KR20190015809A - Apparatus for diagnosing biometric roughness - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 생체 진단장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 피검자의 특정 신체 부위의 피부에 대한 정보를 영상적인 방식으로 검출하는 생체용 거칠기 진단장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a biological diagnosis apparatus, and more particularly, to a biological roughness diagnosis apparatus for detecting information on a skin of a specific body region of a subject in an image manner.
통상적으로 피검자의 피부 거칠기는 육안관찰이나 촉진에 의한 검진이 보편적이고, 보다 정밀하게는 USB 대물현미경 등을 이용하지만 대체로 검사자의 주관적 판단에 좌우된다. 이외에 피부를 긁어서 촉침의 움직임을 전기 신호로 변환하는 촉침 방식은 직접 접촉을 요하므로 부드러운 표면에는 적용하기 곤란한 제한과 더불어 위생성을 확보하기 위한 불편과 비용부담이 수반된다.Generally, skin roughness of a subject is universally examined by visual observation or promotion, and more precisely, a USB objective microscope or the like is used, but it is generally dependent on the subjective judgment of the examiner. In addition, the stylus method for converting the movement of the stylus into an electric signal by scratching the skin requires direct contact, and thus inconvenience and cost are incurred in order to secure hygienic as well as a limitation that is difficult to apply to a smooth surface.
피부 진단과 관련되는 선행기술문헌으로서 하기의 한국 등록특허공보 제1206622호, 한국 등록특허공보 제0734865호 등이 알려져 있다.As prior art documents related to skin diagnosis, Korean Patent Registration No. 1206622 and Korean Patent Registration No. 0734865 are known.
전자는 전자주사현미경의 관찰 결과로부터 각질층에서 각질세포들이 일어난 비율을 관찰한 다음, 이를 분류하여 각질층의 거칠기를 수치화하는 단계; 화장품 적용 후, 하기 단계를 실시하여 피부각질층의 거칠기를 수치화하는 단계;등을 포함한다. 이에, 일반인들도 화장품의 피부 보습력 평가결과를 쉽게 이해하도록 하는 효과를 기대한다.The first step is to observe the rate of keratinocytes in the stratum corneum from the observation result of the scanning electron microscope and classify the number of keratinocytes to quantify the roughness of the stratum corneum. After application of the cosmetic, the following steps are carried out to quantify the roughness of the skin horny layer. Therefore, it is expected that the general public will be able to easily understand the evaluation results of skin moisturizing ability of cosmetics.
후자는 피부표면을 중첩하여 촬영하는 두 대의 카메라; 촬영 영상을 매칭하기 위한 기준선을 주사하는 레이저 모듈; 카메라의 기기 오차를 보정하는 캘리브레이션 모듈; 두 대의 카메라 및 캘리브레이션 모듈 상호간에 3축 회전가능하게 연결하는 연결 모듈을 포함한다. 이에, 피부관리 전후의 개선효과 등을 정량적이고 가시적으로 판단하는 효과를 기대한다.The latter includes two cameras that superimpose the surface of the skin; A laser module for scanning a reference line for matching the photographed image; A calibration module for correcting a camera device error; And a connection module for connecting the two cameras and the calibration modules to each other in a rotatable manner in three axes. Therefore, it is expected that the effect of the improvement before and after the skin care is judged quantitatively and visually.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 기구적 고정이 곤란한 신체 부위의 피부를 대상으로 하는 경우 측정의 편의성과 정확성이 저하될 우려가 있어서 개선의 여지를 보인다.However, according to the above-mentioned prior art, there is a possibility that the convenience and accuracy of measurement may be lowered when the skin of the body part is difficult to fix by mechanical fixation, and thus there is room for improvement.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 광학적인 방식을 기반으로 기구적 고정이 곤란한 신체 부위에 대응하여 부드러운 접촉을 유지하면서 외란광의 영향을 축소한 상태로 피부 거칠기를 검출하고 수치화할 수 있는 생체용 거칠기 진단장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems of the related art by providing a method of detecting skin roughness while reducing the influence of disturbance light while maintaining smooth contact corresponding to a body part that is difficult to fix mechanically based on an optical system And to provide a diagnostic apparatus for a roughness of a living body which can be quantified.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 생체의 피부에 대한 거칠기를 진단하는 장치에 있어서: 중심대의 하측으로 원추대를 연결한 본체; 상기 본체의 내부에 복수로 배치된 램프로부터 반사되는 광을 CCD카메라로 검출하는 검출수단; 및 상기 검출수단의 신호를 입력하여 설정된 알고리즘으로 거칠기 연산값을 출력하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides an apparatus for diagnosing roughness of a skin of a living body, the apparatus comprising: a body connected to a lower end of a center bar; Detecting means for detecting light reflected from a plurality of lamps arranged inside the main body with a CCD camera; And a controller for inputting a signal of the detecting means and outputting a roughness calculation value according to the set algorithm.
본 발명의 변형예로서, 상기 본체는 다수로 분할된 원추대를 유연시트로 감싸서 원추형 구조를 유지하는 것을 특징으로 한다.As a modification of the present invention, the main body is characterized in that a plurality of divided truncated cones are wrapped in a flexible sheet to maintain a conical structure.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 중심대에서 하방향으로 조사하는 상부램프, 원추대에서 측방향으로 조사하는 측면램프를 구비하는 것을 특징으로 한다.In the detailed construction of the present invention, the detecting means is characterized by comprising an upper lamp which irradiates downward from the center bar, and a side lamp which irradiates laterally from the frustum.
본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 검출수단은 피부의 수분 상태를 검출하는 수분감지기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.In another modification of the present invention, the detecting means further comprises a moisture sensor for detecting the moisture state of the skin.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 상부램프, 일측의 측면램프, 타측의 측면램프에 의한 반사광 영상으로 밝기를 순차적으로 연산하고, 캘리브레이션을 거쳐 광도차에 의한 오차를 보정하며, mean 함수를 이용한 산술평균으로 표면거칠기를 산출하는 것을 특징으로 한다.In a detailed configuration of the present invention, the controller sequentially calculates brightness by using a reflected light image of an upper lamp, a side lamp on one side, and a side lamp on the other side, calibrates an error caused by the brightness difference through calibration, And the surface roughness is calculated by arithmetic mean.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 광학적인 방식을 기반으로 기구적 고정이 곤란한 신체 부위에 대응하여 부드러운 접촉을 유지하면서 외란광의 영향을 축소하여 피부 거칠기 진단의 편리성과 정확성을 제고하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the influence of disturbance light while maintaining soft contact in correspondence to a body part which is difficult to fix mechanically based on an optical system, thereby improving convenience and accuracy of skin roughness diagnosis.
또한, 각종 약품, 화장품, 시술 등의 효능에 대한 평가시 객관적인 근거로 삼을 수 있으며, 인체 뿐 아니라 통상적 방식으로 측정이 어려운 재질이나 분야에서 거칠기 측정이 가능한 효과를 도모한다.In addition, it can be used as an objective basis in evaluating the efficacy of various drugs, cosmetics, and procedures, and it is possible to measure the roughness in materials and fields that are difficult to measure in a conventional manner as well as the human body.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 전체적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 변형예를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 주요 회로 연결을 나타내는 블록도
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제어 알고리즘을 나타내는 흐름도1 is a block diagram generally illustrating an apparatus according to the present invention;
2 is a configuration diagram showing a modification of the apparatus according to the present invention
Figure 3 is a block diagram showing the main circuit connections of the device according to the invention
Figure 4 is a flow chart illustrating the control algorithm of the device according to the invention
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 생체의 피부에 대한 거칠기를 진단하는 장치, 특히 비접촉식 광학적 방식을 채용하는 기술에 관하여 제안한다. 통상적인 광학적 거칠기 측정법으로 광절단식, 광간섭식이 있다. 광절단식은 일정방향에서 빛을 조사하여 표면을 광학적으로 절단한 것을 현미경으로 측정하며, 고정된 작은 재료에 대해 현미경을 적용하여야 한다. 광간섭식은 기준반사면과 피측정면에 의하여 반사되는 빛의 중첩에 의해서 생기는 광파간섭무늬를 현미경으로 확대하여 측정하며, 빛을 잘 반사하는 표면에만 사용할 수 있고 진동에 민감하다. 이에 상기한 방식들은 모두 신체 피부의 거칠기를 측정하는 용도로 부적합하다.The present invention proposes a device for diagnosing the roughness of the skin of a living body, in particular, a technique employing a non-contact optical method. Conventional optical roughness measurement methods are optical cutting type and optical interference type. The optical cutting method is to measure the optically cut surface by irradiating light in a certain direction with a microscope, and a microscope should be applied to the fixed small material. The optical interferometer measures the light wave interference pattern caused by the superimposition of light reflected by the reference reflection surface and the surface to be measured by a microscope and can be used only on a surface that reflects light well and is sensitive to vibration. All of the above methods are unsuitable for measuring the roughness of the body skin.
본 발명에 따른 본체(10)는 중심대(11)의 하측으로 원추대(15)를 연결한 구조이다. 본체(10)는 고깔모자의 형태를 지닌 원추대(15)의 꼭지점 위치에 중심대(11)를 지닌다. 굴곡이 많은 신체의 거칠기 측정에 있어서 원추대(15)의 하단 직경 3cm, 높이 3cm 정도가 외부의 빛을 차단하는 측면에서 유리하지만 이러한 치수에 한정되는 것은 아니다. 원추대(15)의 내면은 내부의 반사광을 흡수하는 재질로 코팅하는 것이 좋다.The
본 발명의 변형예로서, 상기 본체(10)는 다수로 분할된 원추대(15)를 유연시트(16)로 감싸서 원추형 구조를 유지하는 것을 특징으로 한다. 도 2는 원추대(15)를 4개로 분할하여 중심대(11)에 고정하면서 원추대(15)를 전체적으로 유연시트(16)로 감싸 고깔모자를 형성한 상태로 예시한다. 유연시트(16)는 내부의 반사광을 흡수하는 재질을 사용하며 하단에서 피부와 밀착되어 외부의 빛을 차단하므로 측정에 방해되는 외란광 차단에 유리하다.As a modification of the present invention, the
한편, 도 2를 참조하면 손가락과 같이 좁고 굴곡이 심한 부분에는 호형패드(21)나 결속밴드(25)를 사용한다. 호형패드(21)는 중앙이 두꺼운 형태이고 끼움홈(23)을 통하여 원추대(15)에 결합된다. 결속밴드(25)는 원추대(15)의 하단에서 대향하는 2지점에 벨크로테이프 등을 결합하여 구성한다. 이에 호형패드(21)로 외부 광 유입을 차단하고, 결속밴드(25)로 본체(10)의 흔들림을 억제한다.2, an arc-
또한, 본 발명에 따르면 검출수단이 상기 본체(10)의 내부에 복수로 배치된 램프로부터 반사되는 광을 CCD카메라(36)로 검출한다. 검출수단으로 피부에 설정된 타겟(TG)으로 광을 조사하는 복수의 램프, 타겟(TG)에서 반사되는 광에 의한 영상을 획득하는 CCD카메라(36)를 구비한다. CCD카메라(36)는 중심대(11)의 저면에 형성되는 통공(12)의 상측으로 설치된다. Further, according to the present invention, the detection means detects light reflected from a plurality of lamps arranged inside the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 중심대(11)에서 하방향으로 조사하는 상부램프(31), 원추대(15)에서 측방향으로 조사하는 측면램프(32)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상부램프(31)는 중심대(11)의 저면에서 통공(12)의 주변에 복수로 분산 배치하거나 하나의 고리 형태로 배치한다. 측면램프(32)는 원추대(15)의 하단에서 다소 상승된 위치에 대향하게 배치하는데, 상측의 CCD카메라(36)에 직접 빛이 들어가지 않도록 지향적으로 설치한다. 상부램프(31)와 측면램프(32)는 LED를 사용하는 것이 좋다. 설계의 일예로서 측면램프(32)는 3mm 직경의 LED를 원추대(15)의 하단에서 3mm 높이로 설치한다. The detecting means includes an
본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 검출수단은 피부의 수분 상태를 검출하는 수분감지기(34)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 수분감지기(34)는 중심대(11)에 비접촉식으로 설치 가능한 근적외선 분광 방식이 선호되지만 접촉식 전극과 유전율센서를 이용한 정전용량 방식으로 구성할 수도 있다. 후자의 경우 원추대(15)의 하단에 전극을 배치하여 외란광이 발생하지 않도록 한다. 수분감지기(34)를 사용하는 것은 수분함량이 피부의 거칠기에 영향을 주는 요소이기 때문이다.In another modification of the present invention, the detecting means further comprises a moisture sensor (34) for detecting the moisture state of the skin. The
또한, 본 발명에 따르면 제어기(40)가 상기 검출수단의 신호를 입력하여 설정된 알고리즘으로 거칠기 연산값을 출력한다. 제어기(40)는 본체(10)의 중심대(11)에 케이블로 연결된 컴퓨터 혹은 독립적으로 작동이 가능한 형태로 모두 구성이 가능하다. 어느 경우에나 제어기(40)는 마이크로프로세서를 기반으로 저장부(42), I/O부(44), 표시부(46)를 탑재한 마이컴 회로로 구성된다. 저장부(42)는 피부의 거칠기 연산을 위한 알고리즘을 저장하고, 표시부(46)는 피부의 거칠기를 연산하여 수치 및 그래픽으로 표시한다.Further, according to the present invention, the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(40)는 상부램프(31), 일측의 측면램프(32), 타측의 측면램프(32)에 의한 반사광 영상으로 밝기를 순차적으로 연산하고, 캘리브레이션을 거쳐 광도차에 의한 오차를 보정하며, mean 함수를 이용한 산술평균으로 표면거칠기를 산출하는 것을 특징으로 한다. As a detailed configuration of the present invention, the
도 4의 흐름도를 이용하여 제어기(40)에 의한 작동의 일예를 설명하며, 전술한 3cm 직경의 원추대(15)로 중심부 1cm x 1cm 영역을 타켓(TG)으로 한다.An example of the operation by the
작동 시작시 상부램프(31)가 점등되어 수직으로 타겟을 조사하는 동시에 촬영이 이루어지며, 연이어 일측 측면램프(32)의 점등과 동시에 두 번째 촬영이 이루어지며, 연이어 반대측 타측 측면램프(32)의 점등과 동시에 세 번째 촬영이 이루어져 영상이 획득된다. 세 개의 영상에 의한 밝기(α)(β)(γ) 정보는 픽셀 좌표별 색상, 밝기 값을 변수로 하여 디지털 데이터로 처리된다.At the start of the operation, the
제1단계의 표면 거칠기 계산식은 다음의 [수식 1]과 같이 연산된다. 상부램프(31)에 의한 픽셀값과 양측부 측면램프(32)에 의한 픽셀값 차이를 거칠기로 삼고, 양측 값을 더하여 보정한 방식이다.The surface roughness calculation equation of the first step is calculated as shown in the following [Equation 1]. The difference between the pixel value by the
[수식 1] θ = Σ {|αi-βi| +|αi-γi| } - k[Equation 1]? =? {|? I-? I | + | alpha i-yi | } - k
측정 타겟을 중심으로 대칭되는 두 개의 측면램프(32)의 조사시 밝기 값을 사용하여 일측 측면램프(32)의 조사시 거리에 따른 광도의 차이가 발생함으로 인한 오류를 제거한다. 표준 거칠기와 색상을 가진 기준판(도시 생략)을 이용하여 캘리브레이션으로 상수(k)를 정한다. 수직의 상부램프(31)에 의한 영상 값과의 차이를 사용함으로써 색상 차에 의한 밝기 차이의 효과를 상쇄한다.The brightness due to the irradiation of the two
제2단계의 표면 거칠기 계산식은 다음의 [수식 2]과 같이 연산된다. 전체 평균대비 차이값을 거칠기로 삼는 방식으로서, mean(Δ) = mean(α)-mean(β+γ)로 정의하고, 거칠기가 존재하지 않는 표면을 가정하였을 때 Σ {αi-(βi+γi) } = mean(Δ)가 성립됨으로 [수식 2]가 적용된다.The surface roughness calculation equation of the second step is calculated as shown in the following [Equation 2]. (Α) -mean (β + γ) is defined as mean (Δ) = mean (Δ) and the surface with no roughness is assumed to be Σ {αi- (βi + γi )} = mean ([Delta]) is established, so that [Expression 2] is applied.
[수식 2] θ = Σ |αi- (βi+γi)- mean(Δ)|[Equation 2]? =? |? - (? I +? I) - mean (?) |
처리된 데이터는 제어기(40)의 화면 혹은 독립 작동이 가능한 디스플레이에 표시된다. 순차적 조사에 따른 조도 변화를 그래프로 그려 직선 값에서 벗어나는 부분을 거칠기로 삼는다.The processed data is displayed on the screen of the
한편, 대상의 색상에 따라 사용하는 상부램프(31) 및 측면램프(32)의 색상을 달리 선택할 수 있도록 구현 가능하며, 거칠기 뿐 아니라 픽셀별 색상 값의 편차를 이용하여 피부 톤에 대한 수치 또한 데이터화 할 수 있다. 백색 상부램프(31)로 촬영 후 검체의 표면의 상태나 색깔에 따라 최적의 광원을 선택하여 검사가 진행되며, 색상별 표준 검체 대비 상부램프(31)에 의한 영상의 밝기를 비교하여 번들거림의 정도 측정할 수 있다.On the other hand, the color of the
물론, 본 발명은 생체 외 정밀 반도체 표면 검사 등에 적용 가능하다. 어느 경우에나 고정좌표인 픽셀 단위에서 조명의 변화에 따라 달라지는 값을 비교하는 원리는 동일하다.Of course, the present invention is applicable to an in vitro precision semiconductor surface inspection and the like. In any case, the principle of comparing the value that varies with the change of the illumination in the unit of the pixel which is the fixed coordinate is the same.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.
10: 본체
11: 중심대
12: 통공
15: 원추대
16: 유연시트
21: 호형패드
23: 끼움홈
25: 결속밴드
31: 상부램프
32: 측면램프
34: 수분감지기
36: CCD카메라
40: 제어기
42: 저장부
44: I/O부
46: 표시부10: Main body 11:
12: through hole 15:
16: flexible sheet 21: arched pad
23: fitting groove 25: coupling band
31: upper lamp 32: side lamp
34: Moisture sensor 36: CCD camera
40: controller 42:
44: I / O unit 46: Display unit
Claims (5)
중심대(11)의 하측으로 원추대(15)를 연결한 본체(10);
상기 본체(10)의 내부에 복수로 배치된 램프로부터 반사되는 광을 CCD카메라(36)로 검출하는 검출수단; 및
상기 검출수단의 신호를 입력하여 설정된 알고리즘으로 거칠기 연산값을 출력하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 생체용 거칠기 진단장치.An apparatus for diagnosing a roughness of a skin of a living body, comprising:
A main body 10 connected to a lower end of the center bar 11 by a trunnion 15;
Detecting means for detecting light reflected from a plurality of lamps arranged inside the main body (10) with a CCD camera (36); And
And a controller (40) for inputting a signal of the detecting means and outputting a roughness calculation value by a set algorithm.
상기 본체(10)는 다수로 분할된 원추대(15)를 유연시트(16)로 감싸서 원추형 구조를 유지하는 것을 특징으로 하는 생체용 거칠기 진단장치.The method according to claim 1,
Wherein the main body (10) has a conical structure by wrapping a plurality of divided frustoconical members (15) with a flexible sheet (16).
상기 검출수단은 중심대(11)에서 하방향으로 조사하는 상부램프(31), 원추대(15)에서 측방향으로 조사하는 측면램프(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 생체용 거칠기 진단장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the detecting means comprises an upper lamp (31) for irradiating downward from the center table (11), and a side ramp (32) for irradiating laterally from the frustum (15).
상기 검출수단은 피부의 수분 상태를 검출하는 수분감지기(34)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 생체용 거칠기 진단장치.The method according to claim 1,
Wherein the detecting means further comprises a moisture sensor (34) for detecting the moisture state of the skin.
상기 제어기(40)는 상부램프(31), 일측의 측면램프(32), 타측의 측면램프(32)에 의한 반사광 영상으로 밝기를 순차적으로 연산하고, 캘리브레이션을 거쳐 광도차에 의한 오차를 보정하며, mean 함수를 이용한 산술평균으로 표면거칠기를 산출하는 것을 특징으로 하는 생체용 거칠기 진단장치.The method according to claim 1,
The controller 40 sequentially calculates the brightness of the reflected light image by the upper lamp 31, the side lamp 32 on one side, the side lamp 32 on the other side, calibrates the error by the brightness difference through calibration, and calculating a surface roughness by an arithmetic mean using a mean function.
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