが、毛穴の大きさや深さ等の形状に関しては困難である。また、毛穴の形状計測に関しては、レプリカをテレビカメラで取込、画像解析によりその大きさを評価する方法が知られている（非特許文献１，２参照）。
高橋元次，現代皮膚科学大系，中山書店，'90-B，13-28（1990） 西島貴史，大須弘之 他，J Soc Cosmet Chem Jpn，35，141-148（2001）

しかし、これらの方法は、本質的に２次元解析であり、その深さ、体積等の３次元形状を考慮したものではなかった。このため、毛穴の三次元画像が不鮮明で、毛穴の形状計測の精度が低下してしまうという問題点があった。また、テレビカメラによる撮像位置を移動させながら測定を行なう必要があり、測定に長い時間を必要とするという問題点もあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高精度の毛穴の形状計測を短時間で実施しうる毛穴の三次元測定方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明に係る毛穴の三次元測定方法は、
皮膚表面状態を採取したレプリカを、共焦点顕微鏡を用いて計測することにより、前記レプリカの三次元形状計測データを求めるステップと、
前記三次元形状計測データから、肌のキメに関する情報を除去するステップと、
前記肌のキメに関する情報が除去されたキメ除去データから、毛穴抽出範囲を決定するステップと、
前記毛穴抽出範囲に基づき、毛穴評価を行なうステップと
を有することを特徴とするものである。

上記発明によれば、共焦点顕微鏡を用いて皮膚表面状態を採取したレプリカを計測し、三次元形状計測データを求めているため、皮膚表面状態の三次元情報を直接的に生成することができ、よって毛穴の形状計測を高精度に行なうことが可能となる。

また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の毛穴の三次元測定方法において、
前記肌のキメに関する情報の除去は、ガウシアンフィルター処理により行なうことを特徴とするものである。

上記発明によれば、毛穴の形状計測においてノイズとなる肌のキメが除去されるため、毛穴の形状計測を高精度に行なうことが可能となる。

また、請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載の毛穴の三次元測定方法において、
前記レプリカの三次元形状計測データを求めた後、前記毛穴を抽出する処理を行なう前に、前記三次元形状計測データに含まれるノイズを除去する処理を行なうことを特徴とするものである。

上記発明によれば、三次元形状計測データに含まれるノイズが除去されるため、毛穴の形状計測の精度を高めることができる。

また、請求項４記載の発明は、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の毛穴の三次元測定方法において、
前記レプリカの三次元形状計測データを求めた後、前記毛穴を抽出する処理を行なう前に、前記レプリカ全体の傾きを補正する処理を行なうことを特徴とするものである。

上記発明によれば、レプリカ全体の傾きを補正することにより、この傾きに起因したノイズが除去され、よって毛穴の形状計測の精度を高めることができる。

また、請求項５記載の発明は、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の毛穴の三次元測定方法において、
前記共焦点顕微鏡として５〜１０倍の対物レンズを有したものを用いたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、共焦点顕微鏡として５〜１０倍の対物レンズを用いることにより、例えば3.34×3.34mmの計測範囲について900×900point（3.7mm間隔）の細かさで一度に３次元計測することが可能となり、深さ方向についても1μｍ以下の分解能を実現できる。このため、共焦点顕微鏡を用いた１回の計測により毛穴の形状計測が可能となり、毛穴の三次元測定に要する時間の短縮を図ることができる。

本発明によれば、毛穴の形状計測を短時間の計測時間で高精度に行なうことが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図１は、本発明の一実施例である毛穴の三次元測定方法の測定手順を示す図である。本発実施例に係る毛穴の三次元測定方法では、先ず初めに、毛穴を含む皮膚表面状態のレプリカを採取する（ステップ１０。尚、図ではステップをＳと略している）。具体的には、図２に示すように、頬部でも毛穴の目立つ部位である頬下部からレプリカ剤（シルフロ；Flexico社，イギリス）を用いて直径３cm程度の大きさのレプリカを採取する。尚、レプリカによる毛穴の採取位置は頬下部に限定されものではなく、肌の任意の部位から採取することが可能である。

上記のようにレプリカが採取されると、次に共焦点顕微鏡を用いて、ステップ１０で採取したレプリカの三次元画像の取り込み処理を行なう（ステップ１１）。図３は、共焦点顕微鏡１０の原理図である。同図を用いて、先ず共焦点顕微鏡１０の原理について簡単に説明する。

共焦点顕微鏡１０は、大略すると集光レンズ１１，ビームスプリッタ１２，対物レンズ１３，ピンホール１４，及び光検出器１５等により構成されている。光源（レーザ光源）から出射した光は、集光レンズ１１で集光され、ビームスプリッタ１２を通過し、対物レンズ１３により試料１６（本実施例では、レプリカ）上に照射される。本実施例では、後述するように倍率が５〜１０倍の対物レンズ１３を用いている。

試料１６で反射された光は、再び対物レンズ１３を通り、ビームスプリッタ１２で反射された上で、ピンホール１４を介して光検出器１５に入射する。この光検出器１５で検出されたデータがレプリカに対する、換言すると毛穴を含む肌状態に対応するレプリカの三次元形状計測データとなる。

この際、共焦点顕微鏡１０は、通常の顕微鏡とは異なり、極めて小さい照射面積でレーザ光を試料１６に照射する。また、試料１６で反射された光（情報光という）は、ビームスプリッタ１２で反射された後、極めて小径なピンホール１４をとおり光検出器１５で検出が行われる。

ピンホール１４は極めて小径であるため、試料１６で反射された光は、試料１６上で合焦点した光のみが光検出器１５に到達でき、焦点外れの試料１６ａの反射光（図３に破線で示す）はピンホール１４にて排除される。これにより、例えば試料１６が図４（Ａ）に示す形状であると仮定し、また焦点位置をａ〜ｄの深さ位置とした場合、焦点位置により次のような三次元形状計測データ（図４（Ｂ）では、光学的断層像として示している）を得ることができる。

即ち、共焦点顕微鏡１０の焦点を焦点位置ａに合わせると、図４（Ｂ）にａ−１で示す光学的断層像（三次元形状計測データ）を得ることができる。また同様に、共焦点顕微鏡１０の焦点を焦点位置ｂに合わせると図４（Ｂ）にｂ−１で示す光学的断層像を、焦点を焦点位置ｃに合わせると図４（Ｂ）にｃ−１で示す光学的断層像を、焦点を焦点位置ｄに合わせると図４（Ｂ）にｄ−１で示す光学的断層像を得ることができる。

そして、このａ−１〜ｄ−１で示す光学的断層像をメモリに記憶しておき、この各光学的断層像ａ−１〜ｄ−１を適宜合成することにより、試料１６の立体画像を生成することができる。具体的には、メモリに光学的断層像ａ−１のみしか記憶されていない場合には、これにより生成される三次元画像は図３（Ｃ）にａ−２で示す画像となるが、光学的断層像ａ−１と光学的断層像ｂ−１とを合成すると、合成画像は図４（Ｃ）にｂ−２で示す画像となる。同様に、光学的断層像ａ−１〜ｃ−１を合成すると合成画像は図４（Ｃ）にｃ−２で示す立体画像になり、光学的断層像ａ−１〜ｄ−１を合成すると、合成画像は図４（Ｃ）にｄ−２で示す立体画像となる。

このように本実施例では、共焦点顕微鏡１０を用いて皮膚表面状態を採取したレプリカを計測し、三次元形状計測データを求めているため、皮膚表面状態の三次元情報を直接的に生成することができ、よって毛穴の形状計測を高精度に行なうことが可能となる。

本実施例では、レプリカの３次元形状取り込みに、レーザーテック社製超広視野共焦点顕微鏡（HD100D）を用いた。この機器は５倍の対物レンズ１３を有しており、これにより3.34×3.34mmの計測範囲について900×900point（3.7mm間隔）の細かさで一度に３次元計測することを可能としている。また、この共焦点顕微鏡は、深さ方向についても1μｍ以下の分解能を有している。

前記したように、レプリカの大きさは直径約３cmであり、また毛穴の深さも1mm以下である。このため、上記の共焦点顕微鏡（HD100D）を用いた１回の計測により、レプリカの三次元形状計測データを得ることができ、よって毛穴の三次元測定に要する時間の短縮を図ることができる。

尚、本実施例で用いてる共焦点顕微鏡では５倍の対物レンズを有したものを用いたが、対物レンズの倍率は５〜１０倍の範囲において上記した毛穴の三次元測定に要する時間の短縮を図ることができた。これは、対物レンズの倍率を高く設定すると、分解能は向上するものの、一度に測定しうる領域（面積）が狭くなり測定時間が長くなる。よって、測定時間と毛穴の検出精度とを考慮に入れると、対物レンズの倍率は５〜１０倍が適当である。

上記のようステップ１１において三次元形状計測データが得られると、続いてステップ１２において三次元形状計測データに対して各種補正処理を実施する。本実施例では、この補正処理としてヒゲ状ノイズ成分の除去処理（ステップ１２−１）と、レプリカの傾き及び歪の補正処理（ステップ１２−２）を実施している。

ヒゲ状ノイズ除去処理では、計測された三次元形状計測データから5×5画素の大きさのメディアンフィルター処理を３回繰返すことで計測データに含まれるノイズを除去している。また、傾き・歪補正処理では、毛穴抽出時におけるレプリカ全体の傾きおよび反り歪みの影響を除去するために、半値幅λ=2.4mmのガウシアンフィルターによる形状補正を実施している。この各種補正処理を実施することにより、三次元形状計測データから不要データが除去されノイズ除去データが生成される。このノイズ除去データを用いることにより、後述する毛穴の形状計測の精度を高めることができる。尚、ノイズ除去データは、後述するステップ１３及びステップ１４の双方のステップにおいて使用するため、記憶装置に一旦記憶される。

上記の各種補正処理（ステップ１２）が終了すると、続いて記憶手段よりノイズ除去データを読み出し、このノイズ除去データに対してキメの抽出処理が行われる（ステップ１３）。肌のキメとは肌の表面の細かいあや（文様）であり、これ自体を肌特性の一つとして計測し評価することも行なわれている。しかしながら、肌のキメは、毛穴の形状計測においてはノイズとなるものである。そこで本実施例では、ノイズ除去データから肌のキメに関する情報を除去する処理を実施している。肌のキメを抽出するにはガウシアンフィルター（λ＝0.2mm）処理を用い、これによりキメ抽出データが生成される。

上記のようにキメ抽出データが生成されると、続いてキメの除去処理を行なう。具体的には、記憶手段よりノイズ除去データを読み出し、このノイズ除去データからステップ１３で求められたキメ抽出データの成分を除算する。これにより、キメ成分が除去されたキメ除去データが生成される（ステップ１４）。

図５はキメの除去前のデータであり、図６はキメの除去後のキメ除去データであり、いずれのデータも立体画像として表示している。図５及び図６において、他の部分に比べて薄く（白っぽく）示されているのが毛穴の位置である。

しかしながら図５に示されるキメの除去前の三次元画像では、肌のキメも他の部分に比べて薄く表示されるため、毛穴の位置の周りに肌のキメが表示されてしまい、毛穴の位置が抽出し難い。これに対し、図６に示されるキメの除去後の三次元画像では、肌のキメは抽出されないため、毛穴の位置を把握し易い表示となっている。よって、肌のキメの除去処理を実施することにより、毛穴の位置を抽出し易くなるため、毛穴の形状計測の精度を高めることができる。

上記のようにキメ除去データが生成されると、毛穴の抽出処理が実施される。この毛穴の抽出処理では、先ずキメ除去データから閾値４０μｍ以上の高さの場所を抽出し、次に抽出された場所の内面積が0.04mm²以下の領域を除去することにより、最終的な毛穴の抽出範囲が決定される。この毛穴の抽出範囲をステップ１２で求められたノイズ除去データに適用することにより、毛穴３Ｄ解析データを生成する（ステップ１５）。

本発明者が実施した毛穴の測定結果としては、毛穴の深さは約４０μｍ以上であり、かつその面積は0.04mm²以上であった。このため、キメ除去データから閾値４０μｍ以上の高さの場所を抽出すると共にその抽出領域の面積が0.04mm²以下の領域を除去することにより、毛穴の位置を確定することができる。

尚、実際の毛穴は肌に形成された一種の穴であるため深さを有するが、本実施例ではこれを転写したレプリカを用いて毛穴の形状測定を行なっている。このため、レプリカの毛穴に対応する位置は、三次元形状計測データ上では穴ではなく突起として示される。このため、毛穴の抽出は、上記のように所定閾値の高さよりも高い突起を毛穴として抽出する方法を採用している。

続くステップ１６では、上記のようにして得られた毛穴３Ｄ解析データを用い、毛穴の評価処理を実施する。この毛穴の評価処理では、三次元形状計測データから個々の毛穴についての開口部面積、毛穴の体積、深さ（毛穴の最深部の深さ）、円形度が算出される。尚、円形度については次式にて算出した。

円形度＝(４π×毛穴面積)／（毛穴円周長）²
上記の式を用いて毛穴の円形度を求めた場合、毛穴が楕円の場合に円形度は小さくなり、真円の場合は「１」となる。

次に、実際に上記した毛穴の三次元測定方法を用い、毛穴を測定した測定結果の一例について説明する。図７は、毛穴の目立つ女性の頬から採取したレプリカを、共焦点顕微鏡１０により取り込んで、その後にステップ１２〜１４の処理を実施した毛穴３Ｄ解析データを示している。同図では、毛穴３Ｄ解析データを三次元画像として示した例を示している。尚、毛穴３Ｄ解析データの表示方法は、立体的状態が明確に示されれば、図示される以外の表示方法を用いても良い。

図７に示されるように、レプリカには１〜５で示される毛穴の存在が確認できる。また、この各毛穴１〜５に対し、評価を行なった結果を図８に示す。同図では、個々の毛穴計測値から毛穴評価パラメーターとして測定範囲内における全毛穴の開口部面積の総和を「毛穴総面積」として、体積の総和を「毛穴総体積」として算出し、深さ及び円形度については全毛穴の平均値をそれぞれ「毛穴平均深さ」、「毛穴平均円形度」として算出している。

一方、本実施例に係る毛穴の三次元測定方法を用いて、一般女性パネル60名（18〜68才）の頬部の毛穴を計測し、毛穴の目立ち度（４名の評価者による５段階官能評価値の平均）と毛穴パラメーターとの関係ならびに加齢に伴う毛穴の大きさ及び形状の変化について解析した結果を図９〜図１２に示す。

図９に示すように、毛穴の目立ち度と各パラメーターの関係において最も高い相関を示すパラメーターは「毛穴総面積」であった（r=0.600）。また、図１０に示されるように、「毛穴平均深さ」にはほとんど相関は見られないことから（r=0.165）、毛穴の目立ち度には毛穴の開口部の大きさが大きな影響を与えていると考えられる。

また、図１１に示されるように、「毛穴総体積」は加齢に伴い増加し、40代が最大となり、その後はゆるやかに減少する傾向にあった。頬の皮脂量は20-30代で最も多く、40代以降減少することから毛穴が大きくなる要因として皮脂分泌量と関係していると考えられる。更に、図１２に示されるように、「毛穴平均円形度」は加齢に伴い減少する傾向にあった。目視による観察でも高齢者の毛穴は重力方向に楕円形になっていることが明らかで、これは加齢による皮膚のたるみが大きな要因となっているものと思われる。

毛穴自身を小さくする化粧品は現在のところまだ開発されていない。しかし、最新の皮膚研究では、皮脂の特定の成分が毛穴周辺の皮膚の角化異常を引き起こし、毛穴の大きさあるいは目立ち度合いに大きく関与することが解明されてきており、このような新しい着眼点から毛穴自身を小さくするあるいは大きくなるのを防ぐ化粧品開発の可能性も出てきている。このような機能性化粧料の開発においては、本願発明に係る毛穴の三次元測定方法による毛穴の定量的計測が大変重要であり、その活躍が予想される。

図１は、本発明の一実施例である毛穴の三次元測定方法の測定手順を示す図である。 図２は、レプリカの採取位置を示す図である。 図３は、共焦点顕微鏡の原理を説明するための図である。 図４は、共焦点顕微鏡を用いた三次元画像の読み取り原理を説明するための図である。 図５は、キメ除去前の毛穴形状のデータ画像を示す図である。 図６は、キメ除去後の毛穴形状のデータ画像を示す図である。 図７は、毛穴形状データに基づき実施した毛穴評価を説明するための図である（その１）。 図８は、毛穴形状データに基づき実施した毛穴評価を説明するための図である（その２）。 図９は、毛穴形状データと毛穴の目立ち度との関係を示す図である（その１）。 図１０は、毛穴形状データと毛穴の目立ち度との関係を示す図である（その２）。 図１１は、毛穴形状データと加齢との関係を示す図である（その１）。 図１２は、毛穴形状データと加齢との関係を示す図である（その２）。

符号の説明

１０ 共焦点顕微鏡
１１ 集光レンズ
１２ ビームスプリッタ
１３ 対物レンズ
１４ ピンホール
１５ 光検出器
１６ 試料

Claims (5)

1. 皮膚表面状態を採取したレプリカを、共焦点顕微鏡を用いて計測することにより、前記レプリカの三次元形状計測データを求めるステップと、
   前記三次元形状計測データから、肌のキメに関する情報を除去するステップと、
   前記肌のキメに関する情報が除去されたキメ除去データから、毛穴抽出範囲を決定するステップと、
   前記毛穴抽出範囲に基づき、毛穴評価を行なうステップと
   を有することを特徴とする毛穴の三次元測定方法。
2. 請求項１記載の毛穴の三次元測定方法において、
   前記肌のキメに関する情報の除去は、ガウシアンフィルター処理により行なうことを特徴とする毛穴の三次元測定方法。
3. 請求項１又は２に記載の毛穴の三次元測定方法において、
   前記レプリカの三次元形状計測データを求めた後、前記毛穴を抽出する処理を行なう前に、前記三次元形状計測データに含まれるノイズを除去する処理を行なうことを特徴とする毛穴の三次元測定方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の毛穴の三次元測定方法において、
   前記レプリカの三次元形状計測データを求めた後、前記毛穴を抽出する処理を行なう前に、前記レプリカ全体の傾きを補正する処理を行なうことを特徴とする毛穴の三次元測定方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の毛穴の三次元測定方法において、
   前記共焦点顕微鏡として５〜１０倍の対物レンズを有したものを用いたことを特徴とする毛穴の三次元測定方法。