机器视觉在化妆品评价方面的应用

　　前言
　　化妆品的效能之一就是起调节肌肤纹理的作用，肌肤纹理是决定肌肤美丽程度的一个重要因素。皮肤表面形态的图像解析可用于评价化妆品对粗糙皮肤的改善效果。例如：利用图像处理技术评价化妆品对皮肤的有效性，对脸部黄褐斑和皱纹进行定量化，测定头发的生长速度或者皮肤的洗净效果等。以前大多数都是凭感觉进行评价，而近年来利用机器视觉的评价增多。下面介绍几种用于评价化妆品有效性的系统。

　　皮肤表面复制物图像解析系统
　（见图1）

　　该系统可用于评价肌肤的纹理状态，利用牙科医生做假牙模型用的硅胶采集皮肤表面复制物，对准复制物从三个方向（各120度），与水平线成10度的角度照射光，再用CCD摄像机获取放大像，为了减少光源以外光的影响，要再被遮住的箱子内获取图像。

图1  皮肤复制图像解析系统构成图

    所得到的图像，利用图像数字转换器求出各象素的亮度，经双值化处理得到双值化图像，然后再把双值化图像制作成细线化图像（在双值化图像中，用其中央点来置换水平方向连续的黑象元间的连接），直线化图像（利用水平方向，垂直方向，左右各45度方向的直线将细线化的图像单一化，计算出表1中所定义的参数，抽出图像的几何学特征。这些参数对于了解由于年龄，皮质，皮肤状态等而引起的皮肤表面形态的差异有很大帮助。

　　表1

    举一个皮肤表面形态随年龄变化的例子,通过对复制品照片进行图像解析,可以定量地获取皮纹,皮丘地形态变化,还可以用来评价皮肤状态.

    肌肤的纹理不仅随着年龄增加发生变化,也随着季节发生变化.冬天皮肤比夏天粗糙,皮纹不明显,皮肤失去均质性,最终流向一个方向.使用护肤品,某种程度上可以改善这种状态.例如,给5名1~6岁的儿童的一侧脸上每天擦一次婴儿护肤品等,另一侧什么也不擦.4个星期后,取下使用前后皮肤表面复制品图像进行分析.其结果,使用化妆品的部位皮纹,皮丘变明显,恢复了皮纹的对称性,肌肤纹理变好.该系统可用于评价一般护肤品的有效性.

　　直接皮肤分析器(DSA)  
    直接皮肤分析器(DSA)可以对皮肤表面纹理和鳞屑进行测定,这种分析器与上述的复制物图像解析系统有所不同,可以直接研究皮肤的表面形态,也可以反复测定同一部位.研究纹理时,从安装在传感器部的光源(紫外频闪观测器)直接向皮肤照射320nm ~ 400nm波长的微弱紫外光,然后利用CCD摄像机获取皮肤表面图像,经图像处理后,算处各种参数,用以研究皮肤表面的形态.研究鳞屑时,转动操作环,利用散射板使来自光源的紫外光再次漫反射.因为光从低角度照射到皮肤表面,所以皮纹映不出来,只照处表面鳞屑.由于鳞屑部位的亮度比周围高,,所以经双值化处理后,把这一部分抽出来进行定量.皮肤的粗糙度与鳞屑有关,故可以从鳞屑量的变化中评价化妆品的有效性.

　　皱纹分析仪
    测定皱纹可以采用各种方法.该系统是一种以皮肤复制物为对象,利用激光狭缝光的光切割法,对皮肤表面进行三维测定装置.

    首先求出三维轮廓,再启动高速傅立叶变化(FET)记录下比较大的皱纹,抽出小皱纹.然后计算出与被抽出的皱纹,小皱纹对应的长度,宽度,深度,容积等参数,并定量化.再利用该系统对眼角皱纹随年龄的变化进行研究,研究结果,认为皱纹从30岁左右开始产生,随着年龄的增长而增加.评价化妆品的有效性时,必须对使用前后同一部位进行比较,重要的是提高图像的匹配精度.

　　Remo-Stain系统
    从美容的角度来看,脸上的黄褐斑和雀斑对于女性无疑是一大烦恼,相应地对美百化妆品地需求也增高,尤其是要求能提高其效果.因而,在开发高功效化妆品的同时,还必须确立对黄褐斑,雀斑的定量评价法.黄褐斑,雀斑是由于黑色素沉着在皮肤表面上而呈现出的褐色斑,亮度和色调与周围不同.可以利用这种与皮肤的差异,通过图像处理定量化.现在开发了一种利用一般TV摄像机获取脸上各种颜色信息(L,a,b)值,再根据此值研究黄褐斑浓度变化的Remo-Atain系统,用来评价产品.采用了CCD TV摄像机,在专用照明箱内摄取脸的图像.应该注意的是,必须在同一条件下对脸表面均匀地照明,控制脸表面的正反射.该系统中使用了色温度变换滤光片,为的是能利用国际照明委员会(CIE)表色系的计算式,箱内的照明采用C光源进行.

　　毛发生长速度测定系统
    将头部剃去一块毛发,为了观察毛发的生长状况,剃去毛发后立刻用特写镜头或者装有密接式透镜的微型观测器拍摄下照片,过一段时间再拍一张.根据操作规程一根一根地测定毛发长度及面积,然后使两幅图像匹配,再从一下所述参数中将毛发地生长状态定量化.

    (1)生长速度:各毛发的生长速度(mm/日);

    (2)毛发生长率:毛发有不同的生长期和休止期,反复循环.生长速度0.2mm/日以下为休止期毛发,0.2mm/日以上为生长期毛发,毛发在生长期的比率;

    (2)毛发面积增加率:求出毛发部分在整个图像中所占的面积,剃除毛发几天后面积的增加率.

    因此,该系统简化了以前费很大力气才能测定的毛发生长率和生长速度.在短时间内就能研究除毛发的生长状态.

　　结束语
    图像处理技术除了用于测定化妆品的效果和效能外,还有许多用途.例如,研究按摩效果用的皮肤温度分布测定,研究皮肤松弛使用的云纹三维立体测定,或者从化妆皮肤的色调变化中研究化妆缺欠等,今后还有许多研究课题有待于去开发.诸如由于个人误差较大,在一定条件下不能统一处理;使用前后,与应评价部位的正确匹配较困难;不能测定凭感觉感知的微秒差异等.