JP2009022745A - 肌組織を測定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】肌の領域は、偏光フィルタ（４）を介して光源（３）により照明される。
【解決手段】照明される肌の赤色画像及び赤外画像は、その場合、第１偏光フィルタ（４）を透過する光と同じ極性を有する可視光をフィルタリングするように備えられた第２偏光フィルタ（５）を介してディジタルカメラ（１）により得られる。それらの画像は、その場合、表面反射なしで、照明された肌（２）の領域により戻される赤外光の推定レベルを決定するように、メラニンと光の相互作用のモデル及び赤色光の検出レベルを用いるコンピュータ（６）により処理される。肌組織を示す表面マップは、その場合、カメラ（１）により検出される赤外光の検出レベルと、表面反射なしで照明された肌の領域により戻される赤外光の推定レベルとの間の差に基づいて決定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、肌組織を測定する方法及び装置に関する。特に、本発明の実施形態は、肌組織を測定し、乾燥肌の領域を特定する方法及び装置に関する。

肌を拡大して見るとき、その表面には細かい線及び皺がある。それらの構造の詳細な測定については、皺を減少させるようにデザインされた製品の研究及び消費者の教育の両方において関心がもたれている。肌の物理的なシリコンレプリカを作ることにより肌領域のトポロジを測定する標準的な技術は、ステレオ及び干渉縞投影に対してトレースされるものである。それらの技術の全ては優れた結果を得ることができるが、コスト及び取得時間のために、実験室の分析に対しては限定的である。それ故、詳細な肌のトポロジを測定する代替のシステムが要請されている。

本発明の特徴に従って、肌の表面組織を測定する方法であって：
肌の領域を偏光光で照明する段階；
第１波長帯域及び第２波長帯域において照明された肌の領域により反射された光の第１の測定を得る段階であって、第１波長帯域における測定光は、前記肌の領域が照明される光に対して異なる極性を有する光であり、第２波長帯域における測定光は、前記肌の領域が照明される光と同様の極性の光及び異なる極性の光を有する光を有する、段階；
肌における少なくとも１つの発色団と光の相互作用のモデルを用いて、肌の照明領域により反射される前記第２波長帯域における推定される光の想定レベルを決定するように、第１波長における光の測定を処理する段階；及び
照明された肌の領域により反射される前記第２波長帯域における光の推定レベルと実際のレベルとの間の差に基づいて、画像化される肌の照明領域の表面組織の測定を決定する段階；
を有する方法を提供する。

本発明の他の特徴に従って、肌の表面組織を測定する装置であって、
肌の領域を偏光光により照明するように動作する光源；並びに
検出器であって、
第１波長帯域の測定光が、前記肌の領域が前記光源により照明される光に対して異なる極性を有する光であり、第２波長帯域における測定光が、前記肌の領域が前記光源により照明される光と同様の極性の光及び異なる極性の光を有する光を有し、第１波長帯域及び第２波長帯域において照明された肌の領域により反射される光の測定を得るように、
肌における少なくとも１つの発色団と光の相互作用のモデルを用いて、肌の照明領域により反射される第２波長帯域における推定される光の想定レベルを決定するように、第１波長領域において得られる光の測定を処理し、そして
肌の照明領域により反射される前記第２波長帯域において推定される光のレベルと得られる実際のレベルとの間の差に基づいて、画像化される肌の照明領域の表面組織の測定を決定する、
検出器；
を有する装置を提供する。

本発明の更なる特徴及び実施形態については、添付図を参照して理解することができる。

肌と光の相互作用
背景として及び理解を助けるように、本発明の実施形態の記載の前に、肌の物理的な構造及び肌の光との相互作用について、先ず、図１を参照して簡単に説明する。

図１に示すように、肌は、角質層としても知られている外側の角化層５０と、表皮５２と、肌のための血液供給５５を有する乳頭真皮５４及び結合真皮５６とに分類される。

光が皮膚に入射するとき、光の多くは、外側の角化層５０に衝突するときにすぐ、反射する。しかしながら、入射光のある割合は角化層５０を透過して進み、表皮５２及び乳頭真皮５４の構成物質と相互作用する。光が表皮５２及び乳頭真皮５４を透過し、その光が皮膚内に存在する種々の発色団、即ち、乳頭真皮内の血管５５内の血液内に存在するヘモグロビン、メラニン、表皮５２内のメラニン細胞５７により生成される色素及びコラーゲンにより吸収されるとき、繊維性物質が皮膚全体に亘って存在している。入射光が結合真皮５６に達するときまでに、光の散乱はかなり前進し、それ故、そのために結合真皮５６は、どの点から見ても、光が反射しないようにみなされる。

種々の波長を吸収する表皮５２及び乳頭真皮５４内に存在する発色団に加えて、皮膚内の特定の構造、例えば、その代表であるコラーゲンは、入射光を反射するようにする。肌の外側の外観は、それ故、角化層５０によりすぐに反射される光と、表皮５２及び乳頭真皮５４にある発色団と相互作用した弱まった光とが混合したものであるみなされる。

上記のように、本発明は、皮膚の表面組織の測定を得るのに、肌の外観が肌の表面からの光の反射と、その表面の下の構造及び発色団との光の相互作用とに依存することを用いる。

特定の実施形態
本発明の実施形態について、ここで、図２乃至４を参照して説明する。

本発明の実施形態の模式的なブロック図である図２を参照するに、約６５０ｎｍ及び９００ｎｍのそれぞれの波長を有する光の赤色及び赤外画像を得るように動作するディジタルカメラを有するディジタルカメラ１は、光源３により照明される個人２の肌の表面の画像を得るように備えられている。

第１偏光子４及び第２偏光子５は、ディジタルカメラ１のレンズ及び光源３の前に備えられている。それらの偏光子４、５は、第１偏光子４により直交偏光されるように備えられている第２偏光子５により、４００乃至７００ｎｍの範囲内の波長を有する可視光を偏光する従来型の偏光子である。

肌におけるコラーゲンと光の相互作用は、その光がオリジナルの偏光を失うようなものである。肌２の領域が第２偏光子４を介して光源３により照明され、それ故、肌の表面を透過し、その表面の下の肌における発色団及びコラーゲンと相互作用する赤色光を有するとき、光はディジタルカメラ１の赤色検出器により検出される。これは、肌の表面から直接、反射される偏光された赤色光は、ディジタルカメラ１のレンズの前の第２偏光子５の直交偏光によりフィルタリングされる。

それとは対照的に、偏光子４、５の範囲は赤外光まで及ばないため、肌におけるコラーゲンとの相互作用により変化される極性をその光が有するかどうかに拘わらず、肌２の領域が第１偏光子４を介して光源３により照明されるとき、ディジタルカメラ１の赤外検出器により検出される光は、第２偏光子５を透過する。ディジタルカメラにより検出される赤外光は、それ故、表面の下の肌の構造及び発色団と相互作用した赤外光を肌２の表面から直接、反射した赤外光の混合を有する。

ディジタルカメラ１により得られた赤色画像及び赤外画像は、その場合、カメラ１により画像化される肌２の表面における詳細変動を表す表面マップを生成するように下記の方法において画像データを処理する表面処理モジュール９を有する通信ネットワークを介することにより電気信号８を受け入れることにより、又はディスク７に備えられているソフトウェアにより設定されるコンピュータ６に送信される。この表面マップは、その場合、ディスプレイ１０に表示される。

得られた画像データの処理
図２のコンピュータ６により実行される処理のフロー図である図３を参照するに、最初（Ｓ３−１）に、画像は、光源３により照明される肌２の領域のディジタルカメラ１により得られる。

この実施形態においては、ディジタルカメラ１により生成される画像データは、画素の大きいアレイについて０乃至２５５の範囲内のＲ値及びＩＲ値を有し、ここで、Ｒ値及びＩＲ値は、赤色又は赤外であるように現れる画像における各々の画素に対してカメラ１において光受光部により受け入れられる広がりの光を表し、完全な冷黒画素（ｃｏｌｄ ｂｌａｃｋ ｐｉｘｅｌ）は０、０のＲ及びＩＲ値を有し、完全な暖明白画素（ｈｏｔ ｂｒｉｇｈｔ ｗｈｉｔｅ ｐｉｘｅｌ）は２５５、２５５のＲ及びＩＲ値を有する。

肌２の領域の画像がカメラ１により得られているとき、表面処理モジュール９は、その場合、Ｒ画素値及びＩＲ画素値を、表面組織を表す値に順次に変換するように、得られた画像におけるＲ画素値及びＩＲ画素値の各々の対を処理する（Ｓ３−２乃至Ｓ３−４）ように動作される。

この実施形態においては、この変換は、次の２つの前提に基づいている。

第１に、肌表面２は実質的に平坦であり、肌表面の照明は実質的に均一であることを前提としている。これは、肌の狭い領域が画像化され、光源３及びカメラ１が解析される肌２に近接することを可能にする場合である。

第２に、その肌の領域は、０．２ｍｍのコラーゲンの均一な厚さを有する肌の健全な領域であることを前提とする。

そのような状況下で、検出される赤色光と赤外光との比は、赤色光及び赤外光の両方はヘモグロビンの存在により実質的に影響されないため、肌の表面における小さいスケール変動及びメラニンの濃度における変動のみにより影響されるとみなされる。

この実施形態においては、画素についてのＲ値及びＩＲ値の自然対数が先ず、取られ、次いで、結果として得られたそれらの対数は、最小値０乃至最大値１の範囲内に入るようにスケーリングされる（Ｓ３−２）。検出された赤外値ＩＲの実際にスケーリングされた対数における差は、検出された赤色値Ｒのスケーリングされた対数から導き出される推定された赤外値と比較される（Ｓ３−３）。

図４は、何れかの表面反射なしで、コラーゲンの固定された量を有する肌による赤色光の反射と赤外光の反射との間の関係を示している。そのような状況下で、その光の比は、完全な指数項であるとみなされる表皮内にあるメラニンの濃度に完全に依存する。軸がスケーリングされた対数軸である図４のグラフにおいては、このことは、推定される赤色値と赤外値の比が直線上にあることを意味する。推定された赤外値と、画素についてのＩＲ値の対数をスケーリングすることにより導き出された実際の値との間の差分は、表面反射の発生によりもたらされる。得られた画像の画素に対応する点における表面組織の測定は、その場合、実際の赤外値と、反射赤外光の検出レベルから決定された推定される赤外値との間の演算される差の真数を取ることにより得られる（Ｓ３−４）。

この処理（Ｓ３−２乃至Ｓ３−４）は、その場合、得られた画像における画素の全てについて繰り返され、その結果として得られる変換された差分値は、その場合、表面マップとして表示される（Ｓ３−５）。

表面マップの生成においては、コラーゲンの厚さが均一であるという前提は真実でないように考えられるが、通常の肌の領域におけるコラーゲンの厚さにおける通常の変動のために変換される距離の変動は、肌の表面トポロジにおける差に対する表面反射の差に対してもたらされる変動に比べてかなり小さく、それ故、得られる測定の精度へは殆ど影響を及ぼさない。

結果として得られる表面マップにおいては、肌における皺又は溝に対応して反射が殆ど生じない又は全く生じない画素は、溝又は皺の深さを表す測定の相対的な大きさを有する場合より小さい値に関連付けられる。更に、得られるマップはまた、そのような領域は、より大きい変換距離値及びより高い肌トポロジを示す表面マップの領域と関連付けられるため、乾燥肌の領域を測定するように用いられることが可能である。

代替の実施形態及び改善
上記の実施形態においては、赤色画像及び赤外画像を処理する肌組織解析システムについて説明しているが、代替のシステムを用いることも可能である。

従って、例えば、赤色／赤外ディジタルカメラに代えて、従来型のＲＧＢカメラを用いることが可能である。そのような代替の実施形態においては、肌における発色団及び構造と相互作用する光と、肌の表面から直接反射される光との混合に基づく画像である少なくとも１つの画像が得られるように、カメラの全体的な検出範囲までの範囲を有しない偏光子が備えられる必要がある。

上記の実施形態においては、肌組織の測定は、肌の２つの画像を用いて得られるが、それ以上の画像を用いることも可能である。より具体的には、上記の実施形態においては、赤色画像及び赤外画像が、肌表面測定を得るように処理される。赤色画像及び赤外画像を用いることは、それらの波長の光は、ヘモグロビンの存在により実質的に影響されないために、好ましい。他の実施形態においては、付加カラー画像、例えば、緑色光に基づく画像を得ることが可能である。緑色光及び赤色光の検出レベルは、肌にある血液及びメラニンの濃度の両方の推定を決定するように用いられることが可能である。それらの決定された濃度に基づく推定される赤外光のレベルは、その場合、表面組織の測定を決定するように、実際に検出されたレベルと比較されることが可能である。

図を参照して説明している本発明の実施形態においては、コンピュータ装置及びコンピュータ装置において実行される処理を有するが、本発明はまた、コンピュータプログラム、特に、本発明を実現するように適合された担体におけるコンピュータプログラムに拡張されることができる。そのプログラムは、ソースコード又はオブジェクトコードの形式である、又は本発明に従った処理の実施で用いるために適切である何れかの他の形式であることが可能である。その担体は、プログラムを担持することができる何れかのエンティティ又は装置であることが可能である。

例えば、その担体は、例えば、ＣＤ ＲＯＭ又は半導体ＲＯＭ等のＲＯＭ、若しくは、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク又はハードディスク等の磁気記録媒体を有することが可能である。更に、その担体は、電気ケーブル又は光ケーブルを介して、若しくは無線手段又は他の手段により搬送することが可能である電気信号又は光信号のような送信可能媒体であることが可能である。

ケーブル、他の装置又は手段により直接搬送されることが可能である信号においてプログラムが具現化されるとき、その担体は、そのようなケーブル、他の装置又は手段を有することが可能である。

代替として、その担体は、プログラムが組み込まれている集積回路であることが可能であり、その集積回路は、関連処理を実行するように、又は関連処理の性能を用いるように適合されることが可能である。

肌の構造及び入射光とその構造の相互作用を示す肌の層における断面を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に従った肌組織測定システムの模式的なブロック図である。 図２の肌組織測定システムにより実行される処理についてのフロー図である。 固定されたコラーゲンの量を有する肌の赤色光及び赤外光の反射間の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ ディジタルカメラ
２ 肌表面
３ 光源
４ 第１偏光フィルタ
５ 第２偏光フィルタ
６ コンピュータ
７ ディスク
８ 電気信号
９ 表面処理モジュール９
１０ ディスプレイ
５０ 角化層
５２ 表皮
５４ 乳頭真皮
５５ 血管
５６ 結合真皮
５７ メラニン細胞

Claims (23)

1. 肌の表面組織を測定する方法であって：
   偏光光により肌の領域を照明する段階；
   第１波長帯域及び第２波長帯域において前記照明された皮膚の領域により戻される光の測定を得る段階であって、前記第１波長帯域にある測定光は、前記の肌の領域が照明された前記光に対して異なる極性を有する光であり、前記第２波長帯域にある測定光は、前記の肌の領域が照明される前記光と同様の極性の光及び異なる極性の光を有する光を有する、段階；
   前記肌における少なくとも１つの発色団と光の相互作用のモデルを用いて、前記の照明された肌の領域により戻される前記第２波長帯域にある推定される光の想定レベルを決定するように、前記第１波長帯域にある光の測定を処理する段階；並びに
   前記の照明された肌の領域により戻される前記第２波長帯域にある前記推定された光のレベルと実際の光のレベルとの間の差に基づいて、画像化される照明された肌の領域の前記表面組織の測定を決定する段階；
   を有する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記第１波長帯域は可視光に対応する波長帯域を有する、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記第１波長帯域は赤色光に対応する波長帯域を有する、方法。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法であって、前記第２波長帯域は赤外光に対応する波長帯域を有する、方法。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法であって、前記肌における前記少なくとも１つの発色団はメラニンを有する、方法。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法であって：
   第３波長帯域において前記の照明された肌の領域により戻される光の測定を得る段階であって、前記第３波長帯域において前記測定された光は、前記の肌の領域が照明される前記光に対して異なる極性を有する光である、段階；
   前記の照明された肌の領域により戻される前記第２波長帯域にある推定される光のレベルを決定するように、光の第１測定を処理する段階であって、
   前記肌における第１発色団及び第２発色団と光の相互作用のモデルを用いて、前記の照明された肌の領域により戻される第２波長帯域にある推定される光の想定レベルを決定するように、前記第１波長帯域及び第３波長帯域の測定を処理する段階、
   を有する、段階；
   を更に有する、方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、前記第１発色団及び前記第２発色団はメラニン及びヘモグロビンを有する、方法。
8. 肌の表面組織を測定する装置であって：
   偏光光により肌の領域を照明するように動作する光源；
   第１波長帯域及び第２波長帯域において前記照明された皮膚の領域により戻される光の測定を得るように動作する検出器であって、前記第１波長帯域にある測定光は、前記の肌の領域が前記光源により照明された前記光に対して異なる極性を有する光であり、前記第２波長帯域にある測定光は、前記の肌の領域が前記光源により照明される前記光と同様の極性の光及び異なる極性の光を有する光を有する、検出器；並びに
   前記肌における少なくとも１つの発色団と光の相互作用のモデルを用いて、照明された肌の領域により戻される前記第２波長帯域にある推定される光の想定レベルを決定するように、前記第１波長帯域にある光の得られる測定を処理し、
   前記の照明された肌の領域により戻される前記第２波長帯域にある前記推定された光のレベルと得られた実際の光のレベルとの間の差に基づいて、画像化される照明された肌の領域の前記表面組織の測定を決定する、
   ように動作する処理器；
   を有する装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、偏光光により肌の領域を照明するように動作する前記光源は、偏光フィルタを介して肌の領域を照明するように動作する光源を有する、装置。
10. 請求項８又は９に記載の装置であって、前記検出器は：
    偏光フィルタを介して照明された肌の領域の画像を得るように動作するディジタルカメラであって、前記偏光フィルタは、前記第２波長帯域にある偏光光なしで、前記第１波長帯域にある光を偏光するように動作する、ディジタルカメラ；
    を有する、装置。
11. 請求項８乃至１０の何れか一項に記載の装置であって、前記第１波長帯域は可視光に相当する波長帯域である、装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、前記第１波長帯域は赤色光に相当する波長帯域である、装置。
13. 請求項８乃至１２の何れか一項に記載の装置であって、前記第２波長帯域は赤外光に相当する波長帯域である、装置。
14. 請求項８乃至１３の何れか一項に記載の装置であって、前記処理器は：
    前記肌におけるメラニンと光の相互作用のモデルを用いて、前記の照明された肌の領域により戻される前記第２波長帯域にある推定される光の値を決定するように、第１波長帯域にある光の得られた測定を処理するように動作する；
    装置。
15. 請求項７乃至１２の何れか一項に記載の装置であって、前記検出器は、照明された肌の領域により戻される第３波長帯域にある光の測定を得るように動作し、前記第３波長帯域にある前記測定された光は、前記の肌の領域が照明された前記光に対して異なる極性を有する光であり、前記処理器は、前記肌における第１発色団及び第２発色団と光の相互作用のモデルを用いて、照明された肌の領域により戻される前記第２波長帯域にある推定される光の想定レベルを決定するように、前記第１波長帯域及び前記第３波長帯域にある光の得られた測定を処理するように動作する、装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、前記第１発色団及び第２発色団はメラニン及びヘモグロビンを有する、装置。
17. コンピュータ解釈可能命令を記憶する記録媒体であって、プログラム可能コンピュータは：
    第１波長帯域にある測定光は、肌の領域が照明される光に対して異なる極性を有する光であり、第２波長帯域にある測定光は、前記の肌の領域が照明される前記光と同様の極性及び異なる極性の光を有する光を有し、前記第１波長帯域及び前記第２波長帯域において前記の照明された肌の領域により戻される光の得られる測定を受け入れ；
    前記肌における少なくとも１つの発色団と光の相互作用のモデルを用いて、前記の照明された肌の領域により戻される前記第２波長帯域にある推定される光の想定レベルを決定するように、第２波長帯域にある光の受け入れられた測定を処理し；そして
    前記の照明された肌の領域により戻される前記第２波長帯域にある光の推定されたレベルと実際のレベルとの間の差に基づいて、画像化される照明された肌の領域の表面組織の測定を決定する；
    ように設定されるようにする、コンピュータ解釈可能命令を記憶する記録媒体。
18. 請求項１７に記載の記録媒体であって、前記肌における前記少なくとも１つの発色団はメラニンを有する、記録媒体。
19. 請求項１７に記載の記録媒体であって、プログラム可能コンピュータは：
    第３波長帯域にある測定光は、前記の肌の領域が照明される光に対して異なる極性を有する光であり、第３波長帯域において肌の照明された領域により戻される光の得られる測定を受け入れ；そして
    前記肌における第１発色団及び第２発色団と光の相互作用のモデルを用いて、前記の照明される肌の領域により戻される前記第２波長帯域にある推定される光の想定レベルを決定するように、第１波長帯域及び第３波長帯域にある光の測定を処理する；
    ようにするコンピュータ解釈可能命令を更に記憶する、記録媒体。
20. 請求項１９に記載の記録媒体であって、前記第１発色団及び前記第２発色団はメラニン及びヘモグロビンを有する、記録媒体。
21. 請求項１７乃至２０の何れか一項に記載の記録媒体であって、コンピュータディスクを有する、記録媒体。
22. 請求項２１に記載の記録媒体であって、磁気ディスク、光ディスク又は光磁気ディスクを有する、記録媒体。
23. 請求項１７乃至２０の何れか一項に記載の記録媒体であって、通信ネットワークにおいて信号を有する、記録媒体。

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