CN113080848B - 近红外光皮肤检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近红外光皮肤检测装置，包括：至少两个具有不同光谱波段的发光单元，用于发射不同波长的近红外光；至少两个驱动单元，不同的驱动单元用于驱动不同的发光单元发光；光电传感器；控制模块，与各所述驱动单元及光接收单元连接，用于控制各所述驱动单元分时驱动各所述发光单元发光，并接收所述光电传感器分时采集的经待测目标反射的各所述发光单元发出的光信号转换成的电信号，根据所述光信号的光强得到待测目标的皮肤状态。本发明可以以较低的成本有效地获取面部皮肤不同波段的红外线吸收情况信息，较为准确地检测出皮肤状态。

Description

近红外光皮肤检测装置及方法

技术领域

本发明涉及皮肤检测，特别是涉及一种近红外光皮肤检测装置，还涉及一种近红外光皮肤检测方法。

背景技术

面部皮肤的质量影响到人们工作和生活状态，在面部皮肤诊断的主要方法仍然是观察结合闻讯的方法，即有经验的医师观察皮肤的纹理、颜色，然后询问患者的有关情况，然后根据积累的专家经验对皮肤进行病情诊断。近年来也出现了一些面部皮肤诊断的仪器，但这些仪器有的不能检测到皮肤内层的特征，有的成本昂贵。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够检测皮肤内层情况且成本低的近红外光皮肤检测装置。

一种近红外光皮肤检测装置，包括：至少两个具有不同光谱波段的发光单元，用于发射不同波长的近红外光；至少两个驱动单元，不同的驱动单元用于驱动不同的发光单元发光；光电传感器；控制模块，与各所述驱动单元及光接收单元连接，用于控制各所述驱动单元分时驱动各所述发光单元发光，并接收所述光电传感器分时采集的经待测目标反射的各所述发光单元发出的光信号转换成的电信号，根据所述光信号的光强得到待测目标的皮肤状态。

在其中一个实施例中，所述控制模块得到待测目标的皮肤状态，包括使用支持向量机的方式，通过皮脂量分类器和水分分类器，得到皮脂含量状态和水分状态。

在其中一个实施例中，各所述发光单元均包括近红外发光二极管。

在其中一个实施例中，所述光电传感器包括铟镓砷光电二极管。

在其中一个实施例中，所述控制模块通过输出脉冲宽度调制信号控制各所述驱动单元，所述近红外光皮肤检测装置还包括与驱动单元数量相等的交变脉冲转直流电路，各所述交变脉冲转直流电压电路用于将控制模块输出的脉冲宽度调制信号转换为直流信号。

在其中一个实施例中，所述发光单元及驱动单元的数量均为4，4个发光单元的发光波长分别为1050nm、1200nm、1300nm和1550nm。

在其中一个实施例中，还包括发射接收同轴光路模组，所述发射接收同轴光路模组在从各所述发光单元到所述光电传感器的光路上依次包括：合光透镜；合光光阑，位于所述合光透镜的焦点上；第一聚光透镜；半反射镜；第二聚光透。

上述近红外光皮肤检测装置，使用多个单波段且波长各不相同的近红外发光单元分时发射近红外光波来实现近红外波段内不同波长的发光检测，相对于其他多波长发光检测的实现方案(例如NIR长波光谱仪)成本更低。由于不同基团分子(包括甲基、亚甲基、苯环)红外吸收波长和强度均有所不同，多波长的近红外光适合于检测碳氢基的有机物质，通过光电传感器分时采集各波段的近红外光被吸收的光强，可以有效的获取面部皮肤不同波段的红外线吸收情况信息，较为准确地检测出皮肤状态。

还有必要提供一种近红外光皮肤检测方法，包括：通过发光波段不同的至少两个发光单元分时发射不同光谱波段的近红外光；分时采集各所述发光单元经待测目标反射的近红外光反射光；根据分时采集的所述近红外光反射光的光强得到待测目标的皮肤状态。

在其中一个实施例中，所述根据分时采集的所述近红外光反射光的光强得到待测目标的皮肤状态的步骤包括：将当前每个波段的所述光强的测量值与对应波段的基准值进行差分，得到的差分数据组成特征向量；使用支持向量机的方式，将所述特征向量输入皮脂量分类器和水分分类器，得到皮脂含量状态和水分状态。

在其中一个实施例中，所述通过发光波段不同的至少两个发光单元分时发射不同光谱波段的近红外光的步骤，和所述分时采集各所述发光单元经待测目标反射的近红外光反射光的步骤，是在完成一个发光单元的发光和反射光采集后，再进行下一个发光单元的发光和反射光采集。

还有必要提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例的方法中的步骤。

还有必要提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现如前述任一实施例所述的方法中的步骤。

附图说明

为了更好地描述和说明这里公开的那些发明的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的发明、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些发明的最佳模式中的任何一者的范围的限制。

图1是一实施例中近红外光皮肤检测装置的原理结构示意图；

图2是一实施例中微处理器的内部定时器的中断服务程序的流程图；

图3是一实施例中微处理器的内部定时器的主控程序流程图；

图4a是控制模块111的核心数字电路部分的电路原理图，图4b是4个PWM信号输出隔离电路及4个驱动单元的电路原理图；

图5是一实施例中发射接收同轴光路模组的光路示意图；

图6是一实施例中近红外光皮肤检测装置标定和测量流程图；

图7是一实施例中SVM皮脂量分类器的示意图；

图8是一实施例中SVM水分分类器的示意图；

图9是一实施例中近红外光皮肤检测方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

示例性的面部皮肤检测仪是使用光学拍照的原理，使用从蓝色波段到近红外照明光源照射皮肤，然后使用摄像头采集皮肤表面的图像，通过以上方式可以把皮肤表面的特征检测出来，例如色斑、痤疮等表面皮肤缺陷和炎症。但是色斑、痤疮等症状只是皮肤患病的表征，只针对表征进行治疗，往往效果并不好，复发概率较高。在生理结构上，皮肤由外到内分成表皮层、真皮层和皮下层，真皮层和皮下层的内层皮肤的皮脂含量、皮肤水分的多少和分布对皮肤炎症产生有重要影响，使用当前的成像法皮肤检测仪，不能检测到皮肤内层的特征。有些研发机构和个人开发了波长在650-1050nm单波段的皮肤红外检测仪，这种红外检测仪仍然只能检测皮肤浅层的信息，穿透力有限，不能检测皮肤皮脂和含水量信息。

波段在900-2500nm红外线属于NIR(Near infra-red，近红外)光谱长波区间，在此区间不同基团分子(包括甲基、亚甲基、苯环)红外吸收波长和强度均有所不同，因此波长适合于检测碳氢基的有机物质，可以用于检测皮肤内层(包括皮肤表层以下)的油脂和水分多少。NIR长波光谱仪使用光学分光原理，可以有效的检测出这个波段各个波长的光谱吸收率。但是NIR长波光谱仪成本昂贵，需要外置光源，数据在测量完后使用外部总线接口传输到计算机，然后使用专用的软件进行分析，操作复杂，测试效率低，因此限制了其推广应用。

本申请提出一种近红外光皮肤检测装置，包括控制模块、光电传感器、多个发光单元及多个驱动单元。其中发光单元包括至少两个种类，不同种类的发光单元具有不同的发光波段，且均为近红外波段。不同的驱动单元用于驱动不同的发光单元发光，驱动单元可以与发光单元一一对应(数量相等)。控制模块与各驱动单元及光接收单元连接。在近红外光皮肤检测装置工作时，控制模块控制各驱动单元分时驱动各发光单元发光，待测目标(例如人脸皮肤)将各发光单元发出的光波反射，控制模块控制光电传感器分时接收反射的光信号，并由光电传感器将光信号转换成与光前对应的电信号，控制模块再根据该电信号得到待测目标的皮肤状态。

上述近红外光皮肤检测装置，使用多个单波段且波长各不相同的近红外发光单元分时发射近红外光波来实现近红外波段内不同波长的发光检测，相对于其他多波长发光检测的实现方案(例如NIR长波光谱仪)成本更低。由于不同基团分子(包括甲基、亚甲基、苯环)红外吸收波长和强度均有所不同，多波长的近红外光适合于检测碳氢基的有机物质，通过光电传感器分时采集各波段的近红外光被吸收的光强，可以有效的获取面部皮肤不同波段的红外线吸收情况信息，较为准确地检测出皮肤状态，避免了使用昂贵的近红外波段的图像传感器器件。

图1是一实施例中近红外光皮肤检测装置的原理结构示意图，在该实施例中，发光单元(图1中未示)及驱动单元均为4个(第一驱动单元103、第二驱动单元104、第三驱动单元105、第四驱动单元106)，每个驱动单元与一个发光单元电连接。在本申请的一个实施例中，采用近红外发光二极管(LED)作为发光单元，4个发光单元的发光波长分别是1050nm、1200nm、1300nm和1550nm。

在本申请的一个实施例中，为了检测从待测皮肤表面反射回来的近红外的900-1700nm波长的光线，光电传感器101采用铟镓砷光电二极管。

在本申请的一个实施例中，光电传感器101与控制模块111之间还连接有信号调理电路。信号调理电路用于将微弱的光电流转换到0-3V电压后输出给控制模块111。

在本申请的一个实施例中，控制模块111为32bit工业微处理器(MCU)。微处理器可以使用型号为STM32F103的ARM内核控制器，微处理器有多种资源，包括定时器，串口收发器等数字IO输入输出端口。微处理器通过内部AD转换器将信号调理电路输出的电压转换为光电流相关的模拟电压值。

在本申请的一个实施例中，近红外光皮肤检测装置还包括上位机通讯接口以及人机交互接口，上位机通讯接口与人机交互接口连接。用户可以通过人机交互接口发出“检测”、“标定”、“OK”、“开机/关机”、“设置”等相应命令，微处理器接收到这些命令后进行相应处理。

在本申请的一个实施例中，控制模块111通过输出脉冲宽度调制(PWM)信号控制各驱动单元来调节各发光单元的发光强度。近红外光皮肤检测装置还包括与驱动单元数量相等的PWM信号输出隔离电路，PWM信号输出隔离电路连接于驱动单元与控制模块111之间。PWM信号输出隔离电路可以包括交变脉冲转直流电路，交变脉冲转直流电压电路用于将控制模块111输出的PWM信号转换为直流信号。

具体地，控制模块111可以在外部命令(通过人机交互接口)的控制下，输出占空比按照正弦波变化的可变时间长度的PWM信号，各驱动单元依据PWM信号的占空比控制相应发光单元的发光强度。微处理器可以使用高精度定时器生成四路独立的PWM信号，通过改变每个脉冲周期的脉冲时间宽度控制光源的电流大小，从而实现光源的无级连续控制。

在本申请的一个实施例中，PWM信号的生成方法为使用一个微处理器的内部定时器TIM1，使用微处理器的自动重装寄存器(auto-reload register，ARR)和预分频寄存器PSC配置PWM的频率fc，fc的频率值如式(1)所示：

式中f是微处理器的***时钟频率，ARR是自动重装寄存器的寄存器值，PSC是预分频寄存器的寄存器值。

微处理器的内部定时器TIM1有四个正极性的输出IO端口，其分别定义在处理器的PA8,PA9,PA10和PA11引脚，每一个引脚可以输出一路PWM信号，占空比使用捕获比较寄存器(capture-compare register，CCR)控制。启动PWM输出功能后，TIM1开始向上或者向下计数，当计数个数达到CCR值时，IO端口输出低电平，否则输出高电平，TIM1一直计数到预设的ARR值时定时器计数重新归零。在输出PWM信号之前开启微处理器的TIM1中断服务功能，在中断服务程序计数PWM波的个数。中断服务程序和检测装置的主控程序使用全局信号变量进行同步，TIM1的中断服务程序和主控程序流程图分别为图2和图3所示，它们的运行过程如下：

1)使用sel变量标记选择哪个通道启动，使用FIN1，FIN2，FIN3，FIN4标记哪个通道PWM信号输出结束。FIN1＝1，FIN2＝0，FIN3＝0，FIN4＝0为通道1输出结束，FIN1＝0，FIN2＝1，FIN3＝0，FIN4＝0为通道2输出结束，FIN1＝0，FIN2＝0，FIN3＝1，FIN4＝0为通道3输出结束，FIN1＝0，FIN2＝0，FIN3＝0，FIN4＝1为通道4输出结束。

2)如图3流程所示的主控程序，首先设置PWM输出的时间长度、脉冲频率以及占空比等参数，然后打开通道1，从编址PA8的IO引脚输出PWM信号，随后设置变量sel＝1，等待通道1输出结束，FIN1用于检测通道1输出结束；图2所示的TIM1中断服务程序检测到变量sel＝1，即对通道1输出脉冲进行计数，当计数值达到设定数目时候，关闭PA8输出，设置FIN1＝1，以便使得主控程序检测到通道1输出结束。主控程序在检测到通道1输出结束后，经过必要的延时后，启动通道2，即从PA9的IO引脚输出PWM信号，启动通道2后设置sel＝2，中断服务程序检测到变量sel＝2后对通道2的PWM信号进行计数，通道2输出结束后设置FIN2＝1，FIN1＝0，FIN3＝0，FIN4＝0，以便通知主控程序输出结束。后续通道3、通道4的PWM输出机制和通道1、通道2类同。

3)主控程序在选择不同通道输出之前，也启动ADC进行采样，当PWM信号输出结束后，主控程序关闭ADC采样，记录采样数据到不同的通道存储变量中。

图4a是控制模块111的核心数字电路部分的电路原理图，图4b是4个PWM信号输出隔离电路及4个驱动单元的电路原理图。使用图4b所示的电路将4路PWM信号转换成模拟电压来控制近红外LED器件(D1、D2、D3及D4)流过的电流。图4a中每个PWM信号的输出引脚(PA8、PA9、PA10及PA11)连接到图4b的模拟信号转换电路上，每个模拟信号转换电路使用了一个二阶阻容滤波电路将PWM数字脉冲转换成直流电压，运算放大器LM324比较该直流电压和近红外LED的反馈电压(LED阴极b1、b2、b2、b4的电压)，根据比较结构来调节晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的导通程度，从而控制近红外LED(D1、D2、D3及D4)的电流。在本申请的一个实施例中，近红外LED的额定电流为20毫安，将反馈电阻Rs1、Rs2、Rs3 Rs4设置为75欧。使用微处理器调节输出PWM信号的占空比，可以调节LED电流，从而调节LED的发光强度。

在本申请的一个实施例中，近红外光皮肤检测装置还包括发射接收同轴光路模组，实现一体化的红外光投影和接收。参见图5，发射接收同轴光路模组在从发光单元到光电传感器的光路上依次包括：合光透镜502、合光光阑507、第一聚光透镜503、半反射镜504、第二聚光透镜506。在本申请的一个实施例中，第一聚光透镜503为准直聚焦透镜。

在图5所示的实施例中，近红外光皮肤检测装置包括多波段LED光源板501，多波段LED光源板501包含4种波长的红外LED灯珠，波长分别是1050、1200、1300及1550nm。进一步地，LED灯珠以2x2矩阵方式安装在一块白色电路板上。LED发射的红外光经过合光透镜502、合光光阑507、第一聚光透镜503及半反射镜504的光学路径投影到人脸皮肤上。合光透镜502的后焦距为16mm，合光光阑507位于合光透镜502的后焦点上。第一聚光透镜503采用长焦距25mm镜片，第一聚光透镜503放置在距离合光光阑507五十毫米的位置处。半反射镜504将被第一聚光透镜503聚焦的近红外光投射出去。近红外光投射到皮肤后，皮肤皮脂和水分含量多少会影响到近红外光的吸收系数，当皮脂含量较高或者皮肤内水分较多的时候，红外光吸收多，反射强度小。被皮肤反射回来的近红外光穿过半反射镜504，再经过第二聚光透镜506汇聚后照射在光电传感器101的接收靶面上，光照强度和光电传感器101内部光电效应的光电流成正比，光电流经过信号调理电路转换成0-3V的模拟电压值，然后模拟电压输入微处理器的ADC转换器，转换成数字信息。

近红外光的发射和接收采用同轴光路结构，具有结构紧凑，空间利用率高，光学部件安装和调试方便的优点。

在本申请的一个实施例中，第二聚光透镜506为13mm焦距的凸透镜，距半反射镜504中心的距离为25mm。第二聚光透镜506后端面距光电传感器101的感光面17mm。为了感应到红外光900-1700nm波段的光波，光电传感器101可以使用InGaAs类型的近红外光电二极管器件。

在本申请的一个实施例中，控制模块111使用支持向量机的方式，通过皮脂量分类器和水分分类器，得到皮脂含量状态和水分状态。具体地，近红外光皮肤检测装置的运行过程包括“标定”和“测量”两个流程。图6是一实施例中近红外光皮肤检测装置标定和测量流程图。在“标定”过程中，进行近红外线发射、采样、滤波处理，然后将接收到的近红外光强度写入数据库，作为比较的基准值。在“测量”运行过程中，执行红外线发射、采样、滤波处理、读出比较的基准值，然后将当前测量的实际值和基准值进行差分。4个波段1050nm,1200nm,1300nm和1550nm的红外光波实际测量值均和其基准值进行差分，4个差分数据组成特征向量，使用机器学习对特征向量进行判断，输出皮肤的状态。

在本申请的一个实施例中，控制模块111的微处理器主使用低功耗32bit处理器，因此分类算法使用运算量较小的支持向量机(SVM)。皮脂量分类器和水分分类器的输入使用四路光谱传感器响应值a1、a2、a3、a4(即上文提到的微处理器ADC转换器分时数字化输出值)，对四个响应值进行标准化。标准化公式可以如式(2)所示：

式中a_n的n＝1,2,3,4；a是归一化系数，即每个输入(a1-a4)的最大值和最小值之差。

皮脂量分类器如图7所示。用于皮肤内层皮脂检测，使用3层SVM支持向量机结构，每一个支持向量机采用二分类结构。第一层分类“皮脂多”和“皮脂少”，即{皮脂多，皮脂少}，第二层对“皮脂多”分类为“皮脂很多”，“皮脂较多”，对“皮脂少”分类为“皮脂较少”，“皮脂很少”。第三层将“皮脂较多”的类别细化成“皮脂较多”和“皮脂中等”。总之对于皮肤内层皮脂最终分类为{“皮脂很多”，“皮脂较多”，“皮脂中等”，“皮脂较少”，“皮脂很少”}，每一层类别编码为{1，-1}，如图7所示，分支左边编码为1，右边为-1。

水分分类器如图8所示，用于皮肤干湿程度检测，预测含水量指标，使用3层SVM支持向量机结构，每一个支持向量机采用二分类结构。第一层分类“水分多”和“水分少”，即{水分多，水分少}，第二层对“水分多”分类为“水分很多”，“水分较多”，对“水分少”分类为“水分较少”，“水分很少”。第三层将“水分较多”的类别细化成“水分较多”和“水分中等”。总之对于皮肤内层水分最终分类为{“水分很多”，“水分较多”，“水分中等”，“水分较少”，“水分很少”}，每一层类别编码为{1，-1}，如图8所示，分支左边编码为1，右边为-1。

通过使用SVM分类器，将皮肤状态进行分类，为后续治疗提供指导。配合图像法面部皮肤诊断仪使用将取得更好的诊疗效果。

经过SVM分类器，皮肤类别编码如下所示，第一位是检测项目编码，0是皮脂，1位水分。

皮脂编码：

{0，1，1，1}皮脂很多

{0，1，0，1}皮脂较多

{0，1，0，0}皮脂中等

{0，0，1，0}皮脂较少

{0，0，0，0}皮脂很少

皮肤干湿程度类别编码：

{1，1，1，1}水分很多

{1，1，0，1}水分较多

{1，1，0，0}水分中等

{1，0，1，0}水分较少

{1，0，0，0}水分很少

近红外光皮肤检测装置使用四位编码值保存皮肤的类别属性，可以使用串口传输到上位机。

上述方案使用机器学习方法处理皮肤特征分类问题，设计了皮脂量和水分两种指标的支持向量机分类器，使用二叉树方法进行支持向量机的多分类，使用机器学习的支持向量机分类算法处理多通道红外线采集数据，皮肤分类后类别属性使用二进制进行编码，可以快速建立分类器模型，耗费的硬件资源较少，可以经济地对皮肤状态进行分类判断。

本申请相应提供一种近红外光皮肤检测方法。图9是一实施例中近红外光皮肤检测方法的流程图，包括下列步骤：

S910，通过发光波段不同的至少两个发光单元分时发射不同光谱波段的近红外光。

在本申请的一个实施例中，发光单元的数量为4个，4个发光单元的发光波长分别是1050nm、1200nm、1300nm和1550nm。

S920，分时采集各发光单元经待测目标反射的近红外光反射光。

在本申请的一个实施例中，采用铟镓砷光电二极管采集反射光。

S930，根据分时采集的近红外光反射光的光强得到待测目标的皮肤状态。

根据上述近红外光皮肤检测方法得到的皮肤状态可以作为中间结果，辅助医师进行皮肤炎症的诊断。

在本申请的一个实施例中，步骤S930包括：将当前每个波段的所述光强的测量值与对应波段的基准值进行差分，得到的差分数据组成特征向量。使用支持向量机的方式，将所述特征向量输入皮脂量分类器和水分分类器，得到皮脂含量状态和水分状态。

在本申请的一个实施例中，步骤S910和S920是在完成一个发光单元的发光和反射光采集后，再进行下一个发光单元的发光和反射光采集。具体可参考图6。

在本申请的一个实施例中，近红外光皮肤检测方法包括标定流程和测量流程。标定流程包括步骤S910和S920，然后对采集到的反射光对应的电信号进行放大、滤波及模数转换处理，将得到的光强写入数据库作为比较的基准值。测量流程同样包括步骤S910和S920，然后对采集到的反射光对应的电信号进行放大、滤波及模数转换处理，将得到的当前光强值和基准值进行差分，得到的差分数据组成特征向量。

在本申请的一个实施例中，还包括对所述基准值和当前光强值进行标准化处理的步骤。标准化处理可以使用公式(2)进行。皮脂量分类器和水分分类器的构建可以参考图7和图8。

应该理解的是，虽然本申请的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，本申请流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的方法中的步骤。

本申请还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现如前述任一实施例所述的方法中的步骤。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种近红外光皮肤检测装置，其特征在于，包括：

至少两个具有不同光谱波段的发光单元，用于发射不同波长的近红外光；

至少两个驱动单元，不同的驱动单元用于驱动不同的发光单元发光；

光电传感器；

控制模块，与各所述驱动单元及所述光电传感器连接，用于控制各所述驱动单元分时驱动各所述发光单元发光，并接收所述光电传感器分时采集的经待测目标反射的各所述发光单元发出的光信号转换成的电信号，根据所述光信号的光强得到待测目标的皮肤状态；所述得到待测目标的皮肤状态包括将每个波段的所述光强的测量值与对应波段的基准值进行差分，得到的差分数据组成特征向量，使用支持向量机的方式，将所述特征向量输入皮脂量分类器和水分分类器，得到皮脂含量状态和水分状态；

所述控制模块还用于将各所述电信号转换成数字信号，并对所述数字信号进行标准化，标准化公式为：

其中a_n的n＝1,2,3,4；a是归一化系数，即每个输入的最大值和最小值之差；

所述皮脂量分类器使用3层支持向量机结构，每一个支持向量机采用二分类结构，第一层分类“皮脂多”和“皮脂少”；第二层对“皮脂多”分类为“皮脂很多”，“皮脂较多”，对“皮脂少”分类为“皮脂较少”，“皮脂很少”；第三层将“皮脂较多”的类别细化成“皮脂较多”和“皮脂中等”；

所述水分分类器使用3层支持向量机结构，每一个支持向量机采用二分类结构，第一层分类“水分多”和“水分少”；第二层对“水分多”分类为“水分很多”，“水分较多”，对“水分少”分类为“水分较少”，“水分很少”；第三层将“水分较多”的类别细化成“水分较多”和“水分中等”。

2.根据权利要求1所述的近红外光皮肤检测装置，其特征在于，各所述发光单元均包括近红外发光二极管。

3.根据权利要求1所述的近红外光皮肤检测装置，其特征在于，所述光电传感器包括铟镓砷光电二极管。

4.根据权利要求1所述的近红外光皮肤检测装置，其特征在于，所述控制模块通过输出脉冲宽度调制信号控制各所述驱动单元，所述近红外光皮肤检测装置还包括与驱动单元数量相等的交变脉冲转直流电路，各所述交变脉冲转直流电压电路用于将控制模块输出的脉冲宽度调制信号转换为直流信号。

5.根据权利要求1所述的近红外光皮肤检测装置，其特征在于，所述发光单元及驱动单元的数量均为4，4个发光单元的发光波长分别为1050nm、1200nm、1300nm和1550nm。

6.根据权利要求1所述的近红外光皮肤检测装置，其特征在于，还包括发射接收同轴光路模组，所述发射接收同轴光路模组在从各所述发光单元到所述光电传感器的光路上依次包括：

合光透镜；

合光光阑，位于所述合光透镜的焦点上；

第一聚光透镜；

半反射镜；

第二聚光透。

7.一种近红外光皮肤检测方法，包括：

通过发光波段不同的至少两个发光单元分时发射不同光谱波段的近红外光；

光电传感器分时采集各所述发光单元经待测目标反射的近红外光反射光；

根据分时采集的所述近红外光反射光的光强得到相应的电信号和待测目标的皮肤状态，包括将当前每个波段的所述光强的测量值与对应波段的基准值进行差分，得到的差分数据组成特征向量，使用支持向量机的方式，将所述特征向量输入皮脂量分类器和水分分类器，得到皮脂含量状态和水分状态；

所述方法还包括对将各所述电信号转换成数字信号，并对所述数字信号进行标准化的步骤，标准化公式为：

其中a_n的n＝1,2,3,4；a是归一化系数，即每个输入的最大值和最小值之差；

所述皮脂量分类器使用3层支持向量机结构，每一个支持向量机采用二分类结构，第一层分类“皮脂多”和“皮脂少”；第二层对“皮脂多”分类为“皮脂很多”，“皮脂较多”，对“皮脂少”分类为“皮脂较少”，“皮脂很少”；第三层将“皮脂较多”的类别细化成“皮脂较多”和“皮脂中等”；

所述水分分类器使用3层支持向量机结构，每一个支持向量机采用二分类结构，第一层分类“水分多”和“水分少”；第二层对“水分多”分类为“水分很多”，“水分较多”，对“水分少”分类为“水分较少”，“水分很少”；第三层将“水分较多”的类别细化成“水分较多”和“水分中等”。

8.根据权利要求7所述的近红外光皮肤检测方法，其特征在于，所述通过发光波段不同的至少两个发光单元分时发射不同光谱波段的近红外光的步骤，和所述分时采集各所述发光单元经待测目标反射的近红外光反射光的步骤，是在完成一个发光单元的发光和反射光采集后，再进行下一个发光单元的发光和反射光采集。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7或8所述的方法中的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求7或8所述的方法中的步骤。

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