KR101436988B1 - Method and Apparatus of Skin Pigmentation Detection Using Projection Transformed Block Coefficient - Google Patents
Method and Apparatus of Skin Pigmentation Detection Using Projection Transformed Block Coefficient Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 투영 변환 블록 계수를 이용한 피부 색소 침착 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 대상 영상을 입력하는 영상 입력부와, 대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하고, 상기 추출된 피부 영역을 헤모글로빈 및 멜라닌 성분으로 분리하며, 상기 피부 영역을 블록 단위로 구분하였을 때 각 블록에서 상기 헤모글로빈 및 멜라닌 성분 각각에 대한 크기를 나타내는 투영 변환 블록 계수를 산출하고, 상기 산출된 투영 변환 블록 계수를 이용하여 색소 침착을 판별하는 영상 처리부와, 상기 색소 침착을 판별한 결과를 출력하는 결과 출력부를 포함하는 피부 색소 침착 검출 장치와 이에 따른 방법이 제공된다. The present invention relates to an apparatus and a method for detecting a skin pigmentation using a projection conversion block coefficient, and a method and apparatus for detecting skin pigmentation using projection conversion block coefficients. The method includes extracting a skin region from a target image, And a melanin component, and when the skin region is divided into blocks, a projection conversion block coefficient indicating a size of each of the hemoglobin and melanin components in each block is calculated, and pigment conversion And a result output unit for outputting a result of discriminating the deposition of the pigment, and a method therefor are provided.
Description
본 발명은 피부 색소 침착 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 투영 변환 블록 계수를 이용하여 피부 색소 침착 정도를 검출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for detecting skin pigmentation, and more particularly, to an apparatus and method for detecting skin pigmentation level using a projection conversion block coefficient.
피부는 인체에서 가장 면적이 넓은 기관으로서 색소 침착(pigmentation) 패턴을 변화함으로써 피부의 내외적인 자극들에 대하여 반응한다. 피부 색소 침착은 정상적인 피부와는 다른 색을 띠는 현상을 의미하는데 색소 침착 자체를 건강 이상을 판단하는 인자로 보기는 어렵지만, 흑색종(melanoma), 기저세포암(basal cell carcinoma), 및 편평세포암종(squamous cell carcinoma) 등의 피부질환으로 진행될 수 있다. 따라서 피부 색소 검출은 미용뿐만 아니라 의학적으로도 매우 중요한 역할을 한다. Skin is the largest organ in the body and responds to the external and internal stimuli of the skin by changing the pigmentation pattern. Skin pigmentation refers to a phenomenon that is different from normal skin. Pigmentation itself is difficult to judge as a factor of health abnormality, but melanoma, basal cell carcinoma, and squamous cell Squamous cell carcinoma, and the like. Therefore, skin pigment detection plays a very important role not only in beauty but also in medicine.
피부색을 변화하게 하는 주요 원인은 멜라닌(melanin)과 헤모글로빈(hemoglobin) 성분인데, 피부에 포함된 멜라닌 성분의 정도에 따라 피부색이 연노랑, 적갈색 혹은 검게 변하게 되고, 헤모글로빈은 혈액 세포에 산소를 공급하는 역할을 하므로 피부가 붉은색을 띄는 원인이 된다. 따라서 피부에서 멜라닌 및 헤모글로빈 성분의 분포를 분석함으로써 피부 색소의 침착 정도 및 형태를 분석할 수 있는데, 피부 색소 침착 판별에서 가장 많이 활용되는 방법은 육안 검사(visual examination)이다. 이 방법은 의사 및 미용사들이 색소 침착을 판별하는데 가장 많이 활용하지만 검사 결과가 매우 주관적이고 정량적이지 못하다는 단점이 있어, 피부 색소 침착 정도의 정량적 판단 방법에 대한 필요성이 대두되고 있다. The main causes of skin color change are melanin and hemoglobin. Skin color changes to light yellow, reddish brown or black depending on the degree of melanin contained in the skin. Hemoglobin acts as oxygen supply to blood cells Which causes the skin to become reddish. Thus, by analyzing the distribution of melanin and hemoglobin components in the skin, the degree and morphology of the skin pigment can be analyzed. The most widely used method for skin pigmentation discrimination is visual examination. This method is most commonly used by physicians and hairdressers to discriminate pigmentation, but there is a disadvantage that the test result is very subjective and not quantitative. Therefore, there is a need for quantitative determination of skin pigmentation degree.
90년대 초부터 디지털 영상 분석 기법이 피부의 색소 침착을 검출하기 위하여 활용되고 있는데, 이는 색소가 침착된 영역 뿐 아니라 색소가 침착된 영역의 크기 및 정도 등을 정량적으로 측정할 수 있다. 컴퓨터 비전 기반의 피부 색소 검출 방법이 제안되었으며, 이 방법에서는 색소 불균형 (skin pigment asymmetry)을 피부 병변(lesion)의 판단 척도로 설정하고 이를 검출하고 정량화하여 색소 침착의 정도를 판단한다. 또한, 색소 침착된 피부 병변의 반점(blotch)을 검출하기 위하여 FCCI (fuzzy co-clustering algorithm for images) 방법이 확장되었고, 반점의 특징을 검출하기 위하여 정규화된 엔트로피 함수(normalized entropy function)가 사용되었다. Since the early 90's, digital image analysis techniques have been used to detect skin pigmentation, which can quantitatively measure not only the pigmented area but also the size and extent of the pigmented area. A computer vision based skin pigment detection method has been proposed. In this method, skin pigment asymmetry is set as a criterion of skin lesion, and the degree of pigmentation is determined by detecting and quantifying the skin pigment asymmetry. In addition, the fuzzy co-clustering algorithm for images (FCCI) method has been extended to detect blotch of pigmented skin lesions, and a normalized entropy function has been used to detect features of spots .
기존의 색소 침착 검출 방법에서 신뢰성 있는 정확한 결과들을 도출하기 위해서는 안정적인 조명 및 고성능 피부확대경(dermoscopy)이 피부 영상 획득 과정에 필요하다는 단점이 있다. In order to obtain reliable and accurate results in the existing pigmentation detection method, there is a disadvantage that stable illumination and high-performance skin dermoscopy are required for the skin image acquisition process.
상술한 바와 같은 점을 고려한 본 발명의 목적은 상술한 점을 감안한 본 발명의 목적은 기존의 광학적 측정 기술 대신 영상 처리 기술을 사용하여 색소 침착을 검출할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다. It is an object of the present invention, in view of the above, to provide an apparatus and method for detecting pigment deposition using an image processing technique instead of the conventional optical measurement technique.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피부 색소 침착 검출 장치는, 대상 영상을 입력하는 영상 입력부; 대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하고, 상기 추출된 피부 영역을 헤모글로빈 및 멜라닌 성분으로 분리하며, 상기 피부 영역을 블록 단위로 구분하였을 때 각 블록에서 상기 헤모글로빈 및 멜라닌 성분 각각에 대한 크기를 나타내는 투영 변환 블록 계수를 산출하고, 상기 산출된 투영 변환 블록 계수를 이용하여 색소 침착을 판별하는 영상 처리부; 및 상기 색소 침착을 판별한 결과를 출력하는 결과 출력부;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for detecting skin pigmentation, including: a video input unit for inputting a target image; A method of extracting a skin region from a target image, separating the extracted skin region into hemoglobin and melanin components, and dividing the skin region into blocks, An image processing unit for calculating a coefficient and determining pigment deposition using the calculated projection conversion block coefficient; And a result output unit for outputting a result of discriminating the deposition of the pigment.
상기 영상 처리부는 훈련 영상(training image)의 통계적 분석을 통해 피부 영역에 대한 가우시안 컬러 모델을 구축하고, 구축된 가우시안 컬러 모델을 이용하여 대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하고, 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 상기 추출된 피부 영역에 존재하는 노이즈를 제거하여, 상기 피부 영역을 추출하는 것을 특징으로 한다. The image processing unit constructs a Gaussian color model for a skin region through statistical analysis of a training image, extracts a skin region from the target image using the constructed Gaussian color model, performs morphological processing, And extracts the skin region by removing the noise existing in the extracted skin region.
상기 영상 처리부는 YCbCr 색좌표계의 색차 성분(Cb 및 Cr)만을 이용하여 상기 피부 영역을 추출하는 것을 특징으로 한다. And the image processing unit extracts the skin region using only the chrominance components (Cb and Cr) of the YCbCr color coordinate system.
상기 영상 처리부는 ICA(independent component analysis) 알고리즘을 이용하여 상기 추출된 피부 영역을 헤모글로빈 및 멜라닌 성분으로 분리하는 것을 특징으로 한다. The image processing unit separates the extracted skin region into hemoglobin and melanin components using an ICA (Independent Component Analysis) algorithm.
상기 영상 처리부는 어느 하나의 블록의 멜라닌과 헤모글로빈의 투영 변환 블록 계수 크기의 비율을 나타내는 지역 비와, 전체 블록에 대한 멜라닌과 헤모글로빈의 투영 변환 블록 계수 크기의 평균 비율을 나타내는 전역 비를 이용하여 헤모글로빈 색소 침착 또는 멜라닌 색소 침착을 판별하는 것을 특징으로 한다. Wherein the image processing unit calculates the ratio of the magnitude of projection conversion block coefficients of melanin and hemoglobin of any one block to the ratio of magnitudes of projection conversion block coefficients of melanin and hemoglobin to the whole block, Characterized in distinguishing pigment deposits or melanin pigment deposits.
상기 영상 처리부는 헤모글로빈 및 멜라닌 색소 침착으로 판별된 블록들의 면적 비율로 색소 침착의 영역을 정량화하는 것을 특징으로 한다. Wherein the image processor quantifies the region of pigment deposition by an area ratio of the blocks determined to be hemoglobin and melanin pigment deposition.
상기 영상 처리부는 헤모글로빈 또는 멜라닌 색소 침착으로 판별된 블록 내의 색소 침착 정도는, 상기 판별된 블록 내의 화소값과 색소 침착으로 판별되지 않은 블록들의 평균 화소값에 대한 표준 편차로 산출하는 것을 특징으로 한다. The degree of pigment deposition in the block determined as hemoglobin or melanin pigment deposition is calculated as the standard deviation of the pixel value in the identified block and the average pixel value of the blocks not discriminated as pigment deposition.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피부 색소 침착 검출 방법은, 대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하는 단계; 상기 추출된 피부 영역을 헤모글로빈 및 멜라닌 성분으로 분리하는 단계; 상기 피부 영역을 블록 단위로 구분하였을 때 각 블록에서 상기 헤모글로빈 및 멜라닌 성분 각각에 대한 크기를 나타내는 투영 변환 블록 계수를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 투영 변환 블록 계수를 이용하여 색소 침착을 판별하는 단계;를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a skin pigmentation detection method comprising: extracting a skin region from a target image; Separating the extracted skin region into hemoglobin and melanin components; Calculating a projection transform block coefficient indicating a magnitude of each of the hemoglobin and melanin components in each block when the skin region is divided into blocks; And determining pigment deposition using the calculated projection conversion block coefficient.
상기 피부 영역을 추출하는 단계는, 훈련 영상(training image)의 통계적 분석을 통해 피부 영역에 대한 가우시안 컬러 모델을 구축하고, 구축된 가우시안 컬러 모델을 이용하여 대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하는 단계; 및 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 상기 추출된 피부 영역에 존재하는 노이즈를 제거하는 단계;를 포함한다. Extracting the skin region comprises constructing a Gaussian color model for a skin region through statistical analysis of a training image and extracting a skin region from the target image using the constructed Gaussian color model; And removing noise existing in the extracted skin region through morphological processing.
상기 피부 영역을 추출하는 단계는 YCbCr 색좌표계의 색차 성분(Cb 및 Cr)만을 이용하는 것을 특징으로 한다. The extracting of the skin region is performed using only the chrominance components (Cb and Cr) of the YCbCr color coordinate system.
상기 분리하는 단계는 ICA(independent component analysis) 알고리즘을 이용하여 분리하는 것을 특징으로 한다. Wherein the separating step is performed using an independent component analysis (ICA) algorithm.
상기 색소 침착을 판별하는 단계는 어느 하나의 블록의 멜라닌과 헤모글로빈의 투영 변환 블록 계수 크기의 비율을 나타내는 지역 비와, 전체 블록에 대한 멜라닌과 헤모글로빈의 투영 변환 블록 계수 크기의 평균 비율을 나타내는 전역 비를 이용하여 헤모글로빈 색소 침착 또는 멜라닌 색소 침착을 판별하는 것을 특징으로 한다. Wherein the step of discriminating the pigment deposits comprises determining a ratio of the ratio of magnitudes of projection conversion block coefficients of melanin and hemoglobin of any one block to a ratio of magnitudes of projection transform block coefficients of melanin and hemoglobin to the whole block, Is used to discriminate hemoglobin pigment deposits or melanin pigment deposits.
상기 색소 침착을 판별하는 단계는 헤모글로빈 및 멜라닌 색소 침착으로 판별된 블록들의 면적 비율로 색소 침착의 영역을 정량화하는 것을 특징으로 한다. The step of discriminating the pigment deposition is characterized by quantifying the area of the pigment deposit by an area ratio of the blocks determined by hemoglobin and melanin pigment deposition.
상기 색소 침착을 판별하는 단계는 헤모글로빈 또는 멜라닌 색소 침착으로 판별된 블록 내의 색소 침착 정도는 상기 판별된 블록 내의 화소값과 색소 침착으로 판별되지 않은 블록들의 평균 화소값에 대한 표준 편차로 산출하는 것을 특징으로 한다. The degree of pigment deposition in the block discriminated by hemoglobin or melanin pigment deposition is calculated as the standard deviation of the pixel value in the discriminated block and the average pixel value of the blocks not discriminated by pigment deposition, .
상술한 바와 같이 본 발명은 색차 성분(Cb, Cr)만을 이용하여 대상 영상으로부터 피부 영역을 도출함으로써, 연산 복잡도를 줄이고, 연산 속도를 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 피부 색소 침착 검출 방법은 조도 변화에 강인하고, 가시적으로 검출 성능이 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 색소 침착 영역 및 정도를 정량화할 수 있는 이점이 있다. As described above, according to the present invention, the skin area is derived from the target image using only the color difference components (Cb, Cr), thereby reducing the computational complexity and reducing the computation speed. In addition, it can be confirmed that the skin pigmentation detection method is robust against the change in illumination, and the detection performance is visually superior. In addition, there is an advantage of being able to quantify the pigment deposition area and extent.
도 1은 피부 조직의 단면 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투영 변환 블록 계수를 이용한 피부 색소 침착 검출 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 색소 침착 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 다양한 조명 환경에서 촬영된 피부 영상에 대한 Y, Cb, Cr 성분의 분포를 도시한 도면이다.
도 5는 클러스터링된 값들이 넓은 범위를 가지는 세 가지 피부 타입의 반사도(reflectivity)를 도시한 도면이다.
도 6은 GMM-EM 클러스터링 및 형태학적 처리(Morphology Processing) 기반의 피부 검출을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광 밀도 영역에서 ICA 알고리즘의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 투영 변환 블록 계수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 균일 조도 하에서 얼굴 곡선으로 인한 피부 세기의 불균일성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 전역 비와 지역 비를 이용한 피부 색소 침착 판정 방법을 도식화한 도면이다.
도 11은 ICA 알고리즘을 이용하여 피부 영역으로부터 헤모글로빈 및 멜라닌 성분을 분리한 결과를 보이는 화면 예이다.
도 12는 블록의 개수를 가변하면서 투영 변환 블록 계수를 통해 검출된 색소 침착된 영역을 도시하는 도면이다.
도 13은 다양한 조도 환경으로부터 획득된 테스트 영상을 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 도 13의 테스트 영상에 대한 피부 색소 침착 검출 방법의 조도 변화에 따른 검출 결과를 나타내는 도면이다. 그리고,
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 방법과 종래의 방법의 성능을 비교한 그래프이다. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of skin tissue.
2 is a block diagram for explaining a skin pigment deposition detection apparatus using projection conversion block coefficients according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of detecting a pigment deposit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing distribution of Y, Cb, and Cr components for a skin image photographed in various illumination environments.
Figure 5 shows reflectivity of three skin types with clustered values having a wide range.
FIG. 6 is a diagram showing GMM-EM clustering and skin detection based on morphology processing. FIG.
7 is a view for explaining the operation principle of the ICA algorithm in the optical density area according to the embodiment of the present invention.
8 is a graph for explaining projection conversion block coefficients according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram for explaining non-uniformity of skin intensity due to a face curve under a uniform illuminance.
FIG. 10 is a diagram illustrating a skin pigment deposition determination method using a global ratio and an area ratio. FIG.
FIG. 11 is a view showing a result of separating hemoglobin and melanin components from the skin region using the ICA algorithm.
12 is a diagram showing a pigmented area detected through a projection conversion block coefficient while varying the number of blocks.
13 is a diagram showing a test image obtained from various illumination environments.
FIG. 14 is a diagram showing a detection result according to a change in illuminance of a skin pigmentation detection method for a test image of FIG. 13 according to an embodiment of the present invention. FIG. And,
15 is a graph comparing performance of the method according to the embodiment of the present invention and the conventional method.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following description of the embodiments of the present invention, descriptions of techniques which are well known in the technical field of the present invention and are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.
본 발명에서는 주위 조명에 강인하고 피부확대경이 불필요한 디지털 피부 영상의 색소 침착 정도를 검출하고 평가할 수 있는 방법을 제안한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 정상 피부와 침착된 피부의 성분 차를 이용하여 색소 침착 정도를 판별하는데, 가우시안 컬러 모델(Gaussian color model) 기반 피부 영역 검출, ICA (independent component analysis)에 의한 헤모글로빈 및 멜라닌 색소 분할, 및 2D 국부 히스토그램(location histogram)에 의한 헤모글로빈 및 멜라닌의 색소 침착 판단 과정으로 구성된다. The present invention proposes a method capable of detecting and evaluating the degree of pigmentation of a digital skin image that is robust to ambient illumination and does not require a skin magnifier. According to an embodiment of the present invention, the degree of pigment deposition is determined by using the difference in the composition of the normal skin and the deposited skin. The skin region detection based on Gaussian color model, hemoglobin by ICA (independent component analysis) Melanin pigmentation, and determination of hemoglobin and melanin pigmentation by a 2D local histogram.
일반적으로 색소 침착을 측정하는 방법은 색 좌표계의 특정 성분을 이용하는데 이를 위해서는 피부의 생리 구조와 광학적 특성들에 대하여 연구가 필요하다. 도 1은 피부 조직의 단면 구조를 도시한 단면도이다. 이를 통해 피부의 생리학적(physiological) 구조 및 광학 특성과 색소 침착을 판별할 수 있는 컬러 성분 및 이들의 측정 방법에 대하여 살펴본다. In general, the method of measuring pigmentation uses a specific component of the color coordinate system. To do this, it is necessary to study the physiological structure and optical properties of the skin. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of skin tissue. The physiological structure and optical properties of skin and color components that can discriminate skin pigmentation and their measurement methods will be discussed.
피부의 색은 피부 조직에 존재하는 멜라닌 및 헤모글로빈 성분의 분포에 의해 결정되는데, 이들은 도 1에서와 같이 표피(Epidermis)와 진피(Dermis)에 각각 존재한다. 멜라닌(Melanin)은 표피층에서 가시광선을 흡수 및 전파하여 피부색을 어둡게 하는 멜라닌 세포(Melanocytes)에 의해 생성되고, 이때 빛의 흡수량은 멜라닌의 단위 부피에 따라 결정되는데 백인, 아시아인, 및 아프리카인의 피부색이 서로 다른 이유가 여기에 있다. 헤모글로빈(Hemoglobin)은 하나의 천연 발색단(chromophore)으로서 혈액 세포(blood cell)에 존재하여 피부가 붉은 색을 띠게 한다. 일반적으로 피부색은 멜라닌과 헤모글로빈에 의해 좌우되는데, 멜라닌 성분이 비정상적으로 과다할 경우 백색증(albinism)과 흑색종(melanoma)이 발병될 수 있고, 헤모글로빈 성분은 홍반(erythematic)이 동반된다. The color of the skin is determined by the distribution of the melanin and hemoglobin components present in the skin tissue, which are present in the epidermis and the dermis, respectively, as in Fig. Melanin is produced by melanocytes that absorb and propagate visible light from the epidermis and darken skin tone. The absorption of light is determined by the unit volume of melanin, Here are the reasons for different skin colors. Hemoglobin is a natural chromophore that is present in blood cells, causing the skin to turn red. In general, skin color depends on melanin and hemoglobin. Abnormal hyperpigmentation of melanin can cause albinism and melanoma, and hemoglobin is accompanied by erythematic.
본 발명에서는 기존의 색소 침착 판별 알고리즘의 문제점들을 개선하고 계산량과 메모리의 감소를 위해 색차 성분(Cb 및 Cr)들만을 이용한 새로운 색소 침착 판별 알고리즘을 제안하며, 이러한 본 발명에 따르면, ICA(independent component analysis) 알고리즘을 통해 피부 영역을 헤모글로빈 및 멜라닌 성분으로 분리한 후 국부 히스토그램을 통해 색소 침착 영역의 크기 및 침착 정도를 판정한다. 그러면, 보다 상세히 본 발명의 실시예에 따른 투영 변환 블록 계수를 이용한 피부 색소 침착 검출 장치 및 방법에 대해서 살펴보기로 한다. According to the present invention, a novel pigment deposition discrimination algorithm using only chrominance components (Cb and Cr) is proposed for improving the problems of the conventional pigment deposition discrimination algorithm and for reducing the amount of calculation and memory. analysis algorithm to separate the skin region into hemoglobin and melanin components, and then determine the size and degree of deposition of the pigmentation region using a local histogram. Hereinafter, an apparatus and method for detecting skin pigmentation using projection conversion block coefficients according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투영 변환 블록 계수를 이용한 피부 색소 침착 검출 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 2 is a block diagram for explaining a skin pigment deposition detection apparatus using projection conversion block coefficients according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 피부 색소 침착 검출 장치는 영상 입력부(100), 영상 처리부(200) 및 결과 출력부(300)를 포함한다. Referring to FIG. 2, a skin pigmentation detection apparatus according to an embodiment of the present invention includes an
영상 입력부(100)는 피부 색소 침착 검출을 위한 대상 영상을 획득하여, 획득한 대상 영상을 처리부(200)에 제공하기 위한 것이다. 영상 입력부(100)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 영상 입력부(100)는 카메라 기능을 수행할 수 있는 카메라 모듈이 될 수 있다. 이러한 경우, 영상 입력부(100)는 실제로 대상 영상을 촬영하여, 촬영된 영상을 처리부(200)에 제공할 수 있다. 또는, 영상 입력부(100)는 통신 기능을 가진 통신 모듈로, 통신을 통해 통신이 이루어지는 상대방으로부터 대상 영상을 수신하여, 처리부(200)에 제공할 수도 있다. The
영상 처리부(200)는 영상 입력부(100)로부터 대상 영상을 입력 받아, 대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하고, 추출된 피부 영역에서 색소 침착을 검출하기 위한 것이다. 이러한 영상 처리부(200)는 피부 영역 추출부(210) 및 색소 침착 검출부(220)를 포함한다. 피부 영상 추출부(210)는 훈련 영상(training image)의 통계적 분석을 통해 피부 영역에 대한 가우시안 컬러 모델을 구축하고 이를 통해 피부 색소 침착을 검출하고자 하는 대상 영상에서 피부 영역을 추출한다. 여기서, 피부 영역 추출부(210)는 가우신안 컬러 모델에 따른 피부 영역 추출 후, 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 피부 영역에 존재하는 노이즈를 제거하여, 보다 정확한 피부 영역을 도출할 수 있다. The
색소 침착 검출부(220)는 ICA(independent component analysis) 알고리즘을 통해 피부 영역을 헤모글로빈 및 멜라닌 성분으로 분리하고, 분리된 헤모글로빈 및 멜라닌 성분 각각에 대한 국부 히스토그램(local histogram)을 조사하여 색소 침착 영역 및 크기를 결정한다. The
결과 출력부(300)는 색소 침착 검출 결과를 제공하기 위한 것이다. 결과 출력부(300)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 결과 출력부(300)는 디스플레이 기능을 가지는 디스플레이 모듈로, 영상 처리부(200)로부터 색소 침착 검출 결과를 수신하여 이를 표시하기 위한 것이 될 수 있다. 또는, 결과 출력부(300)는 통신 기능을 가진 통신 모듈로, 영상 처리부(200)로부터 색소 침착 검출 결과를 수신하여 통신을 통해 통신이 이루어지는 상대방에게 네트워크를 통해 색소 침착 검출 결과를 전송할 수도 있다. The
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 색소 침착 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a method of detecting a pigment deposit according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 먼저, 영상 입력부(100)는 대상 영상을 획득하여 영상 처리부(200)에 입력한다. 예를 들면, 영상 입력부(100)가 카메라 모듈인 경우, 영상 입력부(100)는 실제로 대상 영상을 촬영하여, 촬영된 영상을 처리부(200)에 입력할 수 있다. 또는, 영상 입력부(100)가 통신 모듈인 경우, 영상 입력부(100)는 통신을 통해 통신이 이루어지는 상대방으로부터 대상 영상을 수신하여, 영상 처리부(200)에 입력할 수도 있다. Referring to FIG. 3, the
대상 영상을 입력 받은 영상 처리부(200)는 1 단계에서 피부 영역을 추출한다. 이러한 피부 영역의 추출은 가우시안 컬러 모델을 구축하고, 훈련 영상(training image)의 통계적 분석을 통해 피부 영역에 대한 가우시안 컬러 모델을 구축하고, 구축된 가우시안 컬러 모델을 이용하여 대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하는 처리(1.1 단계)와, 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 상기 추출된 피부 영역에 존재하는 노이즈를 제거하는 처리(1.2 단계)를 포함한다. The
다음으로, 영상 처리부(200)는 2 단계에서 ICA 알고리즘을 이용하여 앞서 추출된 피부 영역에서 헤모글로빈과 멜라닌으로 색소 성분들을 분리한다. Next, the
이어서, 영상 처리부(200)는 3 단계에서 헤모글로빈과 멜라닌으로 분리된 색소 성분들에 대한 색소 침착을 측정한다. 이러한 색소 침착 측정은 i) 피부 영역을 블록 단위로 구분하였을 때, 각 블록에서 헤모글로빈과 멜라닌의 색소 성분들의 크기를 나타내는 투영 변환 블록 계수를 도출하고(3.1 단계), 전체 헤모글로빈 투영 변환 블록 계수와 멜라닌 투영 변환 블록 계수의 평균 비율인 전역 비와, 특정 블록의 헤모글로빈 투영 변환 블록 계수와 멜라닌 투영 변환 블록 계수의 비율인 지역 비를 이용하여 각 블록에 대한 색소 침착을 검출하는 처리(3.2 단계)를 수행하며, 색소 침착 영역 및 색소 침착 정도를 도출하는 색소 침착 정량화(3.3 단계)를 수행한다. Next, the
다음으로, 결과 출력부(300)는 상술한 영상 처리부(200)의 처리 결과를 출력한다. Next, the
이하, 상술한 각 단계들에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, each of the above-described steps will be described in detail.
1. GMM-EM 기반 피부 영역 추출1. Extraction of skin region based on GMM-EM
1.1 가우시안 컬러 모델 구축 및 피부 영역 추출1.1 Construction of Gaussian color model and skin area extraction
본 발명의 실시예에 따른 제안한 방법에서는 피부 색소 검출 전에 피부 영역을 추출하는 전처리 과정이 필요하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 환경에 따라 매개변수를 설정할 수 있는 GMM(Gaussian Mixture Model)-EM(Expectation Maximization) 클러스터링 알고리즘을 이용하여 피부 영역을 추출한다. 이러한 GMM-EM 클러스터링 기반의 피부 영역 추출을 위한 전처리 과정에 대하여 살펴보기로 한다. In the proposed method according to the embodiment of the present invention, a preprocessing process for extracting a skin region before skin pigment detection is required. According to an embodiment of the present invention, a skin region is extracted using a Gaussian Mixture Model (EMM) -EM (Expectation Maximization) clustering algorithm that can set parameters according to various environments. The preprocessing process for extraction of skin region based on GMM-EM clustering will be described.
도 4에 다양한 조명 환경에서 촬영된 손, 팔, 및 얼굴을 포함하고 있는 200여개의 피부 영상에 대한 Y, Cb, Cr 성분의 분포를 도시한 도면이다. 도 4의 (a)는 YCbCr 좌표계에서 피부 영상들의 Y 성분, 도4의 (b)는 Cb 성분, 도 4의 (c)는 Cr 성분 분포를 나타낸다. 일반적으로 피부색은 주위 조명보다는 색도(chromaticity)에 의해 주로 영향을 받으므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 피부 영상들에 대한 색차 성분(Cb 및 Cr)들은 Y 성분에 비해 매우 좁은 분포를 갖게 된다. 이와 같이, YCbCr 색 좌표계의 색차 성분(Cb 및 Cr)이 컬러 군집화에 적합함을 확인할 수 있다. 따라서 전처리 과정에서는 Cb 및 Cr 성분에 대한 적응적 GMM 기반 피부 영역을 추출한다. FIG. 4 is a diagram showing distributions of Y, Cb, and Cr components for 200 skin images including hands, arms, and faces photographed in various illumination environments. 4A shows the Y component of the skin images in the YCbCr coordinate system, FIG. 4B shows the Cb component, and FIG. 4C shows the Cr component distribution. In general, the skin color is mainly influenced by the chromaticity rather than the ambient illumination, and therefore, as shown in FIG. 4, the chrominance components (Cb and Cr) for the skin images have a very narrow distribution relative to the Y component . Thus, it can be confirmed that the color difference components (Cb and Cr) of the YCbCr color coordinate system are suitable for color clustering. Therefore, in the preprocessing process, adaptive GMM-based skin regions for Cb and Cr components are extracted.
GMM-EM 클러스터링은 개 화소의 CbCr 성분 , 이 주어지고, 개 GMM로부터 평균 벡터 가 주어졌을 때, 로그-우도비(Log-Likelihood ratio)가 최대인 변수 집합 를 찾는 것이다. 개 GMM을 위하여, 분포는 가중치 을 가지는 가우시안 분포 의 합으로 정의된다. 여기서 는 , 으로, 개의 평균과 공분산(covariance) 행렬의 변수 집합을 이라 한다. GMM-EM clustering CbCr component of pixel , Given this, The average vector The log-likelihood ratio is the maximum. . For the dog GMM, Distribution is weighted Gaussian distribution with . here The , to, A set of variables in the mean and covariance matrix of Quot;
색차 성분(Cb Cr) 클러스터링 과정에서는, 먼저, 개 GMM들의 초기 변수 , 들을 복수개, 약, 200개 피부 영상(훈련 영상)들로부터 계산한 다음, 초기 우도의 대수값(log-likelihood)을 다음의 수학식 1에 따라 구한다. In the chrominance component (Cb Cr) clustering process, first, Initial variables of GMMs , (Training images), and then the log likelihood of the initial likelihood is calculated according to the following equation (1).
그리고 번째 반복 횟수에서 가 번째 가우시안 분포에 포함될 확률 을 다음의 수학식 2에 따라 구한다. And The number of repetitions end Probability to be included in the second Gaussian distribution Is obtained by the following equation (2).
그런 다음, +1번째 횟수에서의 변수 , 을 다음의 수학식 3 및 수학식 4와 같이 예측한다. after that, Variables in the first number of times , Is predicted according to the following equations (3) and (4).
그리고 +1번째 우도의 대수값(log-likelihood)을 다음의 수학식 5와 같이 구한다. And The log-likelihood of the +1-th likelihood is obtained by the following equation (5).
그런 다음, 일 때까지 위의 과정을 반복 수행함으로써 최종 변수 집합 들을 구한다. 실시예에서는 =7개의 GMM 기반 피부 클러스터들로 설정하였다. after that, And the final set of variables . In the embodiment = 7 GMM-based skin clusters.
피부 훈련 영상으로부터 구한 GMM-EM 클러스터에 의한 피부 분할 방법은 다음과 같이 구현된다. (이 주어졌을 때, GMM 확률밀도함수 을 다음의 수학식 6과 같이 구한다. The skin segmentation method using the GMM-EM cluster obtained from the skin training image is implemented as follows. ( Given a GMM probability density function As shown in the following Equation (6).
그리고 가 문턱치 보다 클 경우 는 피부 색소로 간주되어, 가장 가까운 GMM 클러스터 로 다음의 수학식 7과 같이 분류된다. And Threshold Greater than Are regarded as skin pigment, and the closest GMM cluster As shown in the following Equation (7).
그렇지 않을 경우, 는 피부 색소로 간주되지 않는다. 위와 같은 방법에 의하여 임의의 영상에서 피부 영역이 추출된다.
If not, Is not considered a skin pigment. The skin region is extracted from an arbitrary image by the above method.
1.2 형태학적 처리(morphological processing)를 통해 피부 영역에 존재하는 노이즈를 제거1.2 Morphological processing removes noise in the skin area
상술한 바와 같은 방법으로 추출된 피부 영역은 잡음 또는 외부 환경에 의하여 연속되지 않고, 고립된 피부 화소들이 발생될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 재구성에 의한 닫힘 연산(Closing operator by reconstruction)을 사용하여 영역 내부적인 잡음과 돌출된 외부적인 잡음을 제거할 수 있다. 재구성 닫힘 연산에서는 재구성 연산을 위한 시작점을 나타내는 마커(Marker) 와 재구성 연산을 제한하는 마스크(Mask) 이 필요하다. 피부 영역 이진 영상에 침식(erosion) 연산이 수행된 마커 의 초기값을 라 할 때, 번째 연산된 는 다음의 수학식 8과 같다. The skin region extracted by the above-described method is not continuous due to noise or external environment, and isolated skin pixels can be generated. In the embodiment of the present invention, the noise inside the area and the protruding external noise can be removed by using a closing operator by reconstruction. In the reconstruction-close operation, a marker indicating the starting point for the reconstruction operation, And a mask (mask) for restricting the reconstruction operation. Is required. The skin area binarized image has a marker erosion operation The initial value of In other words, Th computed Is expressed by the following equation (8).
여기서 는 3x3 크기의 모폴로지 SE(Structuring element)이고, 는 팽창 (dilation)연산이다. 모폴로지 재구성 연산(형태학적 처리)은 일 때까지 를 팽창한 값과 마스크인 를 비교하여 작은 값을 취한다. 이때 마커 는 을 만족한다. 마스크의 제한 점까지 마커 를 반복적으로 팽창함으로써 이진 영상의 돌출된 부분의 잡음이 제거되고, 이 영상에 역을 수행하여 같은 연산을 수행함으로써 내부의 잡음이 제거된다. 이와 같은 모폴로지 재구성 연산은 열림 연산과 유사하지만, 모양을 유지한다는 장점이 있다. here Is a 3 x 3 sized structuring element SE, Is a dilation operation. The morphology reconstruction operation (morphological processing) Until And the value of the mask And takes a smaller value. At this time, The . Markers up to the limit of the mask The noise of the protruded portion of the binary image is removed, and the noise is removed by performing the inverse operation on the image and performing the same operation. This morphology reconstruction operation is similar to the open operation, but has the advantage of maintaining the shape.
본 발명의 실시예에 따르면, 수백 장의 얼굴 영상을 가지는 데이터베이스에 대한 실험으로부터 높은 인식률을 가짐을 확인하였다. 이는 대부분 얼굴 영상들은 배경과 피부와의 색상 차이가 매우 크고, 복잡도가 낮기 때문이다. 하지만, 피부 색상과 유사한 색상을 가지는 일부 화소들은 잘못 인식될 수 있다. 문턱치 가 낮게 설정될 경우, 피부의 세기 변화에 매우 민감하여 부정 오류(false negative)로 판정된 화소들이 발생할 수 있다. 반면, 문턱치 가 클 경우, 긍정 오류(false positive)로 판정된 화소들이 발생할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 긍정 오류 판정된 영역이 일련의 처리 과정에서 색소 침착으로 검출되지 않아야 하므로, 문턱치 를 작게 선택하였다. 얼굴 영상 데이터베이스 및 실제 측정 실험으로부터 평균 4% 미만의 부정 오류율과 0.1% 미만의 긍정 오류율이 나타남을 확인하였다. According to the embodiment of the present invention, it has been confirmed that a high recognition rate is obtained from an experiment on a database having hundreds of facial images. This is because the face images are mostly different in color from the background and skin, and the complexity is low. However, some pixels having colors similar to skin color may be misrecognized. Threshold Is set to a low value, it is possible to generate pixels determined to be false negative because they are very sensitive to changes in intensity of the skin. On the other hand, The pixels determined to be false positives may occur. In the embodiment of the present invention, since the region in which the positive error has been determined should not be detected as pigment deposition in a series of processing steps, . From the facial image database and the actual measurement experiments, it was confirmed that the negative error rate of less than 4% and the positive error rate of less than 0.1% were found.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 보다 높은 인식률을 확보하기 위하여 세 가지의 피부 타입에 따라 문턱치 를 다르게 설정할 수 있다. 도 5는 클러스터링된 값들이 넓은 범위를 가지는 세 가지 피부 타입의 반사도(reflectivity)를 도시한 도면이다. 피부의 색의 결정하는 반사도는 인종에 따라 분포 범위가 넓기 때문에 다른 인종의 피부색으로 검출되거나 혹은 피부 영역이 피부가 아닌 영역으로 검출될 수 있기 때문에 본 발명의 실시예에서는, 백인, 아시아인, 및 아프리카인('White', 'Normal' 및 'Black')의 피부색 분포에 따라 3가지 피부색으로 군집화하였다. 파장에 따른 각 인종의 피부 반사도는 도 5에 도시된 바와 같다. 이와 같은 문턱치에 의하여 피부 인식률이 향상됨과 동시에 배경에 대한 긍정 오류율이 낮아진다. Further, according to the embodiment of the present invention, in order to secure a higher recognition rate, Can be set differently. Figure 5 shows reflectivity of three skin types with clustered values having a wide range. Since the reflectivity determined by the color of the skin is wide in the range of distribution depending on the race, it can be detected as a skin color of another race, or the skin area can be detected as a non-skin area. Three skin colors were clustered according to the skin color distribution of African ('White', 'Normal' and 'Black'). The skin reflectivity of each race according to wavelength is as shown in Fig. Such a threshold improves the skin recognition rate and lowers the positive error rate for the background.
도 6은 GMM-EM 클러스터링 및 형태학적 처리(Morphology Processing) 기반의 피부 검출을 도시한 도면이다. 도 6의 (a)의 원 영상에 대한 GMM-EM 클러스터링 기반 피부 검출 영역인 도 6의 (b)를 살펴보면, 연속적이지 않은 고립된 화소들이 일부 나타남을 볼 수 있다. 그러나 재구성에 의한 닫힘 연산인 형태학적 처리에 의하여 처리된 피부 검출 영역인 도 6의 (c)를 살펴보면, 고립된 화소들이 제거됨을 볼 수 있다. 최종 검출된 피부영역인 도 6의 (d)를 살펴보면, 피부 영역과 비-피부 영역들이 잘 분리됨을 볼 수 있다.
FIG. 6 is a diagram showing GMM-EM clustering and skin detection based on morphology processing. FIG. Referring to FIG. 6 (b), which is a GMM-EM clustering-based skin detection region for the original image in FIG. 6 (a), some non-continuous isolated pixels may be seen. 6 (c), which is a skin detection region processed by morphological processing, which is a closure operation by reconstruction, it can be seen that the isolated pixels are removed. Referring to FIG. 6D, which is the final detected skin region, it can be seen that the skin region and the non-skin region are well separated.
2. 피부 색소 분할2. Skin pigmentation
본 발명의 실시예에서는 ICA(independent component analysis) 알고리즘을 이용하여 앞서 추출된 피부 영역에서 헤모글로빈과 멜라닌의 색소 성분들을 분리한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광 밀도 영역에서 ICA 알고리즘의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, ICA 알고리즘은 각 성분들에 대한 사전 정보(a priori information)가 없어도 서로 독립적인(independent) 성분들로 구성된 신호로부터 예측된 신호들의 통계적인 독립성(statistical independence)을 최대화함으로써 도 7에서와 같이 각 성분들을 추출할 수 있는 장점이 있다. In the embodiment of the present invention, the chromatic components of hemoglobin and melanin are separated in the skin region extracted using an ICA (Independent Component Analysis) algorithm. 7 is a view for explaining the operation principle of the ICA algorithm in the optical density area according to the embodiment of the present invention. Here, the ICA algorithm maximizes the statistical independence of the predicted signals from signals composed of independent components even if there is no a priori information for each component, as shown in FIG. 7 There is an advantage that each component can be extracted.
본 발명에 따르면, ICA를 컬러 피부 영상에 적용하기 위하여 다음과 같은 3가지 가정을 설정한다. 1) 피부색은 헤모글로빈 및 멜라닌 성분들에 의해 결정된다. 2) 피부 영역에서 헤모글로빈과 멜라닌의 분포는 서로 독립적이다. 3) 피부 영상과 헤모글로빈 및 멜라닌의 양은 광 밀도(optical density) 영역에서 선형성(linearity)을 갖는다. According to the present invention, the following three assumptions are set to apply ICA to color skin images. 1) Skin color is determined by hemoglobin and melanin components. 2) The distribution of hemoglobin and melanin in the skin region is independent of each other. 3) The amount of skin image and hemoglobin and melanin has a linearity in the optical density region.
상기 3)의 선형성 가정에 기반하여 RGB 색좌표계의 광 밀도 벡터 는 다음의 수학식 9와 같이 표현함으로써 피부 영역에서 헤모글로빈 및 멜라닌 성분을 분리할 수 있다. Based on the linearity assumption of 3) above, the optical density vector of the RGB color coordinate system The hemoglobin and the melanin components can be separated from the skin region by expressing it as shown in the following Equation (9).
여기서 은 전치 행렬을 의미하고, , , 및 는 각각 RGB 색 좌표계에서 R, G, 및 B 성분의 화소값이다. 그리고 나머지 2가지 가정에 의해 광 밀도 벡터 는 다음의 수학식 10과 같이 표현될 수 있다. here Denotes a transpose matrix, , , And Are the pixel values of the R, G, and B components in the RGB color coordinate system, respectively. And the optical density vector Can be expressed by the following Equation (10).
여기서 및 는 각각 멜라닌 및 헤모글로빈의 밀도 벡터이고, 및 는 각각 멜라닌 및 헤모글로빈 성분의 크기 값이며, 는 다른 피부 조직에 의해 영향을 받는 공간 정상 벡터(spatially stationary vector)를 나타낸다. 따라서 피부 영상의 벡터 은 다음의 수학식 11과 같이 표현될 수 있다. here And Are the density vectors of melanin and hemoglobin, respectively, And Are the magnitude values of the melanin and hemoglobin components, respectively, Refers to a spatially stationary vector that is affected by other skin tissues. Therefore, Can be expressed by the following Equation (11).
이때 두 성분의 크기는 다음의 수학식 12와 같다. In this case, the sizes of the two components are expressed by Equation (12).
그리고 는 다음의 수학식 13과 같다. And Is expressed by the following equation (13).
여기서 는 의 예측치를 의미하고, 및 는 합성 인자 (synthesis parameter)를 나타낸다. 본 발명의 실시예에서는 멜라닌 및 헤모글로빈에 대하여 및 와 같이 각각 설정한다. 도 6은 광 밀도 영역에서의 헤모글로빈 및 멜라닌 성분 크기를 보여준다. 위와 같은 방법에 의하여 크기의 피부 영역에서 각 위치에 대한 멜라닌 성분 크기 과 헤모글로빈 성분 크기 를 각각 구할 수 있다. here The , And " And Represents a synthesis parameter. In the examples of the present invention, melanin and hemoglobin And Respectively. Figure 6 shows hemoglobin and melanin component sizes in the light density region. By the above method Size of melanin component for each position in skin area And hemoglobin component size Respectively.
본 발명에 따르면, 헤모글로빈과 멜라닌 성분이 동시에 존재하는 피부 영역에서 멜라닌 색소의 분포는 헤모글로빈 색소로부터 영향을 받지 않고, 작은 화소값을 갖는 피부 영역은 멜라닌 성분에 의해 색소 침착이 발생됨을 알 수 있다.
According to the present invention, the distribution of melanin pigment in the skin region where hemoglobin and melanin components are present at the same time is not influenced by the hemoglobin pigment, and pigmentation occurs by the melanin component in the skin region having a small pixel value.
3. 색소 침착 측정 3. Pigmentation measurement
3.1. 투영 변환 블록 계수 도출3.1. Derive projection transform block coefficients
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 투영 변환 블록 계수를 설명하기 위한 그래프이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 헤모글로빈 및 멜라닌 성분이 존재하는 위치를 파악하기 위하여 이들의 투영 변환 블록 계수를 구한다. 투영 변환 블록 계수는 가로축 X 및 세로축 Y의 이산 구간별로 투영된 평균값을 나타낸 것이다. 두 축 상에서 분할된 이산 구간들은 블록으로 나타내어지며, 하나의 블록은 두 축에 투영된 2개의 계수들로 구성된 투영 변환 블록 계수를 가진다. 8 is a graph for explaining projection conversion block coefficients according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, in the embodiment of the present invention, the projection conversion block coefficients of the hemoglobin and melanin components are obtained in order to determine the positions of the hemoglobin and melanin components. The projection conversion block coefficients represent the average values projected in the discrete intervals of the horizontal axis X and the vertical axis Y. [ Discrete intervals divided on two axes are represented by blocks, and one block has a projection transform block coefficient composed of two coefficients projected on two axes.
본 발명에 따르면, 피부 영역을 블록 단위로 나누어 X 및 Y축 방향으로 투영된 멜라닌 크기 및 헤모글로빈 크기 에 대한 투영 변환 블록 계수를 구한다. 피부 영역의 해상도가 이고, 블록의 크기가 일 때, 각 축에 대한 분할된 이산 구간의 개수는 , 이고, 블록의 개수는 이다. 멜라닌 크기 에 대한 번째 이산 구간의 X축 투영 계수 와 번째 이산구간의 Y축 투영 계수 는 다음의 수학식 14 및 수학식 15와 같이 정의된다. According to the present invention, the skin region is divided into blocks, and melanin sizes projected in the X and Y axis directions And hemoglobin size Lt; / RTI > Resolution of skin area And the size of the block is , The number of divided discrete intervals for each axis is , , And the number of blocks is to be. Melanin size For Axis projection coefficient of the second discrete section Wow Y-axis projection coefficient of the second discrete section Is defined by the following equations (14) and (15).
번째 블록 은 X축 및 Y축에 투영된 계수 을 가지며, 이를 투영 변환 블록 계수라 한다. 따라서 멜라닌 투영 변환 블록 계수는 다음의 수학식 16과 같다. Th block Is the coefficient projected on the X and Y axes And is called a projection transform block coefficient. Therefore, the melanin projection conversion block coefficient is expressed by the following Equation (16).
이와 마찬가지로, 헤모글로빈 투영 변환 블록 계수는 다음의 수학식 17과 같다. Similarly, the hemoglobin projection conversion block coefficient is given by the following equation (17).
은 와 같은 방법으로 헤모글로빈 크기 값 에 의하여 구하여진다. silver The hemoglobin size value < RTI ID = 0.0 > .
즉, 상술한 바와 같이, 투영 변환 블록 계수는 피부 영역을 블록 단위로 나누어 X 및 Y축 방향으로 투영된 멜라닌 크기 및 헤모글로빈 크기 를 반영하며, 구해진 투영 변환 블록 계수는 Z축의 강도(intensity)값으로 표현된다. 이러한 Z축의 강도(intensity)값은 헤모글로빈 및 멜라닌 성분에 대한 해당 블록에 속해 있는 화소들의 평균값이 될 수 있다. In other words, as described above, the projection conversion block coefficients are obtained by dividing the skin region into blocks and measuring the melanin size And hemoglobin size And the obtained projection conversion block coefficient is represented by an intensity value of the Z axis. The intensity value of the Z axis may be an average value of pixels belonging to the corresponding block for the hemoglobin and melanin components.
도 8에 피부 영역에 대한 헤모글로빈 및 멜라닌의 투영 변환 블록 계수가 도시되었다(도 8의 (a)는 헤모글로빈 성분, (b)는 멜라닌 성분의 투영 변환 블록 계수). 블록 계수 및 색소 침착 측정은 블록의 개수에 따라 달라진다. 일반적으로 정상 피부는 주변 영역보다 높은 계수를 가지나, 색소 침착은 낮은 계수를 가진다. 이와 같은 성질을 이용함으로써 색소 침착이 검출될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 블록 개수를 조정하여 색소 침착 검출률을 조절할 수 있다.
Fig. 8 shows the projection conversion block coefficients of hemoglobin and melanin for the skin region (Fig. 8 (a) is the hemoglobin component, and Fig. 8 (b) is the projection conversion block coefficient of the melanin component). The block coefficient and the pigmentation measurement depend on the number of blocks. In general, normal skin has a higher coefficient than the surrounding area, but pigmentation has a lower coefficient. By using such properties, pigmentation can be detected. According to embodiments of the present invention, the number of blocks can be adjusted to adjust the rate of detection of pigmentation.
3.2. 색소 침착 검출3.2. Pigmentation detection
도 9는 균일 조도 하에서 얼굴 곡선으로 인한 피부 세기의 불균일성을 설명하기 위한 도면이다. 일반적으로 피부 표면은 균일하지 않기 때문에 빛을 흡수하는 피부 표면의 방향에 따라 동일한 조명 조건에서도 피부 영상은 서로 다른 밝기 값을 갖게 된다. 즉, 얼굴 또는 몸은 평탄하지 않으므로, 도 9에서와 같이 피부 세기는 균일 조도 하에서도 일정하지 않다. 이러한 영향은 헤모글로빈 및 멜라닌 영역에 동시에 작용한다. 이와 같은 불균일한 피부 세기 분포에서도 색소 침착은 피부의 전 영역에서 검출되어야 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 곡선에 의한 불균일성을 최소화하면서 색소 침착을 판별하기 위하여 헤모글로빈과 멜라닌 성분에 대한 전역 비(global ratio) 를 다음의 수학식 18과 같이 설정하고, 블록 내의 지역 비(local ratio) 을 다음의 수학식 19와 같이 설정한다. 9 is a diagram for explaining non-uniformity of skin intensity due to a face curve under a uniform illuminance. Generally, skin surface is not uniform, so skin images have different brightness values depending on the direction of skin surface absorbing light even under the same illumination conditions. That is, since the face or the body is not flat, the skin strength is not constant even under uniform illumination as in FIG. This effect acts simultaneously on the hemoglobin and melanin regions. Even in such uneven skin intensity distribution, pigmentation must be detected in all areas of the skin. According to an embodiment of the present invention, a global ratio of hemoglobin and melanin components is determined in order to discriminate pigmentation while minimizing unevenness due to curves. Is set as shown in the following Equation (18), and the local ratio in the block is set to " Is set as shown in the following Equation (19).
는 번째 블록의 멜라닌과 헤모글로빈의 투영 변환 블록 계수 크기의 비율을 나타내고, 는 전체 블록에 대한 두 성분의 투영 변환 블록 계수 크기의 평균 비율을 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따르면, 지역 비 를 전역 비 와 비교함으로써 블록 내의 색소 침착 발생 여부를 다음의 수학식 20과 같이 판정할 수 있다. The Th block, the magnitude of the projection transform block coefficient of melanin and hemoglobin, Represents the average ratio of the projection transform block coefficient magnitudes of the two components over the entire block. According to an embodiment of the present invention, To the global ratio It is possible to determine whether or not the pigment deposition in the block is generated as shown in the following equation (20).
도 10은 전역 비와 지역 비를 이용한 피부 색소 침착 판정 방법을 도식화한 도면이다. 도 10을 참조하면, 전역 비 의 값이 지역 비 와 문턱치 의 합한 값 보다 크면 홍점(red spot)이라고 판정하고, 가 지역 비 에서 문턱치 를 차감한 값 보다 작으면 흑점(black spot)으로 판정한다. FIG. 10 is a diagram illustrating a skin pigment deposition determination method using a global ratio and an area ratio. FIG. Referring to FIG. 10, The value of And threshold , It is determined that the spot is a red spot, Local rain In the threshold Is determined to be a black spot.
본 발명의 실시예에서는 균일한 조명 환경에서 정상 피부 영역의 지역 비는 전역 비와 거의 유사하며, 이 두 비율들은 색소 침착에 의해서만 영향을 받는다고 가정한다. 이와 같은 가정 하에 색소 침착 영상들의 헤모글로빈과 멜라닌 성분들을 비교하면, 색소 침착 영역의 지역 국부 비와 정상 피부 영역의 국부 비의 차이가 약 35에 가까우면, 가시적으로 두 영역들 간의 차이가 작으며, 반대로 두 비율의 차이가 60 이상이면 가시적으로 현격한 차이가 나타남을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 색소 침착 영역과 정상 피부 영역과의 일반적인 차이에 따라 문턱치를 결정하였다.
In the embodiment of the present invention, it is assumed that the area ratio of the normal skin area in the uniform illumination environment is almost the same as the global ratio, and these two ratios are affected only by the pigmentation. Comparing the hemoglobin and melanin components of the pigmentation images under these assumptions, the difference between the two regions visually appears to be small when the difference between the local ratio of the pigment deposition region and the local ratio of the normal skin region is close to 35, On the contrary, if the difference between the two ratios is more than 60, it can be confirmed that there is a remarkable difference in visibility. Further, in the embodiment of the present invention, the threshold value is determined according to the general difference between the pigmented area and the normal skin area.
3.3. 색소 침착 정량화3.3. Quantification of pigmentation
위에서 구한 투영 변환 블록 계수에 의하여 획득된 색소 침착은 영역과 정도(degree)로 정량화될 수 있다. 색소 침착의 영역 은 헤모글로빈 및 멜라닌으로 판별된 블록들의 면적 비율로 다음의 수학식 21과 같이 계산되어진다. The pigmentation obtained by the projection conversion block coefficients obtained above can be quantified in terms of area and degree. Area of pigmentation Is the area ratio of the blocks determined to be hemoglobin and melanin, and is calculated by the following equation (21).
여기서 는 헤모글로빈 또는 멜라닌으로 판별된 블록들의 개수를 나타낸다. 색소 침착 정도는 정상 피부와의 표준 편차로 계산되어진다. 헤모글로빈 또는 멜라닌 색소 침착으로 판별된 임의의 블록 내의 색소 침착 정도는 해당 블록 내의 화소값 와 색소 침착으로 판별되지 않은 블록들의 평균 화소값 에 대한 표준 편차 로 다음의 수학식 22와 같이 정의된다. here Represents the number of blocks identified as hemoglobin or melanin. The degree of pigmentation is calculated as the standard deviation of normal skin. Any block determined to be hemoglobin or melanin pigmentation The degree of deposition of the pigment in the corresponding block And the average pixel value of blocks not discriminated by pigment deposition Standard deviation for Is defined by the following equation (22).
이는 색소 침착된 영역의 화소와 정상 피부의 화소와의 차이를 나타내는 척도로서, 화장(make-up) 전후의 색소 침착의 개선을 측정하는 용도로도 사용될 수 있다. This is a measure of the difference between a pixel in a pigmented area and a pixel in a normal skin, and can also be used to measure improvement in pigmentation before and after make-up.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 피부 색소 침착 검출 방법은 1. 피부 영역 추출, 2. 헤모글로빈 및 멜라닌 성분으로의 피부 영상 분할, 및 3. 색소 침착 측정 단계로 구성된다. As described above, according to the embodiment of the present invention, the skin pigmentation detection method comprises: 1. skin area extraction, 2. skin image division into hemoglobin and melanin components, and 3. pigmentation measurement step.
1 단계인 피부 영역 추출 단계에서는 사람의 손, 팔, 얼굴 등을 포함하는 200개의 피부 영상을 분석하여 GMM-EM 클러스터링 기반 피부 영역을 추출하였다. In
2 단계인 ICA 알고리즘을 이용하여 피부 영역으로부터 헤모글로빈 및 멜라닌 성분을 분리한다. 도 11은 ICA 알고리즘을 이용하여 피부 영역으로부터 헤모글로빈 및 멜라닌 성분을 분리한 결과를 보이는 화면 예이다. 도 11의 (a)는 흑점(black spot)을 가지는 피부이며, 이에 대한 (b) 멜라닌과 (c) 헤모글로빈 성분, (d)는 홍점(red spot)을 가지는 피부이며, 이에 대한 (e) 멜라닌과 (f) 헤모글로빈 성분을 나타낸다. 보인 바와 같이, 흑점 및 홍점의 다른 색소 침착 영상에 대한 멜라닌 및 헤모글로빈 성분을 분리한 예를 보여준다. 이로부터 제안한 방법이 두 성분의 색소 침착을 정확하게 검출함을 알 수 있다. The second step, the ICA algorithm, separates the hemoglobin and melanin components from the skin area. FIG. 11 is a view showing a result of separating hemoglobin and melanin components from the skin region using the ICA algorithm. 11 (a) is skin having a black spot, (b) melanin, (c) hemoglobin component, (d) skin having a red spot, and (e) melanin And (f) a hemoglobin component. As shown, an example of separating the melanin and hemoglobin components from other pigmentation images of black and red spots is shown. It can be seen that the proposed method accurately detects the pigmentation of the two components.
3 단계에서는 분리된 헤모글로빈 및 멜라닌 성분에 대한 투영 변환 블록 계수를 계산한다. 본 실험으로부터 정상 피부에서는 전역 비 와 지역 비 가 유사한 값을 가짐을 확인하였고, 흑점 및 홍점을 포함하고 있는 피부에서는 서로 상이한 값을 가짐을 확인하였다. 도 12는 블록의 개수를 30x30과 100x100으로 가변하면서 투영 변환 블록 계수를 통해 검출된 색소 침착된 영역을 도시하는 도면이다. 도 12에서 색소 침착으로 판별된 블록들은 녹색으로 표시되어 있다.
도 13은 다양한 조도 환경으로부터 획득된 테스트 영상을 도시하는 도면이며, 도 14는 본 발명의 실시예에 따라 도 13의 테스트 영상에 대한 피부 색소 침착 검출 방법의 조도 변화에 따른 검출 결과를 나타내는 도면이다. 조도 변화에 대한 검출 평가를 위하여, 도 13에 보인 바와 같이, 단일 광원, 다중 광원, 및 태양광에 대한 6개의 조도 환경으로부터 생성된 60개의 테스트 영상들을 사용하였다. 테스트 영상들은 자동 화이트 Nikon D90 카메라로부터 획득된 것이다. 테스트 영상으로부터 검출된 결과는 도 14와 같으며, 녹색으로 표기된 블록은 색소 침착으로 판별된 것이다. 각 조도 환경에 대한 색소 침착의 영역과 그 정도들은 다음의 표 1과 같다. FIG. 13 is a view showing a test image obtained from various illuminance environments, and FIG. 14 is a diagram showing a detection result according to a change in illuminance of a skin pigmentation detection method for the test image of FIG. 13 according to an embodiment of the present invention . For detection and evaluation of illumination variations, we used 60 test images generated from six illumination environments for a single light source, multiple light sources, and sunlight, as shown in FIG. The test images were taken from an auto white Nikon D90 camera. The results detected from the test image are shown in Fig. 14, and the blocks marked in green are identified as pigment deposits. The extent and extent of pigmentation for each illumination environment are shown in Table 1 below.
shadowDark
shadow
shadowLight
shadow
표 1에 보인 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 피부 색소 침착 검출 방법은 조도 변화에 강인하고, 가시적으로 검출 성능이 우수함을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, it can be confirmed that the skin pigmentation detection method according to the embodiment of the present invention is robust against the change in illumination intensity and visually shows excellent detection performance.
본 발명에 따른 색소 침착 검출 방법은 자외선 차단제의 성능 평가에 적용될 수 있다. 이를 위하여 실험을 통해 피부 색소 침착을 감추는 기능을 가지는 3개 브랜드에서 생산되는 자외선 차단제에 대하여 성능을 평가하였다. 실험 평가에서는 색소 침착된 피부에 차단제의 약 0.05ml 정도를 바른 후, 색소 침착의 정도를 측정하였고, 또한 차단제가 적용된 영역을 정상 피부 영역 및 색소 침착된 영역과 가시적으로 비교하였다. 이 때 자외선 차단제가 적용된 피부 색상은 정상 피부에 가깝다. 다음의 표 2는 3 종의 자외선 차단제에 대한 평가 결과를 보인다. The pigmentation detection method according to the present invention can be applied to the performance evaluation of a sunscreen agent. For this purpose, we evaluated the performance of UV - blocking agents produced by three brands that have the function of masking skin pigmentation through experiments. In the experimental evaluation, about 0.05ml of the blocker was applied to the pigmented skin, and the degree of pigmentation was measured. Also, the area where the blocker was applied was visually compared with the normal skin area and the pigmented area. At this time, the skin color applied to the sunscreen is close to normal skin. The following Table 2 shows the evaluation results for the three kinds of ultraviolet screening agents.
cover balmM company blemish
cover balm
magic creamE Company BB
magic cream
표 2로부터, 자외선 차단제이 적용된 피부 영상에서 색소 침착의 영역이 매우 작았으며, 샘플 2의 표준 편차가 제일 작음을 확인하였다. 이 표준 편차는 정상 피부 영역에 가까움을 나타낸다. From Table 2, it was confirmed that the region of pigmentation was very small in the skin image applied with the sunscreen agent, and the standard deviation of
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 방법과 종래의 방법의 성능을 비교한 그래프이다. 종래의 방법(J. Lu, J. H. Manton, E. Kazmierczak, and R. Sinclair, "Erythema detection in digital skin images," Image Processing (ICIP), pp. 2545-2548. Sep. 2010.)에서는 히스토그램 기반 베이즈 분류기(Bayesian classifier)에 의해 피부 영역을 분리하고, ICA 알고리즘에 기반하여 멜라닌 및 헤모글로빈 성분들을 추출한 후 멜라닌 및 헤모글로빈에 대한 SVM(support vector machine)을 통해 홍반 영역(erythema regions)을 검출한다. 이 방법은 기본적으로, 콘트라스트가 낮은 영상에서도 색소 침착을 검출할 수 있는 장점이 있지만, 처리 시간 및 주위 조명에 한계가 있고 색소 침착 정도를 정량화하지 못한다는 단점이 있다. 피부 영역 분할 및 색소 침착 판별에서는 색 좌표계의 3가지 성분들의 특징들을 분석하는 방법이 일반적으로 사용되는데, 이는 알고리즘의 수행 시간이 긴 단점이 있다. 성능 비교 실험에서는 본 발명의 방법과 종래의 방법의 검출 시간 및 검출률에 대하여 비교 평가하였다. 이때, 해상도가 다른 200개의 피부 영상에 대한 색소 침착 검출 시간과 검출률을 측정하여 이를 도 15에 나타내었다. 종래의 방법은 색소 침착 분할만 가능하며, 색소 침착의 양을 측정하지는 못하므로 검출 시간 및 검출률에 대한 성능 비교만 가능하다. 해상도별 평균 검출 시간 결과는 도 15의 (a)의 그래프와 같다. 종래의 방법은 3개 채널의 색상 정보 기반으로 색소 침착을 검출하며, 본 발명의 방법은 CbCr의 2개 채널의 색상 정보와 공간 영역 상의 투영 변환 블록 계수에 의하여 색소 침착을 검출한다. 따라서 본 발명은 채널 감소로 인하여 검출 시간이 종래의 방법보다 다소 감소된다. 특히 해상도가 클수록 제안한 방법의 검출 시간이 종래의 방법보다 0.5-2배 감소됨을 확인할 수 있다. 15 is a graph comparing performance of the method according to the embodiment of the present invention and the conventional method. In the conventional method (J. Lu, JH Manton, E. Kazmierczak, and R. Sinclair, "Erythema detection in digital skin images," Image Processing ( ICIP ) , pp. 2545-2548. Sep. 2010.) The skin region is separated by a Bayesian classifier, melanin and hemoglobin components are extracted based on the ICA algorithm, and erythema regions are detected by SVM (support vector machine) for melanin and hemoglobin. This method basically has a merit that it can detect the pigment deposition even in a low contrast image, but it has a disadvantage in that there is a limitation in the processing time and the ambient illumination, and the degree of pigment deposition can not be quantified. In skin region segmentation and pigmentation discrimination, a method of analyzing the characteristics of the three components of the color coordinate system is generally used, which has a disadvantage that the execution time of the algorithm is long. In the performance comparison experiment, the detection time and the detection rate of the method of the present invention and the conventional method were compared and evaluated. At this time, the detection time and detection rate of pigment deposition for 200 skin images having different resolutions were measured and shown in FIG. Conventional methods are only capable of pigmentation partitioning, and since they can not measure the amount of pigment deposition, only performance comparisons against detection time and detection rate are possible. The average detection time results per resolution are shown in the graph of FIG. 15 (a). Conventional methods detect pigment deposition on the basis of color information of three channels, and the method of the present invention detects pigment deposition by color information of two channels of CbCr and projection conversion block coefficient on spatial domain. Therefore, the present invention reduces the detection time somewhat as compared with the conventional method due to the channel reduction. In particular, it can be seen that the larger the resolution, the shorter the detection time of the proposed method is 0.5-2 times than the conventional method.
색소 침착 검출 방법에서는 피부 영역 추출 과정에서 피부가 아닌 영역이 피부 영역으로 잘못 추출될 수 있다는 점과 헤모글로빈 및 멜라닌 색소 분리 과정에서 조명의 영향을 일반적으로 고려해야 한다. 제안한 방법에서는 투영 변환 블록 계수의 전역 비와 지역 비를 사용함으로써 조명의 영향을 최소화한다. 제안한 방법과 종래의 방법의 색소 침착 검출률은 그림 14(b)에서와 같다. 이 결과 도 15를 살펴보면, 중간 밝기에서는 두 방법 모두 100%에 가까운 검출률을 나타내었다. 그러나 어둡거나 밝은 밝기에서는 본 발명의 방법이 종래(Lu)의 방법보다 최대 25% 이상의 높은 검출률을 나타내었다. In the detection of pigmentation, the non-skin region can be mistakenly extracted into the skin region in the skin region extraction process, and the influence of illumination in the hemoglobin and melanin pigment separation process should be generally considered. In the proposed method, the influence of illumination is minimized by using the global ratio and the local ratio of the projection transform block coefficients. Figure 14 (b) shows the detection rates of the proposed method and the conventional method. As a result, as shown in FIG. 15, at the medium brightness, both methods showed a detection rate close to 100%. However, at dark or bright brightness, the method of the present invention showed a high detection rate of at least 25% higher than that of the conventional method (Lu).
본 발명의 실시예에 따른 색소 침착 검출 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. The pigment deposition detection method according to an embodiment of the present invention may be implemented in a form of a readable program through various computer means and recorded on a computer readable recording medium. Here, the recording medium may include program commands, data files, data structures, and the like, alone or in combination. Program instructions to be recorded on a recording medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. For example, the recording medium may be a magnetic medium such as a hard disk, a floppy disk and a magnetic tape, an optical medium such as a CD-ROM or a DVD, a magneto-optical medium such as a floppy disk magneto-optical media, and hardware devices that are specially configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions may include machine language code such as those generated by a compiler, as well as high-level language code that may be executed by a computer using an interpreter or the like. Such a hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
지금까지, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으나, 여기에 개시된 실시 예외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications, and variations will be apparent to those skilled in the art. It is obvious to those who have the knowledge of. Furthermore, although specific terms are used in this specification and the drawings, they are used in a generic sense only to facilitate the description of the invention and to facilitate understanding of the invention, and are not intended to limit the scope of the invention.
100: 영상 입력부 200: 영상 처리부
210: 피부 영역 추출부 220: 색소 침착 검출부
300: 결과 출력부100: image input unit 200: image processing unit
210: Skin region extracting unit 220: Pigmentation detecting unit
300: Result output unit
Claims (14)
대상 영상을 입력하는 영상 입력부;
대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하고, 상기 추출된 피부 영역을 헤모글로빈 및 멜라닌 성분으로 분리하며,
상기 피부 영역을 블록 단위로 구분하였을 때 각 블록에서 상기 헤모글로빈 및 멜라닌 성분 각각에 대한 크기를 나타내는 투영 변환 블록 계수를 산출하고, 상기 산출된 투영 변환 블록 계수를 이용하여 색소 침착을 판별하는 영상 처리부; 및
상기 색소 침착을 판별한 결과를 출력하는 결과 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 색소 침착 검출 장치. A skin pigmentation detection apparatus comprising:
A video input unit for inputting a target video;
Extracting a skin region from the target image, separating the extracted skin region into hemoglobin and melanin components,
An image processing unit for calculating a projection conversion block coefficient indicating a size of each of the hemoglobin and melanin components in each block when the skin region is divided into blocks and determining pigment deposition using the calculated projection conversion block coefficients; And
And a result outputting unit for outputting a result of discriminating the deposition of the pigment.
상기 영상 처리부는
훈련 영상(training image)의 통계적 분석을 통해 피부 영역에 대한 가우시안 컬러 모델을 구축하고, 구축된 가우시안 컬러 모델을 이용하여 대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하고,
형태학적 처리(morphological processing)를 통해 상기 추출된 피부 영역에 존재하는 노이즈를 제거하여,
상기 피부 영역을 추출하는 것을 특징으로 하는
피부 색소 침착 검출 장치. The method according to claim 1,
The image processing unit
We constructed a Gaussian color model for the skin region through statistical analysis of the training image, extract the skin region from the target image using the constructed Gaussian color model,
The noise existing in the extracted skin region is removed through morphological processing,
Characterized in that the skin region is extracted
Skin pigmentation detection device.
상기 영상 처리부는
YCbCr 색좌표계의 색차 성분(Cb 및 Cr)만을 이용하여 상기 피부 영역을 추출하는 것을 특징으로 하는 피부 색소 침착 검출 장치. The method according to claim 1,
The image processing unit
Wherein the skin region is extracted using only the chrominance components (Cb and Cr) of the YCbCr color coordinate system.
상기 영상 처리부는
ICA(independent component analysis) 알고리즘을 이용하여 상기 추출된 피부 영역을 헤모글로빈 및 멜라닌 성분으로 분리하는 것을 특징으로 하는
피부 색소 침착 검출 장치. The method according to claim 1,
The image processing unit
Characterized in that the extracted skin region is separated into hemoglobin and melanin components by using an ICA (Independent Component Analysis) algorithm
Skin pigmentation detection device.
상기 영상 처리부는
어느 하나의 블록의 멜라닌과 헤모글로빈의 투영 변환 블록 계수 크기의 비율을 나타내는 지역 비와, 전체 블록에 대한 멜라닌과 헤모글로빈의 투영 변환 블록 계수 크기의 평균 비율을 나타내는 전역 비를 이용하여
헤모글라빈 색소 침착 또는 멜라닌 색소 침착을 판별하는 것을 특징으로 하는
피부 색소 침착 검출 장치. The method according to claim 1,
The image processing unit
Using the global ratio representing the ratio of the magnitude of the projection transform block coefficients of melanin and hemoglobin of any one block and the average ratio of the magnitudes of the projection transform block coefficients of melanin and hemoglobin to the whole block
Characterized in that hemoglobin pigmentation or melanin pigmentation is distinguished
Skin pigmentation detection device.
상기 영상 처리부는
헤모글로빈 및 멜라닌 색소 침착으로 판별된 블록들의 면적 비율로 색소 침착의 영역을 정량화하는 것을 특징으로 하는
피부 색소 침착 검출 장치. The method according to claim 1,
The image processing unit
Characterized in that the area of pigment deposition is quantified by the area ratio of the blocks determined by hemoglobin and melanin pigment deposition
Skin pigmentation detection device.
상기 영상 처리부는
헤모글로빈 또는 멜라닌 색소 침착으로 판별된 블록 내의 색소 침착 정도는
상기 판별된 블록 내의 화소값과 색소 침착으로 판별되지 않은 블록들의 평균 화소값에 대한 표준 편차로 산출하는 것을 특징으로 하는
피부 색소 침착 검출 장치. The method according to claim 1,
The image processing unit
The extent of pigmentation in blocks determined by hemoglobin or melanin pigmentation
And calculating a standard deviation of a pixel value in the determined block and an average pixel value of blocks not discriminated as pigment deposits
Skin pigmentation detection device.
대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하는 단계;
상기 추출된 피부 영역을 헤모글로빈 및 멜라닌 성분으로 분리하는 단계; 및
상기 피부 영역을 블록 단위로 구분하였을 때 각 블록에서 상기 헤모글로빈 및 멜라닌 성분 각각에 대한 크기를 나타내는 투영 변환 블록 계수를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 투영 변환 블록 계수를 이용하여 색소 침착을 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 색소 침착 검출 장치의 피부 색소 침착 검출 방법. A skin pigmentation detection method of a skin pigmentation detection apparatus,
Extracting a skin region from a target image;
Separating the extracted skin region into hemoglobin and melanin components; And
Calculating a projection transform block coefficient indicating a magnitude of each of the hemoglobin and melanin components in each block when the skin region is divided into blocks; And
And determining the pigment deposition using the calculated projection conversion block coefficient. The method for detecting skin pigmentation in a skin pigmentation detection apparatus,
상기 피부 영역을 추출하는 단계는
훈련 영상(training image)의 통계적 분석을 통해 피부 영역에 대한 가우시안 컬러 모델을 구축하고, 구축된 가우시안 컬러 모델을 이용하여 대상 영상으로부터 피부 영역을 추출하는 단계; 및
형태학적 처리(morphological processing)를 통해 상기 추출된 피부 영역에 존재하는 노이즈를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부 색소 침착 검출 장치의 피부 색소 침착 검출 방법. 9. The method of claim 8,
The step of extracting the skin region
Constructing a Gaussian color model for a skin region through statistical analysis of a training image and extracting a skin region from the target image using the constructed Gaussian color model; And
And removing noise existing in the extracted skin region through morphological processing. The method for detecting skin pigmentation in a skin pigmentation detection apparatus,
상기 피부 영역을 추출하는 단계는
YCbCr 색좌표계의 색차 성분(Cb 및 Cr)만을 이용하는 것을 특징으로 하는 피부 색소 침착 검출 장치의 피부 색소 침착 검출 방법. 9. The method of claim 8,
The step of extracting the skin region
Wherein only the chrominance components (Cb and Cr) of the YCbCr color coordinate system are used.
상기 분리하는 단계는
ICA(independent component analysis) 알고리즘을 이용하여 분리하는 것을 특징으로 하는 피부 색소 침착 검출 장치의 피부 색소 침착 검출 방법. 9. The method of claim 8,
The separating step
Wherein the separation is performed using an ICA (Independent Component Analysis) algorithm.
상기 색소 침착을 판별하는 단계는
어느 하나의 블록의 멜라닌과 헤모글로빈의 투영 변환 블록 계수 크기의 비율을 나타내는 지역 비와, 전체 블록에 대한 멜라닌과 헤모글로빈의 투영 변환 블록 계수 크기의 평균 비율을 나타내는 전역 비를 이용하여
헤모글라빈 색소 침착 또는 멜라닌 색소 침착을 판별하는 것을 특징으로 하는 피부 색소 침착 검출 장치의 피부 색소 침착 검출 방법. 9. The method of claim 8,
The step of determining the pigment deposition
Using the global ratio representing the ratio of the magnitude of the projection transform block coefficients of melanin and hemoglobin of any one block and the average ratio of the magnitudes of the projection transform block coefficients of melanin and hemoglobin to the whole block
Wherein the detection of hemoglobin pigmentation or melanin pigmentation is judged by detecting the presence of skin pigmentation in the skin pigmentation detection apparatus.
상기 색소 침착을 판별하는 단계는
헤모글로빈 및 멜라닌 색소 침착으로 판별된 블록들의 면적 비율로 색소 침착의 영역을 정량화하는 것을 특징으로 하는 피부 색소 침착 검출 장치의 피부 색소 침착 검출 방법. 9. The method of claim 8,
The step of determining the pigment deposition
Wherein the area of the pigment deposit is quantified by the area ratio of the blocks determined to be hemoglobin and melanin pigment deposition.
상기 색소 침착을 판별하는 단계는
헤모글로빈 또는 멜라닌 색소 침착으로 판별된 블록 내의 색소 침착 정도는 상기 판별된 블록 내의 화소값과 색소 침착으로 판별되지 않은 블록들의 평균 화소값에 대한 표준 편차로 산출하는 것을 특징으로 하는 피부 색소 침착 검출 장치의 피부 색소 침착 검출 방법. 9. The method of claim 8,
The step of determining the pigment deposition
Wherein the degree of pigment deposition in the block determined as hemoglobin or melanin pigment deposition is calculated as the standard deviation of the pixel value in the identified block and the average pixel value of the blocks not discriminated as pigment deposition. Skin pigmentation detection method.
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