JP4909686B2 - Epidermal tissue quantification apparatus and program - Google Patents
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Description
本発明は、被験者の表皮組織を定量化する表皮組織定量化装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to an epidermis tissue quantification apparatus and program for quantifying a subject's epidermis tissue.
従来、皮膚の状態を皮膚画像に基づいて定量的に評価することが行われている。 Conventionally, the skin condition has been quantitatively evaluated based on skin images.
特許文献1の皮膚画像処理装置は、皮膚のデジタル画像に基づいて皮膚の表面に存在するしわを3次元モデルにより評価する。上記皮膚画像処理装置は、2つの顔画像に基づいてしわの最も深い部分をプロットし、しわのエッジ幅、最も深い部分とエッジとの間の距離とを画素で数え、移動量に基づいて最大深さを計算する。 The skin image processing apparatus of Patent Document 1 evaluates wrinkles present on the surface of the skin using a three-dimensional model based on a digital image of the skin. The skin image processing apparatus plots the deepest part of the wrinkle based on the two face images, counts the edge width of the wrinkle, the distance between the deepest part and the edge in pixels, and determines the maximum based on the amount of movement. Calculate the depth.
特許文献2の皮膚表面状態評価装置は、標準部位(理想肌)及び評価部位それぞれにおける拡大画像、皮丘の平均面積や皮溝の平均深さの数値、又はそれらの比較結果をモニター画面に表示する。
The skin surface condition evaluation apparatus of
特許文献3の皮膚の鑑別法は、皮膚の状態をカラー画像に取り込み、単一色画素画像又は処理画素画像に細線化処理を行い細線のピーク幅間隔を指標とする。
しかし、特許文献1及び2技術においては、2つの画像を必要としたり、理想肌を予めモニターしたりして、2つの肌を比較しているに過ぎず、表皮組織を定量化していなかった。また、特許文献3の技術は、輝度ヒストグラムから平均値、標準偏差等を計算しているに過ぎず、詳細に表皮組織を定量化していない。
However, in
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、表皮組織を正確に定量化することができる表皮組織定量化装置及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an epidermis tissue quantification apparatus and program capable of accurately quantifying epidermis tissue.
本発明に係る表皮組織定量化装置は、表皮組織を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像の輝度値のばらつきが所定値以上になるように、前記画像の各画素の輝度値を変換する輝度値変換手段と、前記輝度値変換手段により変換された各画素の輝度値を二値化する二値化手段と、前記二値化手段により二値化された黒画素と所定の短直線とをマッチングして、マッチングした短直線の連結によって表される皮溝を抽出する短直線マッチング手段と、前記短直線マッチング手段により抽出された皮溝の中から短直線の連結数が所定値以上の皮溝を主要皮溝として抽出する主要皮溝抽出手段と、前記主要皮溝抽出手段により抽出された皮溝に基づいて、表皮組織を定量化した指標として、皮溝の平均太さ、皮溝の間隔、皮溝の平行度の少なくとも1つを算出する定量化指数算出手段と、を備えている。 The epidermal tissue quantification device according to the present invention includes an imaging unit that images epidermal tissue, and a luminance value of each pixel of the image so that a variation in luminance value of the image captured by the imaging unit is equal to or greater than a predetermined value. A luminance value converting means for converting the luminance value, a binarizing means for binarizing the luminance value of each pixel converted by the luminance value converting means, a black pixel binarized by the binarizing means, and a predetermined value Short straight line matching means for matching the short straight lines and extracting the skin grooves represented by the connection of the matched short straight lines, and the number of short straight lines connected from the skin grooves extracted by the short straight line matching means is predetermined. The main skin groove extraction means for extracting the skin groove more than the value as the main skin groove, and the average thickness of the skin groove as an index for quantifying the epidermal tissue based on the skin groove extracted by the main skin groove extraction means , Skin gap distance, skin groove flat And a, and quantification index calculating means for calculating at least one of degree.
また、本発明に係る表皮組織定量化プログラムは、コンピュータを、撮像手段により撮像された画像の輝度値のばらつきが所定値以上になるように、前記画像の各画素の輝度値を変換する輝度値変換手段と、前記輝度値変換手段により変換された各画素の輝度値を二値化する二値化手段と、前記二値化手段により二値化された黒画素と所定の短直線とをマッチングして、マッチングした短直線の連結によって表される皮溝を抽出する短直線マッチング手段と、前記短直線マッチング手段により抽出された皮溝の中から短直線の連結数が所定値以上の皮溝を主要皮溝として抽出する主要皮溝抽出手段と、前記主要皮溝抽出手段により抽出された皮溝に基づいて、表皮組織を定量化した指標として、皮溝の平均太さ、皮溝の間隔、皮溝の平行度の少なくとも1つを算出する定量化指数算出手段と、して機能させる。 Further, the epidermis tissue quantification program according to the present invention provides a computer with a luminance value for converting the luminance value of each pixel of the image so that the variation in the luminance value of the image captured by the imaging unit is equal to or greater than a predetermined value. Matching a conversion means, a binarization means for binarizing the luminance value of each pixel converted by the luminance value conversion means, and a black pixel binarized by the binarization means and a predetermined short straight line And a short straight line matching means for extracting a skin groove represented by the connection of the matched short straight lines, and a skin groove whose number of short straight lines is greater than or equal to a predetermined value from the skin grooves extracted by the short straight line matching means. The main skin groove extraction means for extracting as the main skin groove, and based on the skin groove extracted by the main skin groove extraction means, as an index quantifying the epidermal tissue, the average thickness of the skin groove, the interval of the skin groove Of the parallelism of the skin groove And quantification index calculation means for calculating one even without, thereby to function.
本発明に係る表皮組織定量化装置及びプログラムは、表皮組織を正確に定量化することができる。 The epidermal tissue quantification apparatus and program according to the present invention can accurately quantify epidermal tissue.
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る表皮組織定量化装置の構成を示すブロック図である。表皮組織定量化装置は、人体の表皮を撮像するカメラ10と、カメラ10で撮像された表皮画像に基づいて表皮を定量化するコンピュータ20と、を備えている。コンピュータ20は、演算処理を行うCPU21、データのワークエリアであるRAM22と、CPU21の制御プログラムを記憶するROM23を備えている。以上のように構成された表皮組織定量化装置は、次の処理を行うことにより、表皮組織の定量化を行う。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an epidermis tissue quantification apparatus according to an embodiment of the present invention. The epidermis tissue quantification apparatus includes a
図2は、コンピュータ20のCPU21が実行する表皮組織定量化ルーチンを示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an epidermis tissue quantification routine executed by the
ステップS1では、コンピュータ20のCPU21は、カメラ10により撮像された表皮画像を読み込んで、ステップS2に進む。
In step S1, the
ステップS2では、CPU21は、表皮画像の各画素の輝度変換処理を実行する。ここでは、次に示す輝度変換ルーチンが実行される。
In step S2, the
(輝度変換ルーチン)
図3は、輝度変換ルーチンを示すフローチャートである。
(Brightness conversion routine)
FIG. 3 is a flowchart showing a luminance conversion routine.
ステップS11では、CPU21は、表皮画像の輝度平均値を算出して、ステップS12に進む。なお、本実施形態では、表皮画像を構成する各画素の輝度範囲を0〜255とする。
In step S11, the
ステップS12では、CPU21は、表皮画像から輝度分布を表すヒストグラムを生成し、輝度平均値が輝度範囲の中心値である128になるようにヒストグラム全体をシフトして、ステップS13に進む。
In step S12, the
ステップS13では、CPU21は、輝度平均値(=128)を中心とした両側のヒストグラムの幅を表すヒストグラム切片幅(W)を所定数(本実施形態では5)減らして、ステップS14に進む。なお、ヒストグラム切片幅の初期値は127とする。したがって、最初は、ヒストグラム切片幅は127から5を引いた122となり、その結果、ヒストグラムの輝度範囲は6〜249となる。
In step S13, the
ステップS14では、CPU21は、ヒストグラムの新たな輝度範囲で標準偏差を算出し、標準偏差が50以上であるかを判定する。そして、肯定判定のときはステップS15に進み、否定判定のときはステップS13に戻る。
In step S14, the
ステップS15では、CPU21は、ヒストグラムの輝度範囲が0から255になるように輝度値の線形変換を行って、本ルーチンを終了する。これにより、図2に示すステップS2が終了する。
In step S15, the
図4から図6は、表皮画像の輝度値のヒストグラムを示す図であり、(A)ヒストグラム切片幅W(新たな輝度範囲)と(B)新たな輝度範囲における標準偏差S.D.を示す図である。これらの図に示すように、ヒストグラム切片幅Wが62(輝度範囲64〜192)になったときに、標準偏差S.D.が50を超えた値(51)になる。そして、CPU21は、輝度範囲が64〜192から0〜255になるように輝度値の線形変換を行う。これにより、当初の表皮画像の輝度値に偏りが合った場合でも、輝度値に適度なばらつきを与えて、高精度の画像処理が可能になる。そして、図2に示すステップS3に進む。
4 to 6 are diagrams showing histograms of luminance values of the skin image. (A) Histogram intercept width W (new luminance range) and (B) standard deviation S.D. in the new luminance range. D. FIG. As shown in these figures, when the histogram intercept width W is 62 (
(二値化処理)
ステップS3では、CPU21は、二値化処理を実行する。本実施形態では、色ムラを考慮して、二値化処理の対象となる画素毎に閾値を変動させて二値化処理を行う。具体的には、次に示す二値化処理ルーチンが実行される。
(Binarization processing)
In step S3, the
図7は、二値化処理ルーチンを示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart showing a binarization processing routine.
ステップS21では、CPU21は、二値化処理の対象となる画素(対象画素)に対して十字領域の交点を一致させる。そして、CPU21は、十字領域内の各画素の平均輝度値を計算し、対象画素の輝度値と十字領域内の各画素の平均輝度値との差である輝度差(=輝度平均値−対象画素の輝度値)を計算して、ステップS22に進む。
In step S <b> 21, the
図8及び図9は、十字領域の交点に対象画素が設定された状態を示す図である。 8 and 9 are diagrams showing a state in which the target pixel is set at the intersection of the cross areas.
ステップS22では、CPU21は、輝度差が二値化閾値以上であるかを判定し、肯定判定のときはステップS23に進み、否定判定のときはステップS24に進む。
In step S22, the
ステップ23では、CPU21は、対象画素は黒画素であると判定して、ステップ25に進む。また、ステップ24では、CPU21は、対象画素は白画素であると判定して、ステップ25に進む。
In
ステップ25では、CPU21は、対象画素周囲の黒画素を同一グループと認識して、ステップ26に進む。
In step 25, the
ステップ26では、CPU21は、ノイズによる黒画素を除去すべく、グループ内の黒画素数が領域閾値以上であるかを判定して、肯定判定のときはステップ27に進み、否定判定のときはステップ28に進む。
In step 26, the
ステップ27では、CPU21は、対象グループは黒画素であると判定する。また、ステップ28では、CPU21は、対象グループは白画素であると判定する。そして、ステップ27またはステップS28が終了すると、本ルーチンを終了して、図2に示すステップS4に進む。
In
(短直線マッチング)
つぎに、ステップS4では、CPU21は、短直線マッチング処理を行う。具体的には、次に示す短直線マッチングルーチンが実行される。
(Short straight line matching)
Next, in step S4, the
図10は、短直線マッチング処理ルーチンを示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart showing a short straight line matching processing routine.
ステップS31では、CPU21は、二値化された表皮画像の例えば左上からスキャンを開始して新たな黒画素を探索し、探索した黒画素をマッチング開始画素として設定して、ステップS32に進む。
In step S31, the
ステップS32では、CPU21は、図11に示すように、所定の短直線(例えば、幅t=1画素、基本長さl=20画素)の一端をマッチング開始画素上に設定する。そして、CPU21は、マッチング開始画素を軸にして、所定の短直線を所定角度Δθ(例えば5度)ずつ回転させて、短直線の70%以上の画素が黒画素になるか否かを判定する。そして、肯定判定のときはステップS33に進み、否定判定のときはステップS31に戻る。なお、本実施形態では、「70」%の数値を用いたが、これに限定されるものではないのは勿論である。
In step S32, as shown in FIG. 11, the
ステップS33では、CPU21は、マッチング開始画素の位置における皮溝(黒画素部分)の太さを計算して、ステップS34に進む。なお、このステップS33については、詳しくは後述する(ステップS5の(平均太さ)の算出を参照。)。
In step S33, the
ステップS34では、CPU21は、図12に示すように、ステップS33で計算された皮溝の太さに応じて所定の短直線の長さを延長する。例えば、皮溝が太いほど、短直線の延長率が高くなる。そして、CPU21は、延長直線の70%以上の画素が黒画素であり、かつ、所定の短直線の反対側の画素(マッチング開始点と異なる端部の画素)がマッチング未処理の画素であるか否かを判定し、肯定判定のときはステップS35に進み、否定判定のときはステップS31に戻る。
In step S34, as shown in FIG. 12, the
ステップS35では、CPU21は、延長された短直線を黒画素部分にマッチングさせて、ステップS36に進む。
In step S35, the
ステップS36では、CPU21は、マッチングされた短直線の終点の画素を新たなマッチング開始画素に設定して、ステップS37に進む。
In step S36, the
ステップS37では、CPU21は、新たなマッチング開始画素を基準にして更にマッチング処理可能であるかを判定し、肯定判定のときはステップS38に進み、否定判定のときはステップS33に戻る。
In step S37, the
ステップS38では、CPU21は、マッチング開始画素が探索終点(例えば二値化された表皮画像を左上からスキャンした場合では右下の画素)に達したかを判定し、肯定判定のときは本ルーチンを終了し、否定判定のときはステップS31に戻る。短直線マッチングルーチンの実行の結果、例えば図13に示すように、9本の短直線が連結される。そして、図2に示すステップS5に進む。
In step S38, the
(主要部抽出処理)
ステップS5では、CPU21は、ステップS4で抽出された多くの皮溝の中から主要な皮溝を抽出する。具体的には、次に示す主要皮溝抽出ルーチンが実行される。
(Main part extraction process)
In step S5, the
図14は、主要皮溝抽出ルーチンを示すフローチャートである。 FIG. 14 is a flowchart showing a main skin groove extraction routine.
ステップS41では、CPU21は、ステップS4で抽出された皮溝の各々のグループにおいて短直線の連結数を計算して、ステップS42に進む。
In step S41, the
ステップS42では、CPU21は、短直線の連結数が連結閾値以上であるか否かを判定し、肯定判定のときはステップS43に進み、否定判定のときはステップS44に進む。
In step S42, the
ステップS43では、CPU21は、短直線の連結数が連結閾値以上であるグループの皮溝を主要皮溝と判定する。また、ステップS44では、CPU21は、短直線の連結数が連結閾値以上ではないグループの皮溝を非主要皮溝と判定する。そして、ステップS43又はステップS44を経て、ステップS45に進む。
In step S43, the
ステップS45では、CPU21は、主要皮溝のみを抽出して、本ルーチンを終了する。そして、図2に示すステップS6に進む。
In step S45, the
(定量解析)
ステップS6では、CPU21は、表皮組織の定量解析を行う。CPU21は、具体的には、皮溝の平均太さ、間隔、平行度を計算する。
(Quantitative analysis)
In step S6, the
(平均太さ)
平均太さの計算は、上述したステップS33で行うことができる。最初に、CPU21は、マッチング開始画素を中心に短直線を5°ずつ回転させ、図15に示すように、各角度における中心から皮溝縁までの長さ(連続した黒画素数)t(θ)を測定する。そして、t(θ)とt(θ+180)の和をT(θ)とし、図16に示すように、T(θ)の最小値Tminをマッチング開始画素における皮溝太さT[pixel]とする。CPU21は、これを短直線マッチングする毎に繰り返し、図17に示すように、各マッチング開始画素(T1〜T5)における太さを積算する。最後に、CPU21は、積算太さを短直線の本数で割ることにより、その画像における皮溝の平均太さTl[pixel]を算出する。よって、マッチングの短直線の総本数をNとすると、CPU21は、次の式(1)に従って、皮溝の平均太さTlを計算する。
(Average thickness)
The average thickness can be calculated in step S33 described above. First, the
一般に、皮溝の長さに注目すると、皮溝の全長が大きいほど、皮溝間隔が狭くなる傾向がある。ここで、皮溝の太さは間隔に対して微小であるので、無視することができる。よって、皮溝の平均太さは考慮せず、皮溝全長が皮溝間隔を表す指標となる。すなわち、CPU21は、次の式(2)に従って、皮溝間隔Ll[×104pixel]を計算する。
In general, when attention is paid to the length of the skin groove, the gap length tends to become narrower as the overall length of the skin groove increases. Here, since the thickness of the skin groove is minute with respect to the interval, it can be ignored. Therefore, the average thickness of the skin groove is not taken into consideration, and the overall length of the skin groove is an index representing the skin groove interval. That is, the
(平行度、変動係数)
皮溝の方向性を表す指標として、皮溝の平行度を用いる。
(Parallelity, coefficient of variation)
The parallelism of the skin groove is used as an index representing the directionality of the skin groove.
図18及び図19は、(A)平行度の異なる2枚の表皮画像と(B)角度毎の短直線本数と表したヒストグラムを示す図である。図18(A)に示す平行度が高い表皮画像では、同図(B)に示すようにヒストグラムのピークが明確であり、皮溝の方向を示す角度にピークが生じている。これに対して、図19(A)に示す平行度が低い画像では、同図(B)に示すようにヒストグラムはなだらかな形状となり、ピーク位置が不明確である。よって、ヒストグラムのピークの明確さをヒストグラム高さの標準偏差σnで表し、それを平行度の指標とする。そこで、CPU21は、次の式(3)に従って、ヒストグラム高さの標準偏差σnを算出する。
18 and 19 are diagrams showing histograms representing (A) two skin images having different degrees of parallelism and (B) the number of short straight lines for each angle. In the skin image having a high degree of parallelism shown in FIG. 18A, the peak of the histogram is clear as shown in FIG. 18B, and the peak is generated at the angle indicating the direction of the skin groove. In contrast, in the image with low parallelism shown in FIG. 19A, the histogram has a gentle shape as shown in FIG. 19B, and the peak position is unclear. Therefore, the clarity of the peak of the histogram is represented by the standard deviation σ n of the histogram height, which is used as an index of parallelism. Therefore, the
ここで、皮溝の平行度が等しい場合でも、短直線本数n[θ]が異なるとσnが大きく異なることがある。そこで、短直線本数n[θ]の違いを正規化するために、標準偏差σnを短直線本数の平均値で割った値、すなわち変動係数Cvを皮溝の平行度としてもよい。このとき、CPU21は、次の式(4)に従って変動係数Cvを計算すればよい。
Here, even when the parallelism of the skin grooves is equal, σ n may be greatly different if the number of short straight lines n [θ] is different. Therefore, in order to normalize the difference in the number of short straight lines n [θ], a value obtained by dividing the standard deviation σ n by the average value of the number of short straight lines, that is, the coefficient of variation C v may be used as the parallelism of the skin groove. In this case,
10 カメラ
20 コンピュータ
21 CPU
22 RAM
23 ROM
10
22 RAM
23 ROM
Claims (4)
前記撮像手段により撮像された画像の輝度値のばらつきが所定値以上になるように、前記画像の各画素の輝度値を変換する輝度値変換手段と、
前記輝度値変換手段により変換された各画素の輝度値を二値化する二値化手段と、
前記二値化手段により二値化された黒画素と所定の短直線とをマッチングして、マッチングした短直線の連結によって表される皮溝を抽出する短直線マッチング手段と、
前記短直線マッチング手段により抽出された皮溝の中から短直線の連結数が所定値以上の皮溝を主要皮溝として抽出する主要皮溝抽出手段と、
前記主要皮溝抽出手段により抽出された皮溝に基づいて、表皮組織を定量化した指標として、皮溝の平均太さ、皮溝の間隔、皮溝の平行度の少なくとも1つを算出する定量化指数算出手段と、
を備えた表皮組織定量化装置。 Imaging means for imaging epidermal tissue;
Luminance value conversion means for converting the luminance value of each pixel of the image so that the variation of the luminance value of the image captured by the imaging means is a predetermined value or more;
Binarization means for binarizing the luminance value of each pixel converted by the luminance value conversion means;
Short line matching means for matching a black pixel binarized by the binarization means and a predetermined short straight line, and extracting a skin groove represented by a connection of the matched short straight lines;
Main skin groove extracting means for extracting, as a main skin groove, a skin groove in which the number of short straight lines is not less than a predetermined value from the skin grooves extracted by the short straight line matching means;
Quantification for calculating at least one of the average thickness of the skin groove, the space between the skin grooves, and the parallelism of the skin groove as an index for quantifying the epidermal tissue based on the skin groove extracted by the main skin groove extracting means. Chemical index calculation means,
An epidermis tissue quantification apparatus comprising:
請求項1に記載の表皮組織定量化装置。 The short straight line matching means sets the black pixel as a matching start pixel, sets one end of the short straight line as a matching start pixel, and rotates the short straight line by a predetermined angle around the matching start pixel as a predetermined ratio or more of the short straight line. The epidermal tissue quantification apparatus according to claim 1, wherein when the pixel becomes a black pixel, it is determined that the black pixel matches a predetermined short straight line.
撮像手段により撮像された画像の輝度値のばらつきが所定値以上になるように、前記画像の各画素の輝度値を変換する輝度値変換手段と、
前記輝度値変換手段により変換された各画素の輝度値を二値化する二値化手段と、
前記二値化手段により二値化された黒画素と所定の短直線とをマッチングして、マッチングした短直線の連結によって表される皮溝を抽出する短直線マッチング手段と、
前記短直線マッチング手段により抽出された皮溝の中から短直線の連結数が所定値以上の皮溝を主要皮溝として抽出する主要皮溝抽出手段と、
前記主要皮溝抽出手段により抽出された皮溝に基づいて、表皮組織を定量化した指標として、皮溝の平均太さ、皮溝の間隔、皮溝の平行度の少なくとも1つを算出する定量化指数算出手段と、
して機能させる表皮組織定量化プログラム。 Computer
Luminance value conversion means for converting the luminance value of each pixel of the image so that the variation of the luminance value of the image captured by the imaging means is equal to or greater than a predetermined value;
Binarization means for binarizing the luminance value of each pixel converted by the luminance value conversion means;
Short line matching means for matching a black pixel binarized by the binarization means and a predetermined short straight line, and extracting a skin groove represented by a connection of the matched short straight lines;
Main skin groove extracting means for extracting, as a main skin groove, a skin groove in which the number of short straight lines is not less than a predetermined value from the skin grooves extracted by the short straight line matching means;
Quantification for calculating at least one of the average thickness of the skin groove, the space between the skin grooves, and the parallelism of the skin groove as an index for quantifying the epidermal tissue based on the skin groove extracted by the main skin groove extracting means. Chemical index calculation means,
Epidermis tissue quantification program to function.
請求項3に記載の表皮組織定量化プログラム。 The short straight line matching means sets the black pixel as a matching start pixel, sets one end of the short straight line as a matching start pixel, and rotates the short straight line by a predetermined angle around the matching start pixel as a predetermined ratio or more of the short straight line. The epidermal tissue quantification program according to claim 3, wherein when the pixel becomes a black pixel, it is determined that the black pixel matches a predetermined short straight line.
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