ИЗМЕРЕНИЕ БЛЕСКА КОЖИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УГЛА БРЮСТЕРА
SKIN GLOSS MEASUREMENT, USING BREWSTER ANGLE

Изобретение относится к системе, содержащей датчик для измерения блеска кожи. Кроме того, изобретение относится к способу оценки блеска кожи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Проблемы, связанные с блеском кожи, известны из уровня техники. US2015127071 (см. также эквиваленты US9452113B2 или WO2013186716A2) относится к уходу за жирной кожей и описывает то, что кожа богата сальными железами и непрерывно восстанавливается. Кроме того, US2015127071 описывает, что секреция кожного сала является нормальным явлением, которое полезно как для кожи, так и для волос. В целом, кожное сало является агентом для увлажнения эпидермиса. Оно представляет собой натуральный продукт сальной железы, которая является отростком пилосебацейного комплекса. По существу, оно представляет собой более или менее сложную смесь липидов. Кожное сало защищает кожу, а также кожу черепа, и придает волосам блеск путем смазывания кутикулы.
Согласно US2015127071, гиперсекреция кожного сала или себорея может привести к нарушениям, связанным с внешним видом. Таким образом, избыточная секреция кожного сала может приводить к жирной коже, которая выглядит блестящей или переливающийся, а также она может способствовать тому, что кожа головы выглядит жирной и с перхотью, или появлению жирной перхоти. Это может сопровождаться увеличением размера пор. Например, стресс, утомление и зимний период могут быть факторами, которые усиливают эти состояния у большинства людей. Среди людей с жирной кожей могут быть субъекты, у которых имеются эндокринные нарушения или неврологические нарушения, или субъекты, страдающие от ожирения. Кроме того, жирная кожа может быть у подростков, у людей, страдающих от избытка гормонов (в частности, мужских гормонов), у женщин, у которых менструация, или у женщин с менопаузой.
В US2003045799 описано портативное устройство для наблюдения за типологической характеристикой тела. Например, это устройство может быть использовано для наблюдения по меньшей мере за одной характеристикой внешнего вида кожи или волос. Устройство может выдавать по меньшей мере два изображения исследуемой зоны. Изображения отличаются друг от друга признаком, отличным от увеличения и интенсивности источника света.
В US2010249731 описан способ измерения кожной эритремы, включающий: а) получение цифрового изображения кожи в условиях ортогональной поляризации с калибровочным стандартом белого, включенным в поле обзора изображения; b) идентификацию значений средней интенсивности для красного, зеленого и синего канала для стандарта белого; c) вычисление значений отражающей способности кожи, заданной значениями интенсивности красного, зеленого и синего у каждого пикселя изображения, до значений поглощающей способности путем взятия логарифма соотношения значений стандарта белого, деленного на значения отражающей способности кожи, в каждом из канала красного, зеленого и синего соответственно, где поглощающая способность равна: log(Iбелый(красный, зеленый, синий) / Iкожи(красный, зеленый, синий)) для всех пикселей, представляющих кожу; d) вычитание значений поглощающей способности канала красного из значений поглощающей способности канала зеленого для всех пикселей, представляющих кожу; e) вычитание значений поглощающей способности канала красного из значений поглощающей способности канала синего для всех пикселей, представляющих кожу; f) вычисление соотношения значения, вычисленного на этапе (d), деленного на значение, вычисленное на этапе (e); g) построение карты интенсивности для соотношения, вычисленного на этапе (f).
В US2014055661 описан аппарат для формирования изображений, содержащий оптическую систему с линзами, устройство для формирования изображений, содержащее множество первых и вторых пикселей, и матричное оптическое устройство, причем оптическая система с линзами содержит первую оптическую область, которая в основном пропускает через себя свет, колеблющийся в направлении первой оси поляризации, и вторую оптическую область, которая пропускает через себя свет, колеблющийся в любом направлении; а матричное оптическое устройство обеспечивает падение света, прошедшего через первую оптическую область, на первые пиксели и падение свеат, прошедшего через вторую оптическую область, на вторые пиксели.
В JPH07323013 описан способ наблюдения за поверхностью кожи путем разделения света, отраженного на поверхности кожи, на два пути света и одновременного приема отраженного света с разными поляризационными составляющими от первого фильтра для приема света и второго фильтра для приема света. Первый фильтр поляризованного света для приема света встроен в путь света для света, проходящего через полупрозрачное зеркало среди отраженного от кожи света и, кроме того, в путь света для отраженного света на зеркале, второй фильтр поляризованного света установлен для приема света с направлением поляризованного света, отличающимся от такового для первого фильтра поляризованного света для приема света. Затем, конкретный поляризованный свет излучается на кожу через фильтр поляризованного света из кольцевого осветительного аппарата, и отраженный свет принимается первой ПЗС-камерой (прибор с зарядовой связью) через первый фильтр поляризованного света для приема света. В дополнение, отраженный от кожи свет принимается второй ПЗС-камерой через второй фильтр поляризованного света для приема света, и эти сигналы изображения вводятся в ту же часть обработки изображения.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На внешний вид кожи оказывает сильное влияние наличие тонкой эмульгированной пленки на поверхности кожи. Кожное сало, содержащее липиды из сальных желез и эпидермальные кератиноциты, смешивается с потом и другими липидами из косметических средств и окружающей среды для образования этой эмульгированной пленки с показателем преломления, который выше чем таковой у эпидермиса. Кожное сало делает так, что кожа выглядит более блестящей, вследствие более высокого френелевского отражения и гладкой границы между воздухом и кожным салом. Оптимальный баланс между выработкой и требованиями в отношении кожного сала обеспечивает ощущение отсутствия блеска и здоровья кожи, а также является желательным с дерматологической и косметической точки зрения. Блестящая и жирная кожа считается непривлекательной и неприятной, и зачастую связана с различными дерматологическими нарушениями, такими как себорея, акне и дисбаланс гормонов. В условия дефицита кожного сала, кожа подвержена инфекциям и возникает ощущение зуда, сухости и выглядит матовой, эритрематозной и чешуйчатой.
В результате, считается, что необходимы стратегии для уравновешивания потребностей кожи с оптимальными требованиями к ее липидам путем управления скоростью секреции кожного сала и/или мониторинга состояния кожи с использованием неинвазивных оптических устройств и способов.
Устройства для измерения степени блеска кожи известны из уровня техники. Однако они могут, например, обладать недостатком, заключающимся в зависимости от положения вращения на коже и/или могут быть неспособны обеспечить количественно выраженные результаты. Таким образом, аспектом изобретения является обеспечение альтернативного устройства (далее в настоящем документе используется более общий термин «система») и/или способа определения блеска кожи, которые, предпочтительно, дополнительно по меньшей мере частично устраняют один или более недостатков, описанных выше. Задачей настоящего изобретения может быть преодоление или устранение по меньшей мере одного из недостатков уровня техники или же обеспечение полезной альтернативы.
Среди прочего, в изобретении представлена система («система» или «система датчика кожи»), содержащая датчик для измерения параметра кожи, в частности, такого как выбранный из одного или более из группы, состоящей из блеска кожи и жирности кожи («датчик» или «датчик блеска кожи»), при этом датчик содержит (i) множество пространственно разнесенных источников света, выполненных с возможностью выдачи света источника («свет»), и (ii) детектор, выполненный на первом расстоянии (d1) от каждого из источников света, причем датчик выполнен с возможностью выдачи света источника с оптическими осями (OL) под углом (α) падения, в частности, выбранным из диапазона 10-80°, с кожей на втором расстоянии (d2) и с возможностью обнаружения отраженного света источника (отраженного от кожи), причем датчик содержит по меньшей мере два источника света, в более частном случае - по меньшей мере три источника света, причем источники света, в частности, выполнены с возможностью выдачи неполяризованного света источника, в более частном случае - белого света, причем первое расстояние (d1), в частности, может быть выбрано из диапазона 1-100 мм, например 5-80 мм, в частности 5-60 мм, в более частном случае - 5-50 мм, например, в частности 5-30 мм, причем детектор выполнен с возможностью обнаружения поляризованного света.
Благодаря такой системе представляется возможным определение блеска кожи относительно достоверным образом при уменьшенном воздействии со стороны вращения датчика относительно кожи. Кроме того, благодаря такой системе представляется возможной количественная оценка блеска кожи. Используемый в настоящем документе термин «блеск кожи» относится к блеску кожи, но также может относиться к «жирности кожи». Таким образом, используемый в настоящем документе термин «блеск кожи» также может быть определен, как «параметр кожи, который, в частности, выбран из одного или более из группы, состоящей из блеска кожи и жирности кожи». Значения, которые могут быть измерены с помощью системы, описанной в настоящем документе, могут отражать блеск кожи и жирность кожи, поскольку блеск кожи может быть связан с жирностью кожи. В настоящем документе термин «блеск кожи» иногда используется для указания как на блеск кожи, так и на жирность кожи. Таким образом, в вариантах реализации термин «блеск кожи» может относиться к блеску кожи или жирности кожи, или же конкретно к блеску кожи.
Как указано выше, изобретением предусмотрена система, содержащая датчик. Термин «система» может относиться к одному устройству, например, имеющему свой собственный корпус, но также он может относиться ко множеству функционально сопряженных устройств, таких как, например, датчик и система управления, или системе управления, содержащей устройство, такой как компьютер, смартфон и т.д. В вариантах реализации термин «датчик» также может относиться ко множеству датчиков.
В частности, система содержит корпус, такой что система содержит устройство, содержащее корпус. По существу, датчик может находиться в корпусе. Корпус может иметь отверстие. Такое отверстие может обеспечивать поле обзора для детектора. Кроме того, корпус с отверстием также может обеспечивать второе расстояние, которое может быть задано как расстояние между отверстием (т.е. кожей, когда датчик выполнен на коже) и детектором (или последним оптическим элементом, в частности линзой, перед детектором (если смотреть от детектора)). Второе расстояние также может быть указано как свободное рабочее расстояние и может быть задано как расстояние между отверстием и детектором или, когда доступны оптические элементы, между отверстием и последним оптическим элементом (если смотреть от детектора в направлении отверстия). Таким образом, второе расстояние также может быть указано как расстояние во время работы между кожей и детектором или, когда доступны оптические элементы, между кожей и последним оптическим элементом (если смотреть от детектора в направлении отверстия). Можно увидеть, что корпус выполнен в виде сохраняющего расстояние приспособления, поскольку он определяет расстояние между кожей и детектором (или его последним оптическим элементом). Такие оптические элементы выполнены до детектора, т.е. детектор выполнен далее по потоку относительно таких (необязательных) оптических элементов. Второе расстояние может составлять порядка 10-45 мм, однако оно может составлять даже до 200 мм. Таким образом, в вариантах реализации второе расстояние может быть выбрано из диапазона 10-200 мм, например, 10-30 мм, или находиться в диапазоне 40-80 мм. Детектор выполнен с возможностью обнаружения отраженного света. Таким образом, детектор обнаруживает отраженный свет для формирования изображений во время (последовательного) освещения источниками света (неполяризованного). Детектор по существу обнаруживает лишь поляризованный свет, например, посредством поляризатора, находящегося до детектора. Оптическая ось детектора и оптическая ось датчика могут по существу совпадать. Кроме того, оптическая ось датчика и результирующая оптическая ось всех источников света могут по существу совпадать.
В частности, источники света выполнены таким образом, что они находятся на первом расстоянии от детектора, которое меньше чем (релевантное) поле обзора (размерности). Кроме того, множество источников света может, в частности, содержать наборы из двух (или более) источников света, которые выполнены на одинаковом расстоянии от детектора. Управление такими наборами может осуществляться независимо. Кроме того, первые расстояния необязательно являются одинаковыми для каждого из источников света. Таким образом, выражение «детектор выполнен на первом расстоянии (d1) от каждого из источников света» и подобные фразы также могут быть интерпретированы как «источники света выполнены на первых расстояниях (d1) от источников света, причем первые расстояния для каждого из источников света могут быть идентичны, или имеется два или более разных первых расстояния». Как указано в настоящем документе, первое расстояние может быть выбрано, в частности, из диапазона 1-100 мм.
Таким образом, в изобретении (в аспекте (также)) предусмотрена система, содержащая датчик для измерения параметра кожи, содержащий (i) множество пространственно разнесенных источников света, выполненных с возможностью выдачи света источника, и (ii) детектор, выполненный на первом расстоянии от каждого из источников света, причем датчик выполнен с возможностью выдачи света источника с оптическими осями под углом (α) падения, выбранным из диапазона 10-80°, причем во время работы датчик (должен быть) установлен на коже, отверстие в корпусе датчика должно находиться на коже и выполнен с возможностью обнаружения отраженного света источника (который отражен кожей), причем датчик содержит по меньшей мере три источника света, причем источники света выполнены с возможностью выдачи видимого света источника, причем видимый свет источника является неполяризованным, и причем первое расстояние выбрано из диапазона 10-80 мм, причем детектор выполнен с возможностью обнаружения поляризованного света. Система может содержать дополнительные признаки, как определено в сопроводительных вариантах реализации.
Система может содержать память, устройство обработки (или «процессор» или «процессорную систему», или «контроллер», или «систему управления»), интерфейс пользователя и блок индикации для индикации определенного значения блеска кожи, такой как СИД-индикатор (например, подходящий для индикации разных значений путем переключений на 0-n СИД в зависимости от определенного значения, где n - количество СИД, используемых для индикации максимального определенного значения, при этом n, в целом, больше или равно двум, например, по меньшей мере три) и/или дисплей.
Примеры интерфейса пользователя, среди прочего, включают активируемую вручную кнопку, дисплей, сенсорный экран, клавиатуру, устройство ввода с голосовой активацией, звуковое устройство вывода, индикатор (например, лампы), переключатель, тумблер, модем и сетевую карту. В частности, интерфейс пользователя может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечить пользователю возможность инструктирования устройства или аппарата, с которым функционально сопряжен интерфейс пользователя, благодаря чему, интерфейс пользователя функционально обеспечен. В частности, интерфейс пользователя может включать активируемую вручную кнопку, сенсорный экран, клавиатуру, устройство ввода с голосовой активацией, переключатель, тумблер и т.д., и/или, при необходимости, модем и сетевую карту, и т.д. Интерфейс пользователя может содержать графический интерфейс пользователя. Термин «интерфейс пользователя» также может относиться к удаленному интерфейсу пользователя, такому как удаленное средство управления. Удаленное средство управления может быть отдельным устройством специального назначения. Однако удаленное средство управления также может быть устройством с приложением (App), выполненным с возможностью (по меньшей мере) управления системой или устройством, или аппаратом.
Контроллер/процессор и память могут быть любого типа. Процессор может быть выполнен с возможностью исполнения различных описанных операций и исполнения инструкций, хранящихся в памяти. Процессор может быть интегральной(ыми) схемой(ами) специализированных задач или общего назначения. Кроме того, процессор может быть процессором специального назначения для работы, в соответствии с настоящей системой, или может быть процессором общего назначения, в котором работает только одна из множества функций для работы, в соответствии с настоящей системой. Процессор может работать, используя программную часть, множество программных сегментов или он может быть аппаратным устройством, использующим интегральную схему специального или многофункционального назначения.
Датчик содержит (i) множество пространственно разнесенных источников света, выполненных с возможностью выдачи света источника («света»). В частности, датчик содержит по меньшей мере три пространственно разнесенных источника света.
Термин «источник света» может включать полупроводниковое светоизлучающее устройство, такое как светоизлучающий диод (СИД), светоизлучающий диод с объёмным резонатором (СИДОР), лазерный диод с вертикальным резонатором (ЛДВР), лазер с торцевым излучением и т.д. Термин «источник света» также может относиться к органическому светоизлучающему диоду, такому как пассивная матрица (PMOLED) или активная матрица (AMOLED). В конкретном варианте реализации источник света содержит твердотельный источник света (такой как СИД или лазерный диод). В варианте реализации источник света содержит СИД (светоизлучающий диод). Термин СИД также может относиться ко множеству СИД. Кроме того, в вариантах реализации термин «источник света» также может относиться к так называемому источнику света по типу кристалл-на-плате (КНП). Термин «КНП», в частности, относится к кристаллам СИД в форме полупроводникового кристалла, который не заключен и не соединен, а установлен непосредственно на подложке, такой как печатная плата. Таким образом, множество полупроводниковых источников света может быть установлено на одной и той же подложке. В вариантах реализации КНП представляет собой кристалл с множеством СИД, выполненных вместе в качестве одного модуля освещения.
Кроме того, источники света выполнены с возможностью выдачи неполяризованного света источника. Это позволяет датчику получать информацию от направления поляризации отраженного света.
Кроме того, источники света, в частности, выполнены с возможностью выдачи белого света. Используемый в настоящем документе термин «белый свет» известен специалисту в данной области техники. В частности, он может относиться к свету, имеющему коррелированную цветовую температуру (КЦТ) примерно от 2000 до 20000 К, в частности 2700-20000 К, для общего освещения, в частности, в диапазоне примерно от 2700 К до 6500 К, а для целей заднего освещения, в частности, примерно в диапазоне от 7000 К до 20000 К, и, в частности, в пределах примерно 15 СОВЦ (стандартное отклонения выравнивания цвета) от ЛЧТ (локус черного тела), в частности, в пределах примерно 10 СОВЦ от ЛЧТ, еще более конкретно, в пределах примерно 5 СОВЦ от ЛЧТ. В частности, белый свет может быть выдан синим СИД с желтым излучающим люминесцентным материалом. Такой источник света может выдавать белый свет, который по существу является неполяризованным.
Датчик содержит множество пространственно разнесенных источников света. Под этим подразумевается, что между источниками света имеется некоторое расстояние. В частности, между источниками света выполнен детектор. Кроме того, максимальное количество источников света, в частности, составляет примерно двенадцать, например, десять, восемь, шесть или четыре, или три. Количество до примерно двенадцати, еще более конкретно, до примерно восьми, например до примерно шести, обеспечивает конфигурацию вокруг датчика, что также обеспечивает пространственное разнесение между соседними источниками света, которое (также) может составлять порядка примерно 1-100 мм, например, по меньшей мере 5 мм, например, по меньшей мере 10 мм.
Таким образом, в вариантах реализации система содержит по меньшей мере три источника света. Еще в одних вариантах реализации датчик имеет оптическую ось датчика, а источники света выполнены осесимметрично вокруг оптической оси датчика. В вариантах реализации источники света могут быть выполнены относительно друг друга под углами с оптической осью 360°/n, где n - количество источников света. Таким образом, в вариантах реализации, в которых система содержит по меньшей мере три или четыре источника света, взаимные углы с оптической осью могут составлять 120° и 90°, соответственно.
Таким образом, как указано выше, система содержит, в частности, по меньшей мере два источника света, еще более конкретно, по меньшей мере три источника света, и источники света, в частности, выполнены с возможностью выдачи неполяризованного видимого света источника, еще более конкретно, белого света.
В вариантах реализации система, в частности, может содержать множество источников света, выдающих видимый свет источника, причем видимый свет источника является неполяризованным, при этом, в частности, по существу весь видимый свет источника является неполяризованным. В частности, каждый из источников света выдает по существу неполяризованный видимый свет источника. Таким образом, в этих вариантах реализации на кожу излучается неполяризованный свет источника, причем свет источника по существу не является частично поляризованным. Таким образом, источники света, в частности, выполнены с возможностью выдачи видимого света источника, причем видимый свет источника является неполяризованным.
Как также отмечено выше, система также содержит детектор, выполненный на первом расстоянии (d1) от каждого из источников света. Хорошие результаты были получены, когда первое расстояние (d1) находилось в диапазоне примерно 1-80 мм. Таким образом, в конкретном варианте реализации первое расстояние может быть выбрано из диапазона 1-80 мм, в частности из диапазона 1-80 мм, в частности из диапазона 2-60 мм, такого как диапазон 5-20 мм, например диапазон 6-14 мм.
В частности, детектор выполнен с возможностью обнаружения поляризованного света. С этой целью, детектор может содержать поляризатор, который выполнен до детектора. Таким образом, детектор может принимать только поляризованный свет, в частности S-поляризованный свет. Ниже также описаны некоторые конкретные варианты реализации поляризатора.
В частности, детектор выполнен с возможностью обнаружения поляризованного света. Таким образом, датчик может содержать поляризатор, выполненный до детектора. Поляризатор может фильтровать отраженный свет источника (отраженный от кожи) таким образом, что детектор принимает поляризованный свет, в частности S-поляризованный свет, или, в качестве альтернативы, в частности P-поляризованный свет.
В конкретных вариантах реализации датчик выполнен с возможностью выдачи света источника с оптическими осями (OL) под углом (α) падения, в частности, выбранным из диапазона 10-80°, с кожей, находящейся на втором расстоянии (d2), и с возможностью обнаружения отраженного света источника (отраженного от кожи). Безусловно, кожа не является частью системы. Однако система, в частности, выполнена с возможностью измерения кожи на втором расстоянии. Например, система может содержать сохраняющее расстояние приспособление или другой элемент, который обеспечивает возможность установки датчика на втором расстоянии. При этом расстоянии может быть достигнут указанный выше угол падения, который находится в диапазоне 10-80°, более конкретно 20-80°. В конкретных вариантах реализации, которые дополнительно описаны ниже, угол выбран из диапазона 20-60°.
Сохраняющее расстояние приспособление выполнено с возможностью размещения на коже таким образом, чтобы кожа находилась на втором расстоянии от детектора или последнего оптического элемента перед детектором (если смотреть от детектора). В частности, сохраняющее расстояние приспособление может быть выполнено с возможностью размещения ровно на коже таким образом, чтобы кожа находилась на втором расстоянии от детектора или последнего оптического элемента перед детектором (если смотреть от детектора). Сохраняющее расстояние приспособление может содержаться в корпусе датчика. В частности, система может содержать корпус, который по меньшей мере частично заключает в себе датчик, причем корпус содержит сохраняющее расстояние приспособление. В качестве альтернативы, система может содержать корпус и (отдельное) сохраняющее расстояние приспособление; в таких вариантах реализации второе расстояние может быть дополнительно увеличено. Кроме того, сохраняющее расстояние приспособление, отличное от корпуса, может иметь отверстие.
Система или по меньшей мере ее часть, такая как корпус, может быть выполнена с возможностью прижатия к коже. Таким образом, «к коже» может указывать на то, что система или по меньшей мере ее часть прижимается к коже (в ходе применения), в частности, при этом сохраняющее расстояние приспособление, такое как корпус, прижимается к коже. Таким образом, термин «второе расстояние», в частности, относится к расстоянию между детектором или его последним оптическим элементом (если смотреть от детектора) и кожей в ходе применения системы. Второе расстояние является ненулевым расстоянием между отверстием/кожей и детектором (или оптическим элементом, находящимся до детектора, когда такие оптические элементы доступны). В частности, термин «оптические элементы» здесь может относиться к линзе.
В конкретных вариантах реализации детектор содержит 2D-камеру, такую как ПЗС-камера TD-Next 5620 M7_1A и TD-Next 5640 M12_3B. Каждый пиксель может состоять по существу из трех пикселей для синего, зеленого и красного соответственно. Это может обеспечивать детектору каналы интенсивности синего, зеленого и красного по отдельности.
2
В вариантах реализации детектор может иметь площадь детектора примерно 10*10 мм. Детектор может иметь порядка 1 мегапикселя или больше.
Еще в одних вариантах реализации датчик может также содержать фокусирующую линзу, выполненную до детектора. Фокусирующая линза может быть выполнена таким образом, чтобы с одной стороны в фокусе находился детектор и/или с другой стороны линзы в фокусе находилась кожа. Линза может обеспечивать получение хорошего изображения кожи на детекторе.
В вариантах реализации датчик может также иметь отверстие, выполненное до детектора и до фокусирующей линзы. Это может дополнительно прибавлять к разрешению. В вариантах реализации диаметр отверстия может быть выбран из диапазона 0,1-5 мм, более конкретно, 0,1-2 мм, например, в частности 0,1-0,8 мм.
Оптическая ось системы может проходить перпендикулярно детектору.
В конкретных вариантах реализации система может также содержать систему анализа. Система анализа выполнена с возможностью генерирования соответствующего значения датчика кожи в зависимости от сигнала с датчика. Система анализа и датчик могут находиться в одном устройстве, таком как устройство для очистки кожи, устройство для омолаживания кожи и т.д. Таким образом, в вариантах реализации система содержит устройство для ухода за кожей, как такое устройство для очистки кожи, устройство для омолаживания кожи и т.д., причем устройство для ухода за кожей содержит датчик и систему анализа. Система анализа может преобразовывать сигнал с датчика, более конкретно, с детектора, в сигнал, который может содержать полезную информацию пользователя, такую как указание на блеск кожи на блоке индикации (таком как дисплей или полоса светодиодов). Значение датчика кожи может представлять собой параметр кожи или может быть дополнительно обработано в параметр кожи исходя из заданных отношений между значением датчика кожи и параметром кожи.
Однако в других вариантах реализации датчик может содержаться в отдельном устройстве, которое соединено с системой анализа проводным или беспроводным образом. Например, такая система анализа может содержаться в смартфоне. Например, для считывания датчика и отображения значения датчика кожи на основе сигнала датчика, сгенерированного датчиком, может быть использовано приложение. Таким образом, еще в одних других вариантах реализации система содержит (i) устройство для ухода за кожей, причем устройство для ухода за кожей содержит датчик, и (ii) второе устройство, функционально соединенное с устройством для ухода за кожей, причем второе устройство содержит систему анализа. Термин «система анализа» также может относиться ко множеству взаимосвязанных систем. Например, датчик может (также) содержать процессор и внешнее устройство может содержать процессор, которые могут связываться друг с другом. Процессор датчика может выдавать сигнал датчика, а процессор внешнего устройства на его основе генерирует значение датчика кожи, являющееся показательным в отношении степени блеска/жирности кожи.
Сигнал датчика может быть сигналом детектора. В других вариантах реализации сигнал датчика может быть обработанным сигналом детектора. Таким образом, в вариантах реализации выражение «на основе сигнала детектора» может также относиться к обработанному сигналу детектора. На основе сигнала датчика, т.е. по существу на основе сигнала детектора, система анализа может выдать соответствующее значение датчика кожи.
Когда система содержит функциональное устройство, такое как устройство для очистки кожи или устройство для омолаживания кожи, устройство может быть выполнено с возможностью исполнения действия в зависимости от сигнала датчика (для обнаружения блеска) (или значения датчика кожи). Например, при достижении некоторого нижнего или верхнего порогового значения блеска кожи (или жирности кожи), функциональное устройство может выдавать сигнал пользователю, такой как звуковой или вибрационный сигнал. В качестве альтернативы или дополнения, функциональное устройство может снижать или повышать конкретные действия в зависимости от сигнала датчика, такие как усиленный или ослабленный массаж кожи в зависимости от сигнала датчика.
Таким образом, еще в одном другом аспекте изобретения также представлен способ определения блеска кожи, включающий выдачу света источника с помощью системы, описанной в настоящем документе, на кожу и определение света источника, отраженного от кожи, с помощью системы, описанной в настоящем документе.
В частности, способ выполняется при размещении датчика на коже, например, с корпусом, имеющим отверстие, на коже, причем в ходе работы между кожей и детектором или его последним оптическим элементом имеется второе расстояние.
В частности, способ является немедицинским способом. В частности, способ является косметическим способом.
Кроме того, еще в одном другом аспекте изобретения представлен носитель данных, на котором сохранены программные инструкции, которые при их исполнении системой, описанной в настоящем документе, побуждают систему к выполнению способа, описанного в настоящем документе.
Как указано выше, система может содержать поляризатор. Поляризатор выполнен таким образом, чтобы обеспечивать возможность попадания в детектор только одной или более конкретных поляризаций. Таким образом, в конкретных вариантах реализации датчик содержит поляризатор, выполненный до детектора. Еще более конкретно, поляризатор содержит одно или более из следующего: (i) сегментированный поляризатор и (ii) поляризатор пространственно изменяющейся поляризации . Это обеспечивает возможность снижения влияния положения (вращения) детектора, особенно когда источники света активируются последовательно. Таким образом, датчик может обнаруживать отраженный свет в зависимости от источника света. При разных поляризациях поляризатора, чувствительность системы может быть выше.
Таким образом, в конкретных вариантах реализации устройство имеет режим обнаружения, при котором источники света выполнены с возможностью последовательной выдачи света источника. Еще в одних конкретных вариантах реализации детектор может быть выполнен с возможностью последовательного обнаружения отраженного света источника, последовательно вырабатываемого источниками света, и с возможностью генерирования соответствующих сигналов детектора. Как указано выше, система также содержит систему анализа, при этом система анализа выполнена с возможностью генерирования соответствующего значения датчика кожи в зависимости от сигнала датчика, а в конкретных вариантах реализации значение датчика кожи основано на среднем значении соответствующих сигналов детектора.
В вариантах реализации сегментированный поляризатор содержит пиксел-поляризатор из проволочной сетки с двумя или более пикселями, имеющими разные ориентации поляризации. В настоящем документе термин «пиксели» также может относиться к областям. В частности, датчик содержит n источников света, например, четыре источника света, и причем сегментированный поляризатор содержит пиксел-поляризатор из проволочной сетки с n пикселями, имеющими ориентации поляризации, которые перпендикулярны друг другу, например, два набора из двух пикселей (в случае четырех источников света). Как указано выше, значение n, в частности, равняется по меньшей мере 2, например 3 или 4, или более.
В вариантах реализации поляризатор пространственно изменяющейся поляризации содержит одно или более из поляризатора азимутально изменяющейся поляризации и поляризатора радиально изменяющейся поляризации, что, в частности, обеспечивает возможность выполнения большего количества излучателей очень близко друг к другу.
Наилучшие результаты могут быть получены примерно при угле Брюстера. Таким образом, в вариантах реализации датчик выполнен с возможностью выдачи света источника с оптическими осями (OL) под углом (α) падения с кожей, находящейся на втором расстоянии (d2), причем угол (α) падения выбран из диапазона 50-60°, еще более конкретно, угол (α) падения выбран из диапазона 52-56°.
Таким образом, среди прочего, в настоящем документе представлены системы и способы измерения блеска кожи, использующие последовательное освещение от множества излучателей неполяризованного света, освещающих кожу под углом падения, который (по существу) равен углу Брюстера или поляризации, и сегментированный поляризатор или поляризатор пространственно изменяющейся поляризации на пути обнаружения.
Особенно хорошие результаты могут быть (таким образом) получены, когда источники света активируются последовательно. Поскольку источники света выполнены в разных положениях, поведения отражения и поведение поляризации, а также угловая зависимость отраженного света, таким образом, может обеспечивать дополнительную информацию (которая может быть результатом структуры кожи и/или неравномерности освещения) и/или может обеспечивать возможность уменьшения зависимости датчика от положения вращения на коже.
Таким образом, в конкретных вариантах реализации устройство имеет режим обнаружения, в котором источники света выполнены с возможностью последовательной выдачи света источника.
Например, датчики могут иметь частоту измерения в диапазоне 0,1*n-100*n Гц, где n - количество источников света. Например, при 1*n Гц, каждый второй из всех источников света последовательно осветил кожу, а детектор (последовательно) измерил возможные отражения на основе соответствующих источников света.
Безусловно, использование множества источников света также может обеспечить возможность активации поднаборов из двух или более источников света. Например, это может быть возможно, когда четыре источника света используются для обеспечения двух наборов из двух источников света, которые выполнены друг напротив друга (с детектором между ними), при этом наборы источников света попеременно включаются и выключаются.
Кроме того, могут быть применены комбинации таких способов, причем, например, компоновка набора источников света может меняться с течением времени. Например, в режиме в заданное время источники света активируются последовательно, а за последующее заданное время источники света активируются в качестве группы. Такой режим может включать повторение этих последовательных заданных моментов. Все типы схем освещения могут быть использованы для дополнительного создания более достоверного измерения блеска кожи.
Сигнал детектора может быть средним значением между сигналами, генерируемыми соответствующими источниками света. Таким образом, еще в одних других вариантах реализации детектор выполнен с возможностью последовательного обнаружения отраженного света источника, последовательно генерируемого источниками света, и с возможностью генерирования соответствующих сигналов детектора, причем система также содержит систему анализа, выполненную с возможностью генерирования соответствующего значения датчика кожи в зависимости от сигнала с датчика, и причем значение датчика кожи основано на среднем значении соответствующих сигналов детектора. Таким образом, сигналы детектора, в частности, сначала обрабатываются, а затем усредняются. Таким образом, сигнал детектора может быть средним значением между сигналами, генерируемыми соответствующими источниками света.
Как указано выше, система может содержать по меньшей мере три источника света. Кроме того, как указано выше, в вариантах реализации датчик имеет оптическую ось (О2) датчика, и причем источники света выполнены осесимметрично вокруг оптической оси (О2) датчика.
Еще в одних конкретных вариантах реализации, как также указано выше, система может также содержать систему анализа, причем система анализа выполнена с возможностью генерирования соответствующего значения датчика кожи в зависимости от сигнала с датчика. Может быть ряд способов генерирования сигнала с датчика. Даже учитывая то, что для домашнего использования известны низкозатратные устройства, измерение блеска с использованием этих устройств, похоже, не является количественным, а также может не коррелировать с субъективным восприятием и опорными измерениями устройства. Способы оценки блеска могут быть основаны на подсчете количества белых пикселей выше некоторого порогового значения на изображениях с камеры, полученных с использованием неполяризованного освещения. Однако похоже, что оценка блеска, основанная на количестве белых пикселей, зависит от уровней интенсивности падающего света (и его колебаний), порогового значения и вариации оптических свойств кожи (меж- и внутрииндивидуальных вариаций), что менее желательно.
В настоящем документе ниже описаны некоторые конкретные варианты реализации, которые могут обеспечить более достоверные результаты.
Таким образом, в вариантах реализации система, в частности, выполнена с возможностью создания изображения кожи посредством детектора, причем изображение кожи содержит первую область, в которой определяется максимальная интенсивность, и вторую область, находящуюся на первом расстоянии изображения от первой области, причем первая область и вторая область не перекрываются, а система также выполнена с возможностью генерирования значения датчика кожи на основе интенсивности в зависимости от отраженного света источника вдоль пути между первой областью и второй областью. Изображение может иметь область изображения. Первая и вторая области могут быть областями, например, 0,05-30%, например, 0,05-15%, например, 0,1-10% области изображения. Кроме того, первое расстояние изображения, т.е. расстояние между первой областью и второй областью, более точно, самое короткое расстояние между границами этих двух областей, может быть по меньшей мере порядка размера первой области или второй области. В целом, первая область и вторая область могут быть по существу одинаковыми. При необходимости, области также могут отличаться, но должен быть применен поправочный коэффициент. Кроме того, в целом, эти области выбраны квадратными или прямоугольными, в частности, квадратными. Область, в которой определяется максимальная интенсивность, может быть областью изображения, где имеет место  по существу зеркальное отражение, т.е. где свет источника отражается как от зеркала и обнаруживается детектором.
Таким образом, первое расстояние изображения может находиться в диапазоне квадратного корня от 0,05-30% области изображения, например, квадратного корня от 0,05-15% области изображения, например, квадратного корня от 0,1-10% области изображения. В частности, расстояние между первой областью и второй областью составляет по меньшей мере 5% от квадратного корня от области изображения. Следует отметить, что область изображения может не иметь фиксированного значения, а может, например, зависеть от увеличения.
Кроме того, следует отметить, что термин «создание изображения» и подобные термины не обязательно могут включать создание реального изображения в момент времени, а могут также относиться к считыванию значений с детектора в различных положениях на поверхности детектора.
Похоже, что информация, которая может быть получена из двух областей и/или из (прямой) линии, или области между этими двумя областями, может обеспечить информацию в отношении степени блеска, которая может обеспечить возможность количественной оценки блеска кожи (в том числе жирности кожи), особенно когда система была откалибрована (см. также ниже).
Таким образом, в вариантах реализации система может быть выполнена с возможностью генерирования значения датчика кожи на основе наклона кривой, заданной интенсивностью отраженного света источника вдоль пути между первой областью и второй областью. Таким образом, похоже, что на основе наклона кривой или угла кривой могут быть сгенерированы полезные значения блеска кожи.
В качестве альтернативы или дополнения, система может быть выполнена с возможностью генерирования значения датчика кожи на основе области ниже кривой, заданной интенсивностью отраженного света источника вдоль пути между первой областью и второй областью. Таким образом, похоже, что также на основе области под кривой или угла кривой могут быть сгенерированы полезные значения блеска кожи. Путь также может быть обозначен как прямая траектория или линия.
В качестве еще одной альтернативы или еще одного дополнения, система может быть выполнена с возможностью генерирования значения датчика кожи на основе количества пикселей изображения выше заданного порогового значения. Таким образом, похоже, что на основе количества пикселей выше порогового значения также могут быть сгенерированы полезные значения блеска кожи.
Кроме того, в качестве альтернативы или дополнения, система может быть выполнена с возможностью генерирования значения датчика кожи на основе среднего количества пикселей изображения выше заданных пороговых значений, взвешенных с соответствующей интенсивностью пикселя, соответственно. Таким образом, также на основе взвешенного количества пикселей выше порогового значения могут быть сгенерированы полезные значения блеска кожи.
В качестве еще одной альтернативы или дополнения, система может быть выполнена с возможностью генерирования значения датчика кожи на основе отношения между интегральной интенсивностью первой области и второй области. Таким образом, для генерирования значений блеска кожи также может быть использовано соотношение, зеркальное относительно интенсивности диффузии этих соответствующих соотношений. Например, когда система откалибрована с по существу зеркально отражающей областью и с по существу диффузной отражающей областью, параметры блеска кожи могут быть получены из соотношения, зеркального относительно интенсивности диффузии этих соответствующих соотношений.
Кроме того, в качестве альтернативы или дополнения, система выполнена с возможностью определения больших бинарных объектов (Binary Large Object, BLOB) на изображении, и причем система выполнена с возможностью генерирования значения датчика кожи на основе одного или более из среднего размера и максимального размера больших бинарных объектов на изображении. Таким образом, на основе количества BLOB и/или размеров BLOB также могут быть сгенерированы полезные значения блеска кожи. Таким образом, в данном варианте реализации используется не само по себе количество белых пикселей, а определяются BLOB. Таким образом, для этих BLOB также может быть определено пороговое значение, например, по меньшей мере количество k соседних пикселей за конкретным пороговым значением интенсивности.
В представленных выше вариантах реализации было указано количество процедур калибровки. В частности, для количественной оценки блеска кожи или жирности кожи может быть полезной калибровка системы, более точно, датчика (и, таким образом, по факту - детектора). Эта калибровка может выполняться после производства датчика. В качестве альтернативы или дополнения, калибровка может быть реализована программным образом для каждого датчика на основе одной или более ранних калибровок примеров датчиков. Калибровка также может быть частью измерительного процесса или может запланирована на регулярной основе. В конкретном варианте реализации калибровка применяется сразу же после производства датчика. Кроме того, система может содержать управляющие подпрограммы, которые могут обновлять калибровку на основе параметров эталонного датчика или на основе, например, сдвига в сигнале и т.д.
В конкретных вариантах реализации система анализа выполнена с возможностью генерирования соответствующего значения датчика кожи в зависимости от сигнала с датчика после коррекции на плоское поле. Коррекция на плоское поле представляет собой технологию, используемую для улучшения качества при формировании цифровых изображений. В частности, коррекция на плоское поле используется для компенсации артефактов с 2D-изображений, которые вызваны неоднородностью освещения и обнаружения, изменениями чувствительности детектора от пикселя к пикселю и/или искажениями в оптическом пути. Как указано выше, коррекция на плоское поле может быть основана на измерении лишь с эталонным значением диффузии, например, стандартом диффузии, таким как спектралон. На основе таких измерений, может быть обеспечена коррекция на плоское поле, которая может быть использована при любом измерении (как описано в настоящем документе).
Еще в одних других вариантах реализации система выполнена с возможностью генерирования соответствующего значения датчика кожи в зависимости от сигнала с датчика на основе среднего значения соответствующих сигналов каналов красного, зеленого и синего в детекторе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее будут описаны варианты реализации изобретения лишь в качестве примера со ссылкой на сопроводительные схематические чертежи, на которых соответствующими ссылочными позициями обозначены соответствующие части, и на которых:
на ФИГ. 1a-1b схематически изображены некоторые аспекты системы;
на ФИГ. 2a-2b: оптическая схема модели системы, используемой для моделирования, и некоторые аспекты в отношении поля обзора;
на ФИГ. 3a-3c. Распределение мощности на датчике, полученное для разных значений блеска. Значения серого являются логарифмом плотности мощности;
на ФИГ. 4. Соотношение между мощностью в зеркальном отражении и мощностью в диффузном фоне, что вычислено из трассировки лучей в зависимости от значения блеска, варьирующегося от 0% (стандарт диффузии) до 100% (зеркало).
на ФИГ. 5: Схематическое представление обнаруженных состояний поляризации, когда множество излучателей используется для освещения в кольцевой конфигурации, и поляризатор с равномерными свойствами поляризации используется на пути обнаружения;
на ФИГ. 6: Отражение и прохождение неполяризованного света на поверхности;
на ФИГ. 7: Схематическое представление схем поляризации для освещения и обнаружения для минимизации зависимости значения блеска от вращения датчика;
на ФИГ. 8a-b схематически изображены некоторые фильтров или фазовых пластинок пространственно изменяющейся поляризации;
на ФИГ. 9: Конфигурация массива поляризационных фильтров из нанопроволоки, используемого для КМОП-датчика поляризационного изображения, состоит из 4 подпикселей с эталоном и трех покрытых сеткой пикселей с ориентацией 0°, 45° и 90°;
на ФИГ. 10: Схематическое представление возможной схемы поляризации для освещения и обнаружения;
in-vivo
на ФИГ. 11: Изменение количества белых пикселей, измеренных , в зависимости от угла вращения датчика для другого порогового значения;
на ФИГ. 12. Калибровка профессионального измерителя блеска на основе измерений по стандартам калибровки, стандарту диффузии и отражающему зеркалу;
на ФИГ. 13: Сравнение различных способов (по углу, соотношению наклон/диффузия, количеству взвешенных пикселей) оценки значения блеска в нижнем диапазоне блеска;
на ФИГ. 14: Сравнение различных способов (по углу, соотношению наклон/диффузия, количеству взвешенных пикселей) оценки значения блеска в высшем диапазоне блеска;
на ФИГ. 15a-d: Иллюстрация этапов обработки изображения для оценки блеска на основе наклона (угла).
Схематические чертежи не обязательно выполнены в масштабе.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На ФИГ. 1а схематически изображена система 1, содержащая датчик 100 для измерения параметра кожи (выбранного из одного или более из группы, состоящей из блеска кожи и жирности кожи). Датчик 100 содержит множество пространственно разнесенных источников 110 света, выполненных с возможностью выдачи света 111 источника, и детектор 120, выполненный на первом расстоянии d1 от каждого из источников 110 света. Датчик 100 выполнен с возможностью выдачи света 111 источника с оптическими осями OL под углом α падения, выбранным из диапазона 10-80°, с кожей, находящейся на втором расстоянии d2, и с возможностью обнаружения отраженного света 111 источника. В частности, датчик 100 здесь может содержать по меньшей мере три источника 110 света, для обеспечения понимания изображено только два, причем источники 110 света выполнены с возможностью выдачи неполяризованного видимого света 111 источника. Например, первое расстояние d1 может быть выбрано из диапазона 10-80 мм, и причем детектор 120 выполнен с возможностью обнаружения поляризованного света.
Детектор 120 может содержать, например, 2D-камеру 101. Кроме того, датчик 100 может содержать фокусирующую линзу 102, выполненную до детектора 120, и отверстие 103, выполненное до детектора 120 и до фокусирующей линзы 102. Отверстие 103 имеет диаметр D1, выбранный из диапазона 0,1-0,8 мм. Фокусирующая линза может быть, например, линзой 5-15 мм, например 10 мм. Кроме того, система может содержать вторую фокусирующую линзу, при этом комбинация этой линзы с первой линзой может обеспечить желаемое поле обзора и глубину фокуса для всей системы (см., например, ФИГ. 2а). Источники 110 света выполнены с возможностью выдачи неполяризованного белого света 111 источника.
Как указано на ФИГ. 1а, система 1 может также содержать систему 2 анализа, выполненную с возможностью генерирования соответствующего значения датчика кожи в зависимости от сигнала с датчика 100.
Система 2 анализа может содержаться в устройстве, которое также содержит датчик 100 (см. также ФИГ. 1b), или может содержаться в отдельном устройстве. На ФИГ. 1а также схематически изображен такой вариант реализации, в котором система 1 содержит устройство 3 для ухода за кожей, причем устройство 3 для ухода за кожей содержит датчик 100, и второе устройство 200, функционально соединенное с устройством 3 для ухода за кожей, причем второе устройство 200 содержит систему 2 анализа.
Датчик 100 имеет отверстие 107. Это отверстие может быть, в частности, плоским, т.е. его периферия может иметь кромку, которая по существу плоская. Таким образом, датчик может быть установлен ровно на коже. Отверстие 107 может иметь диаметр D2 или эквивалентный диаметр D2, который может находиться в диапазоне примерно 10-30 мм.
Обозначение О2 относится к оптической оси датчика 100. Когда датчик 100 установлен на коже, эта ось может по существу совпадать с нормалью к коже.
Обозначение TS относится к верхней поверхности датчика. Она может быть плоской поверхностью. Обозначение LB относится к барьеру от прямого света, выполненному с возможностью предотвращения возможного достижения детектора этим светом из источников света без единоразового отражения и/или который может уменьшить свет, достигающий детектор 120, который не был отражен кожей, но был отражен другими внутренними поверхностями датчика. Обозначение 104 относится к поляризатору.
Ось О2 может по существу совпадать с нормалью к коже.
В частности, TS может указывать на верхнюю поверхность корпуса 105. В действительности, верхняя поверхность TS может задавать второе расстояние d2 от кожи до детектора 102 или его последней линзы. Здесь верхняя поверхность TS имеет отверстие 107. Размер отверстия также может быть указан как поле обзора (FOV). Поле обзора здесь также обозначено как FV. Следует отметить, что щель или отверстие 107 может быть круглым, но также может быть квадратным или прямоугольным, или может иметь другую форму. Обозначение FVA относится к углу поля обзора. Обозначение TT относится к общей длине, которая является расстоянием от отверстия 107 (т.е. кожи при эксплуатации) и верхней стороной опоры, на которой установлен источник 110 света, причем это расстояние является по существу таким же, что и расстояние до верхней части источника 110 света, как это имеет место в общих используемых твердотельных источниках света, таких как СИД. Общая длина может находиться в диапазоне 10-200 мм, например, в диапазоне 10-80 мм, например в диапазоне 10-30 мм, или в диапазоне 40-200 мм, например в диапазоне 40-80 мм. Общая длина ТТ больше чем второе расстояние d2. Детектор 120 и необязательные оптические элементы могут иметь высоту в диапазоне примерно 1-50 мм, например 1-20 мм. Как можно понять из чертежей, когда датчик 100 установлен на коже, гарантируется второе расстояние d2. Таким образом, датчик 100 может содержать сохраняющее расстояние приспособление, такое как корпус 105 (как изображено), или, при необходимости, корпус и отдельное сохраняющее расстояние приспособление. Как указано выше, видимый свет 111 источника является, в частности, неполяризованным. Таким образом, свет 111 источника является, в частности, неполяризованным светом источника. Следует отметить, что оптическая ось О2 датчика 100 и оптическая ось детектора 120 могут по существу совпадать. Кроме того, оптическая ось О2 датчика и результирующая оптическая ось всех источников 110 света могут совпадать.
В целом, расстояние d2 может быть задано как расстояние между отверстием, которое подлежит расположению на коже, и детектором или его последними оптическими элементами, если смотреть от детектора.
На ФИГ. 1b схематически изображен вариант реализации системы 1, в котором система 1 содержит устройство 3 для ухода за кожей, как такое устройство для очистки кожи, устройство для омолаживания кожи, причем устройство 3 для ухода за кожей содержит датчик 100 и систему 2 анализа. Устройство 3 для ухода за кожей может содержать блок IU индикации и/или также интерфейс UI пользователя. Обозначение FA относится к функциональной области, такой как область, которая может быть использована для массажа или слущивания кожи.
Для исследования заявленной системы для съемки блеска кожи авторами изобретения было использовано трассирование лучей методом Монте Карло со специальным программным обеспечением. При моделировании вычисляют фотометрические и радиометрические количественные значения для выполнения полного анализа освещения и обнаружения. Схематическое представление прототипа камеры и схема системы показаны на ФИГ. 2а. На ФИГ. 2а схематически изображен еще один вариант реализации системы 1. Здесь применена дополнительная линза 102b, выполненная до отверстия 103. Размер датчика определяет размер короба таким образом, что свет из угла короба будет попадать на датчик на краю для зеркального отражения. Авторами был использован черный короб вокруг датчика для предотвращения прямого попадания сигналов от стенок и диафрагмы на датчик без взаимодействия с кожей. Образец кожи был смоделирован с использованием поверхности, имеющей отражающую способность 17%. Часть этого отраженного света отражается зеркально, означая, что угол отражения является таким же, что и угол падения, а часть свет отражается диффузно, означая, что между направлением поступающего света и отраженным светом отсутствует какое-либо отношение. Таким образом, свойство блеска образца изменялось путем выбора того, какая часть отраженного света является зеркальной, а какая является диффузной. Авторами был исследован весь диапазон от 100% зеркального (зеркало) до 0% зеркального или 100% диффузного (стандарт диффузии). Для обеспечения возможности получения информации о степени блеска образца, авторам требуется, чтобы зеркальное отражение от света СИД могло достичь поверхности датчика. Таким образом, ранее определенный размер короба обеспечивает нам возможность использования только значимых расстояний между СИД и датчиком.
СИД, который был использован, имеет цветовую температуру 4000 К и CRI 70, а также был смоделирован как излучатель с ламбертовой поверхностью. Сам по себе пакет СИД был смоделирован как обладающий диффузной отражающей способностью 90%. СИД гаснет как поверхность с отражающей способностью 70%. Печатная плата смоделирована как обладающая диффузной отражающей способностью 60%. Стенки корпуса, а также блокирующая поверхность STOP, были смоделированы как черные, но не полностью черные, а имеющие диффузную отражающую способность 5%. Линзы смоделированы как имеющие показатели преломления, соответствующие стеклу N-LASF9 и N-BK7, для большего и меньшего стекла, соответственно.
Примеры распределений плотности мощности на датчике для трех различных значений блеска показаны на ФИГ. 3. На фигуре показан логарифм значений серого. Как можно увидеть на графиках, изменения значения блеска образца от отражающего зеркала (100%) до стандарта диффузии (0%) соответствуют изменениям амплитуде зеркально отражаемого света. Она падает, тогда как сигнал диффузного фона увеличивается. В основном, происходит то, что в случае зеркала получают изображение СИД на поверхности датчика, и изображение становится все более и более размытым по мере снижения степени блеска.
На ФИГ. 2b схематически показан вид сверху (без корпуса), на котором заштрихованным прямоугольником посередине обозначен детектор 120. Здесь применяется прямоугольный детектор, например, имеющий характеристическое отношение 4:3. Поле FV обзора представляет собой область на отверстии корпуса (не показан) или сохраняющего расстояние приспособления, если применимо (не показано), которое может видеть детектор 120. В частности, это поле обзора, следовательно, отверстие, выбрано таким образом, что оно имеет такую же симметрию, что и детектор 120, хотя отверстие может также иметь, например, круговую симметрию. Здесь, прямоугольное поле FV обзора имеет длину FVL и ширину FVW, и диагональ FVD. Если поле обзора является круглым, то будет предусмотрен диаметр (FVL=FVW=FWD). В частности, источники 110 света выполнены таким образом, что расстояние от края до края между источником 110 света и детектором 120 меньше чем размер релевантного поля обзора, параллельный первому расстоянию d1 от соответствующего источника 110 света до детектора 120. Здесь, расстояния d1 источников 110 света, которые обозначены s2 и s7, в частности, меньше чем FVW; расстояния d1 источников 110 света, которые обозначены s4 и s5, в частности, меньше чем FVL. Кроме того, в частности, расстояния d1 источников 110 света, которые обозначены s1, s, s6 и s8, в частности, меньше чем FVD (диагонали).
В качестве альтернативы расстоянию от края до края, также может быть применено расстояние от центра источника света, такого как, в частности, СИД, до центра детектора 120, которое, в свою очередь, должно быть меньше, чем размер релевантного поля обзора, включающий размер источника света 0,5 и размер детектора 0,5.
На ФИГ. 3а показано изображение, полученное с помощью изображения, после измерения поверхности с блеском 100%. На ФИГ. 3b показано изображение, полученное с помощью изображения, после измерения поверхности с блеском 50% и поверхности с диффузией 50%. На ФИГ. 3c показано изображение, полученное с помощью изображения, после измерения поверхности с диффузией 100%.
На ФИГ. 4 информация с графиков, показанных на ФИГ. 3, была представлена иным образом. Была выполнена интеграция плотности мощности в прямоугольник и отцентрирована вокруг положения зеркального отражения. Это дает количество света, которое отражается зеркально. Из общего количества света, падающего на датчик, авторы затем могут вычислить мощность, содержащуюся в диффузном фоне. Соотношение этих двух чисел, мощности зеркального отражения, деленной на фоновую мощность, нанесено на график на ФИГ. 4. Как ожидается, соотношение увеличивается с увеличением степени блеска. Данный график подразумевает, что авторы могут вывести значение блеска образца из одного изображения, полученного с помощью прототипа камеры, путем использования различных способов, таких как количество пикселей выше порогового значения, взвешенное с интенсивностью, наклон перехода интенсивности от зеркальной к диффузной и соотношение зеркального фона к диффузному в выбранной исследуемой области. Значение блеска, оцененное с использованием этих новых способов на основе моделирований, описано в других частях настоящего документа. Подробности новых способов, которые были авторами разработаны для оценки значения блеска, и физические принципы, лежащие в основе данных способов, описаны в других частях настоящего документа.
На ФИГ. 4 по оси х отложен процент степени блеска, при этом на 0% находится диффузная поверхность, а справа на 100% - зеркальная поверхность. По оси y отложено соотношение зеркального к диффузному (зеркальное/диффузное).
Помимо прочего, ниже предложен способ и система, основанные на последовательном освещении из множества излучателей неполяризованного света, освещающих кожу под углом освещения, который по существу равен углу Брюстера или поляризации, и с использованием сегментированного обнаружения или обнаружения с пространственно изменяющейся поляризацией.
Возможный подход может быть основан на оценке количества белых пикселей выше некоторого порогового значения в качестве индикатора блеска кожи. Однако количество белх пикселей на датчике меняется по мере вращения прототипа/датчика для измерений. Зависимость значения блеска от угла вращения датчика становится более явной, когда более высокие значения порогового значения используются для оценки количества белых пикселей, присутствуют структуры кожи и для освещения используется один излучатель. Таким образом, характеристики блеска кожи с изменяющейся в пространстве поверхностью и структурными свойствами могут быть получены лишь частично с использованием одного источника света при формировании изображений с помощью камеры, чувствительной к поляризации. Эта зависимость является критической проблемой, поскольку потребители будут случайным образом располагать камеру с датчиком на коже и это будет приводить к неколичественной оценке значения блеска и, следовательно, ухудшать качество информации, которая потенциально может быть предложена потребителям.
Для преодоления этого ограничения и уменьшения зависимости значения блеска от угла вращения датчика авторами предлагаются, помимо прочего, множество источников неполяризованного света (N > 2), осуществляющих последовательное освещение, и S-поляризованное обнаружение с использованием недорогого датчика-камеры. Однако в данном подходе обнаружение предпочтительного S-поляризованного состояния, которое является индикатором зеркального отражения/блеска, может быть реализовано лишь для одной пары из двух источников неполяризованного света (комбинации U1 с U3 или комбинации U2 с U4), которые диаметрально противоположны друг другу (ФИГ. 5). Это подразумевает то, что когда используется поляризатор со свойствами равномерной поляризации, на оптическом пути для обнаружения максимального количества источников света, которые могут обеспечивать оптимальное состояние поляризации, равняется двум. На ФИГ. 5а показан датчик посередине, а U1-UV обозначают источники неполяризованного света. На ФИГ. 5а показана схема обнаружения, а на ФИГ. 5b показана схема обнаружения, предполагающая наличие равномерного поляризационного фильтра.
Помимо прочего, в настоящем документе предложено использование системы с камерой и способов для количественного измерения блеска кожи, которое по существу независимо от угла вращения датчика. Помимо прочего, может быть использовано последовательное освещение из более трех источников света (неполяризованного) и последовательное обнаружение с использованием дешевого датчика-камеры (S-поляризованное обнаружение). Схематическое представление оптической схемы прототипа камеры показано на ФИГ. 2а.
Аспекты, которые также были использованы для прототипа, например, могут включать:
1) Освещение СИД белого света; 2) Неполяризованное освещение (количество СИД > 3); 3) Угол падения, в частности, составляющий ~ 54° (т.е. в диапазоне 50-60°), равняется углу Брюстера; 4) Расстояние СИД-датчик > 5 мм (диапазон 6-14 мм); 5) Датчик-камера (недорогой) с фокусирующей линзой и отверстием (размер диафрагмы 0,2-0,6 мм); и 6) Сегментированный поляризатор или поляризатор пространственно изменяющейся поляризации перед камерой.
Алгоритмы обработки изображений, используемые для оценки значения блеска, могут быть основаны на количестве белых пикселей или наклоне изменения интенсивности вдоль оптической оси, нормализованной по максимальному значению после коррекции на плоское поле. В настоящем документе описаны также и другие способы.
parallel
senkrecht
Когда неполяризованный свет отражается поверхностью кожи, свойства поляризации отраженного света зависят от угла освещения (ФИГ. 6). Два ортогональных линейных состояния поляризации, важные для отражения и пропускания, называются p- и s-поляризацией. P-поляризованный свет (от немецкого ) имеет электрическое поляризованное поле, параллельное плоскости падения, тогда как s-поляризованный свет (от немецкого ) перпендикулярен этой плоскости. Обозначение N относится к нормали (к поверхности), обозначение PI относится к плоскости падения. Кроме того, обозначение SK относится к поверхности падения, такой как поверхность кожи. Обозначения S и P относятся к поляризациям.
S
Отраженный свет будет неполяризованным для угла освещения, который равняется 0° или 90°, частично поляризованным (предпочтительно, S) для углов освещения между 0° и 90°, и плоскополяризованным () для одного угла освещения, который равен углу поляризации или углу Брюстера.
B
2
1
1
2
2
1
Угол падения (0° и 90°), под которым коэффициент отражения для света, который имеет электрическое поле, параллельное плоскости (Р) падения, стремится к нулю, а отраженный свет под этим углом линейно поляризуется, при этом векторы его электрического поля перпендикулярны плоскости (S) падения, называется углом поляризации или углом Брюстера. Угол поляризации или угол Брюстера (θB) может быть вычислен на основе уравнений Френеля. Уравнения Френеля предсказывают то, что свет с p-поляризацией (электрическое поле поляризовано в той же плоскости, что и падающий луч и нормаль поверхности) не будет отражаться, если угол падения составляет θ= 1/tan(n/n), где n - коэффициент преломления первичной среды, через которую распространяется свет («среда падения»), а n - коэффициент другой среды. Для стеклянной среды (n ≈ 1,5) в воздухе (n ≈ 1), угол Брюстера для видимого света составляет приблизительно 56°. Для оптической схемы, раскрытой в настоящем изобретении, свет падает на границу между воздухом и кожей, и угол Брюстера составляет приблизительно 54°. Предпочтительным диапазоном является 50-60°.
Таким образом, в вариантах реализации может быть использован сегментированный (для меньшего количества излучателей от четырех до восьми) или поляризатора пространственно изменяющейся поляризации (для большего количества излучателей, например, больше 12) на пути обнаружения. В частности, количество сегментов равняется количеству излучателей.
S
H
Когда угол освещения составляет от 0 до 90°, обнаружение частично поляризованного (предпочтительно, S) зеркально отраженного света, который является мерой блеска, может быть улучшено путем фильтрации в данной составляющей с использованием -поляризатора перед камерой. В случае схемы освещения с использованием множества источников света, может быть использован сегментированный поляризатор или поляризатор пространственно изменяющейся поляризации, как показано на ФИГ. 7. Это подразумевает то, что когда для освещения используется четыре излучателя, ориентация поляризатора перед датчиком для пары источников (U2 и U4) света должна быть ортогональна () ориентации поляризатора (V), который используется в оптическом пути для света, определенного от U1 и U3. Эти сегменты могут быть отрезаны от стандартного недорогого листа поляризации и могут быть размещены в соответствующей ориентации путем вращения отдельных сегментов для получения сегментированного поляризатора. Обозначение 104 относится к поляризатору. Кроме того, обозначение 1041 относится к сегментированному поляризатору.
На ФИГ. 8A-b показаны поляризаторы 1042 пространственно изменяющейся поляризации, которую они изменяют, соответственно, азимутально или радиально.
Сегментированный поляризатор может быть размещен в оптическом пути для обнаружения или же также может быть отпечатан на самом датчике-камере путем изготовления поляризаторов из проволочной сетки с использованием стандартного КМОП-процесса. Уже было сообщено о высокоскоростном поляризационном датчике изображения с размером пикселя 6 мкм для маппинга поляризации, который состоит из 4 подпикселей с эталонным и тремя покрытыми сеткой пикселями с ориентацией 0°, 45° и 90°.
На ФИГ. 9 схематически изображен вариант реализации сегментированного поляризатора 1041, содержащего пиксел-поляризатор 1043 из проволочной сетки с двумя наборами из двух пикселей 1044, имеющих ориентации поляризации, перпендикулярные друг другу.
Как указано выше, измерение характеристик блеска кожи с изменяющейся в пространстве поверхностью и структурыми свойствами с использованием оптического датчика может зависеть от угла вращения датчика, когда используется один или два источника света. Это может привести к неколичественной оценке значения блеска и, следовательно, ухудшить качество информации о блеске, которая потенциально может быть предложена потребителям.
Таким образом, в настоящем документе также предложены системы и способы количественного измерения блеска кожи, которые в меньшей степени зависят от угла вращения датчика. В качестве альтернативы или дополнения, предложенное изобретение может быть основано на использовании последовательного освещения и обнаружения с использованием больше трех источников света (неполяризованного освещения) и датчика-камеры (поляризационного обнаружения).
Помимо прочего, авторами были проанализированы изменения в количестве белых пикселей по сравнению с углом вращения датчика при настройке поляризационной камеры для получения изображений. Помимо прочего, авторами было обнаружено, что зависимость значения блеска от угла вращения датчика становится более явной при высоком пороговом значении, когда присутствует структура и когда для освещения используется один излучатель.
Таким образом, помимо прочего, в настоящем документе предложено использование систем с камерой и способов для количественного измерения блеска кожи, которое в меньшей степени зависит от угла вращения датчика. В вариантах реализации, помимо прочего, предложенное изобретение может быть основано на использовании последовательного освещения из более трех источников света (неполяризованного освещения) и последовательного обнаружения с использованием одного недорогого датчика-камеры (поляризационного обнаружения). Значение блеска оценивают на основе среднего количества пикселей, оцененного из множества независимых изображений, взятых вдоль разных направлений. Схематическое представление оптической схемы прототипа камеры показано на ФИГ. 2а. Способ (алгоритмы) обработки изображений, используемые для оценки значения блеска, могут быть основаны на количестве белых пикселей или наклоне изменения интенсивности вдоль оптической оси, нормализованной по максимальному значению после коррекции на плоское поле, хотя также могут быть возможны другие опции (см. также ниже).
Аспекты, которые также были использованы для прототипа, например, могут включать: 1) освещение СИД белого света; 2) неполяризованное последовательное освещение с помощью множества излучателей (количество СИД > 3); 3) угол падения, в частности, составляющий > 45° (в целом, в частности, в диапазоне 40-80°); 4) расстояние СИД-датчик > 5 мм (диапазон 6-14 мм); 5) датчик-камера (недорогой) с фокусирующей линзой и отверстием (граничный размер 0,2-0,6 мм); и 6) Поляризатор перед камерой.
Авторами была исследована зависимость значения блеска (количества белых пикселей выше некоторого порогового значения) от угла вращения датчика (0-360° с шагом в 30°). Измерения выполняли с использованием прототипа камеры с использованием одного и двух излучателей с последовательным освещением.
• Спектралон (стандарт диффузии с равномерными оптическими свойствами);
• Кожа ex-vivo (для выполнения контролируемых экспериментов); и
• Кожа in-vivo (лоб, тип кожи II).
На основе экспериментальных данных, измеренных на спектралоне, коже ex-vivo и in-vivo, авторами на примере было показано, что недостаточная оценка содержимого блеска, являющегося результатом связанных с вращением эффектов, связанных с использованием одного излучателя, может быть минимизирована путем использования последовательного освещения с использованием более трех излучателей (треугольная конфигурация для N=3 и прямоугольная конфигурация для N=4 и т.д.), которые расположены симметрично в конфигурации кольцевого освещения (ФИГ. 10). Когда множество излучателей используются независимо, значение блеска зависит от угла вращения, в этот эффект, преимущественно, делает вклад количество белых пикселей в областях, где распределения интенсивности от множества излучателей перекрываются. Здесь, под A, B и C обозначены источники света, которые расположены в кольцевой конфигурации.
Для того, чтобы количественно оценить зависимость блеска от угла вращения датчика, было оценено количество белых пикселей в зависимости от угла вращения датчика для другого порогового значения (ФИГ. 11). На ФИГ. 11 по оси х отложен угол RA вращения датчика, а по оси y отложено количество N белых пикселей (в относительных единицах). Количество POL_L пикселей отображается в зависимости от углов для ряда пороговых значений, где 110 обозначает пороговое значение 110, а 200 обозначает пороговое значение 200. Обозначения MX и MN относятся к максимуму и минимуму, соответственно.
Для заданного порогового значения, зависимость блеска от угла вращения выражается в максимальной относительной разнице количества пикселей: (ΔБлеска)= (max-min)/(среднее (max,min).
Исходя из этих экспериментов можно сделать следующие выводы:
- количество пикселей, оцененное с помощью спектралона, с равномерными оптическими свойствами демонстрировало меньшую зависимость от угла вращения датчика;
- количество пикселей, оцененное с помощью измерений кожи ex-vivo и in-vivo, демонстрировало зависимость от угла вращения;
- эта зависимость значения блеска от угла вращения является результатом неоднородности свойств структур и поверхности кожи. Эта зависимость от угла становится более явной, когда присутствуют структуры кожи и, в частности, после очистки; и
- зависимость от угла вращения датчика может быть минимизирована с использованием множества источников освещения по сравнению с одним излучателем. Эта зависимость дополнительно уменьшается, когда множество излучателей используются последовательно (L_R), а не одновременно (L, R):
- ΔБлеска (Неполяр.)(L_R) ΔБлеска (Неполяр.)(L, R) < Δ Блеска (Неполяр.)L, Δ Блеска (Неполяр.)R и/или
- ΔБлеска (Поляр.)(L_ R) < ΔБлеска (Поляр.)(L, R) < Δ Блеска (Поляр.)L, Δ Блеска (Поляр.)R
Здесь,
- L: Один неполяризационный излучатель с левой стороны;
- R: Один неполяризационный излучатель с правой стороны;
- L, R: 2 излучателя (L и R) используются одновременно и захватывается одно изображение; и
- L_R: 2 излучателя (L и R) используются последовательно и значение блеска оценивается на основе среднего значения (излучатели L и R расположены диаметрально противоположно друг другу в кольцевой конфигурации).
Результаты резюмированы в таблице ниже:
<b>Спектралон</b>
<b>Ex vivo</b>
<b>тип кожи 2</b><b>(перед очисткой)</b>
<b>тип кожи 2</b><b>(после очистки)</b>
<b>условия</b>
максимальное относительное изменение количества пикселей за счет вращения (0-360)
максимальное относительное изменение количества пикселей за счет вращения (0-180)
максимальное относительное изменение количества пикселей за счет вращения (0-360)
максимальное относительное изменение количества пикселей за счет вращения (0-360)
<b>неполяр._R</b>
0,03
1,29
0,57
1,87
<b>неполяр._L</b>
0,05
1,48
0,62
1,62
<b>неполяр._LR</b>
0,01
0,96
0,42
1,81
<b>неполяр._L_R</b>
0,33
1,65
<b>поляр._R</b>
0,05
2
0,94
1,81
<b>поляр._L</b>
0,1
2
1,29
2,0
<b>поляр._LR</b>
0,02
2
0,85
1,83
<b>поляр._L_R</b>
0,77
1,81
Таким образом, помимо прочего, в настоящем документе представлены системы и способы измерения блеска кожи с использованием последовательного освещения от более чем трех источников света (неполяризованное освещение, разделение равное-угловое) и одного недорогого датчика-камеры (поляризованное обнаружение) для минимизации зависимости значения блеска от ориентации датчика.
Ниже авторами приведены эксперименты, выполненные на калибровочных образцах (зеркало, калибровочные плитки, блестящая бумага, стандарт диффузии) при диапазоне значений блеска от 0 до 100 единиц блеска. Авторами были сравнены значения блеска, измеренные с помощью камеры и других профессиональных устройств, известных из уровня техники. На ФИГ. 12 изображены показатель DR устройства в единицах GU, где DS обозначает стандарт диффузии, RM обозначает отражающее зеркало, а S обозначает калибровочные стандарты блеска. По оси x отложен блеск в GU калибровочных стандартов.
Измерения выполняли с использованием профессионального промышленного измерителя блеска Гарднера (G85) для задания шкалы измерения в диапазоне от 0 до 100 единиц блеска (GU). Производительность и линейность профессионального измерителя блеска (Гарднер 85) в более высоком диапазоне единиц блеска измеряли с использованием трех эталонных стандартов черного стекла высокой степени полировки (Novo Gloss) с заданным коэффициентом преломления в известных эталонных единицах блеска 50, 60, 90 GU. Их использовали в качестве «калибровочных плиток» или «калибровочных стандартов». Такой материал, который обеспечивал бы широкий диапазон значений блеска при одинаковых свойствах поверхности и при достаточном количестве образцов, отсутствует. Первые калибровочные плитки охватывают значения среды с умеренно высоким блеском, тогда как блестящая бумага охватывает низкие значения блеска. Таким образом, авторами была использована блестящая бумага с диапазоном значений блеска в более низком диапазоне единиц блеска после калибровки устройства с использованием этих калибровочных плиток. Эти калибровочные стандарты присвоили значения блеска для угла измерения и могут быть проанализированы относительно стандарта BIN для исследований материала. Авторами наблюдалась хорошая корреляция между значением блеска, измеренным с помощью Гарднер 85, и эталонным значением блеска калибровочных стандартов блеска. Авторами были проведены дополнительные эксперименты на зеркале и стандарте диффузии для установления верхней калибровочной точки 100 на зеркале и с нижней конечной точкой, установленной на 0 при стандарте диффузии. Авторами наблюдался сдвиг 10 GU на зеркале и стандарте диффузии. Измерения, выполненные при другом угле освещения, например, 20° и 65°, в устройстве Гарднера, не могли обеспечивать широкий диапазон от 0 до 100 GU и, следовательно, авторами был использован конкретный угол освещения, составляющий 85°, в качестве эталонного угла для следующих измерений.
Показаны производительность и линейность прототипа камеры и алгоритмы измерения блеска в диапазоне низкого и высокого блеска при использовании блестящей бумаги (ФИГ. 13) и калибровочных плиток (ФИГ. 14), соответственно. Описание различных способов, используемых для оценки блеска на основе изображений с камеры и определения коррекции на плоское поле, может быть найдено в Разделе 6. Единицы блеска, измеренного с помощью профессионального устройства, Гарднер 85, использовались в качестве эталонного значения на горизонтальной оси. Показатели камеры нормализованы к максимальному значению. Авторами наблюдалось то, что точность измерения в различных способах зависит от диапазона блеска образцов. Для более низких значений блеска, точность измерения наклона и количества взвешенных пикселей являются выше чем таковые в подходе с соотношением зеркальное-диффузное. В случае образцов с более высокими значениями блеска, количество взвешенных пикселей и соотношение зеркальное-диффузное являются превосходными по сравнению со способом наклон/угол. Эти наблюдения согласуются с результатами моделирований. На ФИГ. 13 по оси х отложены единицы блеска, а по оси y отложены показатели устройства в случайных единицах. Обозначение S/D относится к соответствующим значениям соотношения наклон/диффузия; S/A относится к соответствующим значениям соотношения наклон/угол; а NWP обозначает соответствующее значение количества взвешенных пикселей. На ФИГ. 14 использованы те же обозначения, что и на ФИГ. 13, для различных кривых; в дополнение, обозначение R относится к эталонным единицам блеска.
В настоящее время используются разные углы освещения, зависящие от уровней блеска. Измеритель блеска с углом (AOI) падения 85° является более чувствительным к отличиям блеска ниже 10 GU@ 60º, тогда как AOI 20º имеет более высокое разрешение на покрытиях с высоким блеском выше 70 GU@ 60º. Это указывает на то, что одно устройство с камерой с разными алгоритмическими подходами может быть использовано для измерения значения блеска в диапазоне от 0 до 100 GU без какой-либо аппаратной модификации, и значимо хорошая точность может быть достигнута для всех образцов, используя способ с рядом взвешенных пикселей.
Уровни блеска образца измеряли и оценивали производительность способа на калибровочных стандартах с другими профессиональными измерителями блеска. Точность измерения свойств поверхности как калибровочных плиток, так и блестящей бумаги, является однородной. Результаты могут отличаться, когда измерения выполняются на коже с ожидаемыми свойствами неоднородной поверхности и ожидаемыми низкими значениями блеска.
В дополнение к этому, на измерение блеска кожи с использованием камеры может оказывать влияние ряд факторов, например, цвет кожи, степень вздутия кожи в зависимости от прилагаемого давления и количества кожного сала, пот и т.д. на поверхности кожи Вероятно, цвет кожи даст лишь эффект отличия интенсивности в каналах синего, зеленого или красного, и он может быть компенсирован автоматической коррекцией интенсивности в финальной системе. Отличия блеска, которые могут быть обнаружены, зависят от уровня блеска, а релевантность этих отличий, которые могут быть обнаружены, зависит от того, сколько единиц блеска субъективно может быть воспринято в качестве существенно отличающихся. При измерении под углом 60°, эти отличия, которые могут быть обнаружены, зависят от уровня блеска образца, например, отличие 3,0 GU, измеренное на очень матовой поверхности (возможно, 5 GU), человеческий глаз будет видеть, однако при покрытии с более сильным блеском (возможно, 60 GU), отличие будет очень сложно заметить.
Ниже описаны некоторые возможные этапы (предварительной) обработки на основе формирования изображений от RGB (red, green, blue — красный, зелёный, синий) до оттенков серого и коррекции на плоское поле, которые могут быть использованы в качестве этапов предварительной обработки для способов, описанных ниже (или выше). Предполагается, что полученные изображения не являются насыщенными. Насыщенные изображения усиливают общую интенсивность изображения и, следовательно, во внимание может быть взята не релевантная (фоновая) информация.
Каждый захват камерой выдает четыре изображения, полученные четырьмя источниками неполяризованного света, которые расположены внизу справа - BR, внизу слева - BL, вверху слева - TL и вверху справа - TR. Затем, эти изображения используются для выполнения усреднения сигнала и для минимизации зависимости между значением степени блеска и вращением датчика.
От RGB до оттенков серого:
Изображение с камеры SensorTech является 24-битным RGB-изображением. Каждый цвет имеет 8 битов. Значение цвета для каждого пикселя на RGB-изображении является 24-битным значением. Для каждого пикселя дерево интенсивности цвета может быть разделено путем использования частей 24-битного номера (биты 0-7 представляют собой СИНИЙ (B), биты 8-15 представляют собой ЗЕЛЕНЫЙ (G), биты 16-23 представляют собой КРАСНЫЙ (R)). Изображение в оттенках серого представляет собой усредненную информацию, полученную из каналов R, G и В, а при проверке RGB-изображения на насыщенность должны быть проверены отдельные каналы. В алгоритмах, реализованных в LabVIEW, изображение в оттенках серого получено путем сложения трех каналов (R, G и В), т.е. максимальная интенсивность изображения может составлять 3 х 255 = 765.
Коррекция на плоское поле:
Цель коррекции на плоское поле (Flat Field Correction, FFC) заключается в удалении с изображения артефактов, вызванных изменениями чувствительности камеры от пикселя к пикселю и общих искажений интенсивности в оптическом пути. Также, авторы используют FFC для компенсации изменения градиента в интенсивности пикселей в изображении в результате неполяризованного света. Для выполнения FFC используется эталонное изображение-стандарт диффузии, например, «спектралон». Поскольку на камере SensorTech предусмотрено множество источников света, берутся разные изобржения, т.е. FFC выполняется для каждого излучателя отдельно.
Коррекция на плоское поле (FFC) изображения выполняется путем разделения изображения на эталонное изображение (спектралон) и последующего умножения каждого пикселя на среднюю интенсивность пикселя эталонного изображения.
Ниже описаные некоторые способы, которые могут быть использованы для измерений (количественных).
Количество пикселей выше порогового значения:
Данный способ основан на том факте, что зеркально отраженный свет кажется ярче на изображении, чем диффузный фон. Важно, что изображения не являются насыщенными: 1) авторы используют изображения из 4 источников неполяризованного света в камере (BR, TL, BL и TR). Каждое изображение обрабатывается отдельно; 2) преобразуют изображение из RGB в оттенки серого; 3) применяют FFC к изображению в оттенках серого; 5) подсчитывают количество пикселей с интенсивностью, которая выше и ниже, чем половина максимальной интенсивности; 6) Результатом является: (#пиксели выше)/(#пиксели ниже); 7) среднее значение = (#пиксели выше)/(#пиксели ниже результат 4 изображений). При большем или меньшем количестве источников света, вместо 4 изображений может быть использовано n изображений, при этом n относится к количеству источников света.
Вычисление наклона (угла):
В данном способе используется наклон (угол) распределения интенсивности в исследуемой области, определенной в окне вокруг перехода от зеркального отражения к диффузии в направлении оптической оси, а также используются источники неполяризованного света. Идеальное зеркало даст 100% зеркальное отражение излучателя, сконцентрированное на небольшой области на датчике, с нулевым фоном (шумом), тогда как идеальный стандарт диффузии дает почти равномерное распределение интенсивности на датчике после FFC. Наклон (угол) дает указание того, насколько быстро падает интенсивность в зависимости от расстояния вдоль оптической оси. Могут быть включены следующие действия (см. также ФИГ. 15).
1. Каждое из четырех изображений, полученных из источников неполяризованного света в камере (BR, TL, BL и TR), обрабатывается отдельно;
2. Преобразование изображения из RGB в оттенки серого;
3. Снижение разрешения изображения с коэффициентом 8 для удаления обратно рассеянного света, обусловленного структурой кожи. Применение медианного фильтра с размером ядра 15 для дополнительного удаления каких-либо структур кожи и повторного повышения разрешения изображения в направлении исходного размера;
4. Теперь будет проведен поиск интенсивности блика на изображении. Он представлен областью с максимальной интенсивностью. Это выполняется путем следующих этапов:
a. Поиск максимальной интенсивности на 16х изображении с пониженным разрешением;
b. Определение пороговых значений для изображения с этой интенсивностью;
c. Создание бинарного изображения (0 = нижнее пороговое значение, 1 = верхнее пороговое значение);
d. Использование возможности подключения 8 устройств для создания BLOB (больших бинарных объектов).
e. Получение центра массы наибольшего BLOB;
5. Определение линии между определенной интенсивностью блика и центром изображения.
6. Создание (#160) прямоугольников (шириной 75, высотой 50) с центрами прямоугольника, которые равномерно разделены по линии;
7. Если применяется коррекция на плоское поле, то затем повторяются этапы 5, 6, 7 на эталонном изображении и делятся на результаты плоского поля;
8. Нанесение результатов на оси координат X, Y, где Х соответствует диапазону [1, 160], а Y - средняя интенсивность.
Конкретные параметры (этапы 6-8) были выбраны в отношении изображений, полученных настоящей системой. Представляется возможным, что эти параметры могут потребовать дополнительной настройки для изображений, полученных другими устройствами.
9. Получение средней интенсивности в каждом прямоугольнике;
10. Если максимум этого графика не является Х=1, то часть удаляется до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение Y. Деление оставшегося графика на 3 части;
11. Вычисление наклона на графике по первому графику. Это всегда является отрицательным значением.
a. Высокое зеркальное отражение должно приводить к высокому отрицательному числу.
b. Диффузное отражение должно приводить к низким отрицательным числам.
12. Усреднение результата наклона, полученного для четырех изображений.
На ФИГ. 15 схематически изображено необработанное изображение на ФИГ. 15а; на ФИГ. 15b показано обработанное изображение, такое как после FFC. На ФИГ. 15с показана область с максимальной интенсивностью MI, при этом область обозначена ссылочным обозначением 1001. Ссылочное обозначение 104 указывает на линию, соединяющую первую область 1001 и вторую область 1002, которая выполнена на некотором расстоянии. Перемещение от первой области 1001 ко второй области 1002 вдоль линии 104 по существу может быть таким же, что и перемещение окна вдоль оптической оси. На ФИГ. 15d показан профиль интенсивности вдоль этой линии. Наклон 1005 и/или область 1006 под кривой могут быть использованы в качестве меры для параметра кожи.
Соотношение зеркальной и диффузной интенсивности:
Прямо отраженный свет (направляемый зеркалом под тем же углом в канал отражения) и диффузно отраженный (рассеянный) свет принимаются двумя отдельными каналами измерения. Рассеянный/диффузный отраженный свет измеряется под углом 0° (полностью вертикально над измеряемой поверхностью), предполагая, что свет рассеивается таким же образом при углах всех градусов (диффузный канал). Эти зеркальные и диффузные составляющие пространственно разделены, но обнаруживаютя на одной и той же плоскости датчика и используют освещение широкополосной длины волны и широкий диапазон угла освещения и обнаружения. Способ основан на вычислении соотношения интенсивности в исследуемой области вокруг места зеркального отражения относительно таковой диффузного света. Эти исследуемые области подобны областям, используемым для оценки блеска на основе наклона (угла). Таким образом, соотношение зеркальной интенсивности к диффузной дает максимальные значения для образцов с высокими значениями блеска, таких как зеркало (~ 1).
В частности, в этом способе средние интенсивности области с наиболее сильным отражением сравниваются со средними интенсивностями области диффузного отражения.
1. Над областью прямоугольника с наиболее сильным зеркальным отражением вычисляются средние интенсивности;
2. Подобным образом, над областью прямоугольника с максимальным диффузным отражением вычисляются средние интенсивности; и
3. Вычисленное соотношение представляет собой соотношения интенсивностей (этап 1/ этап 2).
Способ формирования изображений с разностью поляризаций (способ, аналогичный SAMBA):
в данном способе может использоваться информация о поляризационном канале в дополнение к каналу неполяризованного освещения. Кожа освещалась поляризованным и неполяризованным светом последовательно и обнаруживалась с использованием поляризационного датчика-камеры. В целом, принцип измерения в данном способе основан на формировании изображений с разностью поляризаций и подобен тому, что используется в профессиональном устройстве для измерения блеска, таком как SAMBA. Однако здесь авторы использовали неполяризованный свет и поляризационный фильтр. Для вычисления в способе, аналогичном SAMBA, авторы используют источники поляризованного и неполяризованного света. Источники неполяризованного света имеют зеркальные и диффузные составляющие, тогда как поляризованный свет имеет только диффузные составляющие. Для получения зеркальной составляющей, поляризованное изображение вычитается из неполяризованного изображения.
1. Изображения из поляр._BR и поляр._TL обрабатываются вместе с изображениями неполяр._BR и неполяр._TL.
2. Преобразование изображения из RGB в оттенки серого.
3. Применение FFC к изображению в оттенках серого.
4. Для дальнейшей обработки авторы преобразовали изображение через его симметрию, т.е. максимальное отражение должно быть вверху справа (TR).
Изображения поляр._BR и неполяр._BR преобразуются через горизонтальную симметрию, тогда как поляр._TL и неполяр._TL преобразуются через вертикальную симметрию.
5. Для каждых четырех изображений средняя интенсивность вычисляется в пределах прямоугольника 200х200, который находится в центре изображения. Прямоугольник выбирается таким образом, что имеется лишь диффузное отражение. Располагая этими значениями интенсивности, представляется возможной компенсация интенсивности света между изображениями. Размер прямоугольника задан заранее для настоящей системы.
6. Вычисление 2 соотношений
a. Соотношение_BR = интенсивность поляр._BR/интенсивность неполяр._BR
b. Соотношение TL = интенсивность поляр._TL/интенсивность неполяр._TL.
7. Деление неполяризованных изображений на их соотношения.
8. Добавление поляризованных изображений, что в результате дает только 1 поляризованное изображение.
9. Добавление неполяризованных изображений, что в результате дает только 1 неполяризованное изображение.
10. Вычитание: Неполяризованное – Поляризованное.
11. Вычисление средней интенсивности и ее стандартного отклонения во всем результирующем изображении.
12. Средний результат Samba / stdev.
Средний размер BLOB и максимальный размер BLOB;
Данный способ основан на среднем размере и максимальном размере BLOB (большого бинарного объекта), находящегося на изображении, и является более релевантным для количественной оценки характеристик кожи, связанных с жирностью, а не с блеском. Взаимосвязь между блеском и жирностью кожи по-прежнему следует хорошо понимать. BLOB можно увидеть в качестве группы пикселей, следующих друг за другом, с одинаковыми характеристиками. Интенсивность пикселей должна быть выше некоторого уровня. Способ основан на визуальном представлении жира на изображении. Могут быть выполнены следующие этапы:
1. Авторы используют лишь изображения из неполяризованного света (BR, TL, BL и TR).
2. Преобразование изображения из RGB в оттенки серого.
3. Применение FFC к изображению в оттенках серого.
4. Определение максимальной интенсивности пикселя на изображении.
a. Определение пороговых значений изображения, например, с 80% или 90% или 95% максимального значения. И создание бинарного изображения (Выше порогового значения = 1; Ниже порогового значения = 0).
5. Вычисление BLOB, используя способность соединения 8 устройств.
6. Вычисление среднего размера по всем BLOB.
7. Вычисление максимального размера BLOB.
8. Вычисление средних значений по 4 изображениям (полученным с помощью четырех источников света, которые расположены в кольцевой конфигурации).
Количество пикселей выше порогового значения:
Данный способ основан на отличиях интенсивности зеркально и диффузно отраженного света. Зеркальное отражение ярче и, следовательно, может быть использовано для количественной оценки степени блеска после определения пороговых значений изображения. Здесь авторы используют диапазон пороговых значений для облегчения лучшего установления различия цвета кожи, а также для создания более чувствительного способа для учета дополнительной информации, когда FFC не проводится. Данная информация может быть отброшена, когда учитывается только интенсивность пикселей выше конкретного порогового значения. Основной недостаток этого алгоритма заключается в том, что пороговые значения должны быть настроены для конкретных случаев.
1. Четыре изображения (BR, TL, BL и TR) обрабатываются отдельно.
2. Для каждого такого изображения: каналы R, G и В корректируются по плоскому полю каналами R, G и В, соответственно, эталонного изображения с использованием спектралона.
3. Использование множества пороговых значений {110, ..... 180, ….., 220} для откорректированного канала В и {120} для откорректированных каналов R и G для определения пороговых значений изображения.
4. Подсчет количества пикселей с интенсивностью выше выбранного порогового значения.
5. Полученное в результате количество пикселей получено путем усреднения количества пикселей, вычисленных для каждого изображения BR, TL, BL и TR.
Взвешенное количество пикселей выше порогового значения:
Данный способ также основан на отличиях интенсивности зеркально и диффузно отраженного света. Авторы выбирают некоторые значения интенсивности RGB путем определения пороговых значений изображения и на основании этого выполняем представленные ниже этапы. Все пиксели, находящиеся выше некоторого порогового значения, дают одно и то же значение (1) независимо от фактических уровней интенсивности пикселей. Поскольку более яркие зеркальные отражения соответствуют более высоким значениям блеска, в данном способе авторы взвешивают заранее выбранный пиксель по значениям его интенсивности. Следующие этапы описывают детали алгоритма:
1. Изображения BR, TL, BL и TR обрабатываются отдельно.
2. Для каждого такого изображения: каналы R, G и В корректируются по плоскому полю каналами эталонного RGB-изображения (спектралон), если используется FFC.
3. Преобразование RGB-изображения в оттенки серого.
4. Использование множества пороговых значений {110, ..... 180, …. 220} для откорректированного канала В и {120} для откорректированных каналов R и G для определения пороговых значений изображения.
5. Умножение каждого пикселя, находящегося выше порогового значения, на его интенсивность оттенков серого и их суммирование.
6. Нормализация результата по количеству пикселей.
7. Полученное в результате взвешенное количество пикселей получено путем усреднения взвешенного количества пикселей, вычисленных для каждого изображения BR, TL, BL и TR.
Количество BLOB/Средний размер BLOB/Наибольшие BLOB:
Здесь авторы используют множество пороговых значений для выбора количества пикселей (для образования BLOB), где изображение преобразуется в оттенки серого и выбирается 95% максимальной значения интенсивности. Как указано выше, более низкие пороговые значения могут вносить дополнительную важную информацию, в частности, в случае неравномерного освещения.
Основные этапы алгоритма являются следующими:
1. Изображения BR, TL, BL и TR обрабатываются отдельно.
2. Для каждого такого изображения: каналы R, G и В корректируются по плоскому полю каналами эталонного RGB-изображения (спектралон), если используется FFC.
3. Использование множества пороговых значений {110, ....., 180, ….., 220} для откорректированного канала В и {120} для откорректированных каналов R и G для определения пороговых значений изображения.
4. Поиск соединенных пикселей и их аппроксимация по контурам - BLOB.
5. Количество BLOB: Полученное в результате количество BLOB (контуров) получено путем усреднения количества контуров изображений BR, TL, BL и TR.
6. Размер BLOB: Вычисление размера прямоугольников и взятие среднего / взятие наибольшего. И снова, полученный в результате средний размер BLOB / наибольший размер получают путем усреднения средних размеров контура/наибольшего из изображений BR, TL, BL и TR.
Термин «множество» относится к двум или более.
Используемый в настоящем документе термин «по существу», например, «по существу состоит», будет понятен для специалиста в данной области техники. Термин «по существу» также может включать варианты реализации с «полностью», «совершенно», «всеми» и т.д. Таким образом, в вариантах реализации слово «по существу» также может быть удалено. Где применимо, термин «по существу» также может относиться к 90% или выше, например, 95% или выше, в частности, 99% или выше, еще более конкретно, 99,5% или выше, в том числе 100%. Термин «содержать» также включает варианты реализации, в которых термин «содержит» означает «состоит из». Термин «и/или», в частности, относится к одному или более элементам, указанным перед и после «и/или». Например, выражение «элемент 1 и/или элемент 2» и подобные фразы могут относиться к одному или более из элемента 1 и элемента 2. В варианте реализации термин «содержащий» может относиться к «состоящий из», но в другом варианте реализации также может относиться к «содержащий по меньшей мере определенные виды и, при необходимости, один или более других видов».
Кроме того, термины первый, второй, третий и подобные в описании и формуле изобретения используются для отличия между подобными элементами и не обязательно для описания последовательности или хронологического порядка. Следует понимать, что используемые термины являются взаимозаменяемыми при подходящих обстоятельствах и что варианты реализации изобретения, описанные здесь, могут функционировать в других последовательностях, нежели описанные или проиллюстрированные здесь.
Помимо прочего, представленные здесь устройства описаны во время функционирования. Как будет ясно специалисту в данной области техники, изобретение не ограничено способами работы или функционирующими устройствами.
Следует отметить, что вышеуказанные варианты реализации иллюстрируют, а не ограничивают настоящее изобретение, и специалист в данной области техники сможет реализовать широкий ряд альтернативных вариантов реализации без выхода за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения, любые ссылочные обозначения, заключенные в скобки, не следует считать ограничением пункта формулы изобретения. Использование глагола «содержит» и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, отличных от указанных в пункте формулы изобретения. Если контекст явным образом не указывает иное, в описании и формуле изобретения слова «содержать», «содержащий» и подобные следует толковать во включающем смысле в отличие от исключающего или исчерпывающего смысла; то есть в смысле «включающий, но без ограничения». Грамматический показатель единственного числа перед элементом не исключает наличия множества таких элементов. Настоящее изобретения может быть реализовано посредством аппаратного обеспечения, содержащего несколько разных элементов, а также посредством подходящим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на устройство, в котором перечислено несколько средств, несколько из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом аппаратного обеспечения. Сам по себе тот факт, что некоторые меры перечислены во взаимно отличающихся зависимых пунктах, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть с успехом использована.
В изобретении также предложена система управления, которая может управлять аппаратом или устройством, или системой, или которая может исполнять описанный здесь способ или процесс. Кроме того, в изобретении также предложен компьютерный программный продукт, запущенный на компьютере, который функционально соединен или содержится в аппарате или устройстве, или системе, управляет одним или более управляемыми элементами такого аппарата или устройства, или системы.
Изобретение также применимо к устройству, содержащему один или более отличительных признаков, описанных в описании и/или показанных на прилагаемых чертежах. Изобретение также относится к способу или процессу, включающему один или более отличительных признаков, описанных в описании и/или показанных на прилагаемых чертежах.
Различные аспекты, описанные в данном патенте, могут быть скомбинированы для обеспечения дополнительных преимуществ. Кроме того, специалисту в данной области техники будет ясно, что варианты реализации могут быть скомбинированы, а также что может быть скомбинировано более чем два варианта реализации. Кроме того, некоторые признаки могут образовывать основание для одной или более выделенных заявок.