JP3219550B2 - 肌の表面状態の解析システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、肌の表面を撮影して画
像解析の手法により肌の表面状態を解析するシステムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】しみ・そばかすを目立たなくするために
塗るファンデーションには様々なタイプがあり、肌の性
質、状態に応じて適切な選択をすることが望ましい。こ
の場合に重要な要素の１つに毛穴の大きさがある。すな
わち、毛穴のサイズが大きい肌の場合にはいわゆる“毛
穴おち”を生じやすく、そうなると毛穴に顔料がつまっ
てしまって仕上りが悪くなるので、ファンデーションと
してはパウダリータイプよりもリキッドタイプが適す
る。また、しみ・そばかすの濃さも重要な要素であり、
濃い場合にはカバー力の強いファンデーションが適す
る。したがって、これらの要素を客観的に評価すること
ができる装置が開発されれば、化粧品のユーザの肌の状
態及びそれに適した化粧品を適確に示すことができ、販
売の促進につながる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の主
要な目的は、肌の表面に存在する毛穴の大きさ（面積）
を測定し、評価することの可能な肌の表面状態の解析シ
ステムを提供することにある。本発明の他の目的は、毛
穴の大きさとともに色素の濃さの客観的な指標が得ら
れ、それらを総合した形で出力することのできる肌の表
面状態の解析システムを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の肌の表面状態の
解析システムは、肌の表面を撮影した画像を出力する撮
像手段と、該撮像手段が出力する画像を構成する各画素
の輝度レベルを２次元的に平滑化する平滑化手段と、該
平滑化した画像を構成する各画素の輝度レベルと平滑化
前の画像の対応する画素の輝度レベルとの差を計算して
差分画像を出力する差分計算手段と、該差分画像を２値
化することによって毛穴の画像を得る第１の２値化手段
とを具備することを特徴とするものである。

【０００５】前述のシステムはさらに、前記第１の２値
化手段が出力する毛穴の画像から毛穴の面積を算出して
第１の指標とする毛穴面積算出手段と、前記撮像手段が
出力する画像を構成する各画素を、高い輝度レベルを有
する画素の第１の集合と低い輝度レベルを有する画素の
第２の集合とに分割する第２の２値化手段と、該第１及
び第２の集合のそれぞれに属する画素の輝度レベルの平
均値を算出し、両者の差を算出して第２の指標とする濃
さ算出手段と、前記毛穴面積算出手段が算出した第１の
指標を一方の軸とし、該濃さ算出手段が算出した第２の
指標を他方の軸として２次元平面上にプロットしたもの
を出力する出力手段とをさらに具備することが好適であ
る。

【０００６】

【作用】一般に、毛穴の像はしみ・そばかす等による濃
淡と比べてサイズが小さいので、平滑化により除くこと
ができる。したがって平滑化の前後の画像の差分を２値
化することによって毛穴の２値画像が得られる。さら
に、この２値画像から毛穴の面積を算出して毛穴の状態
を表わす指標とし、しみ・そばかすの領域の画素の輝度
レベルの平均値とその他の領域の平均値の差を算出して
しみ・そばかすの濃さを表わす指標とし、両者から肌の
表面状態を２次元平面状にプロットすることによって、
ファンデーションの最適な選択が容易になる。

【０００７】

【実施例】装置の構成 撮像画像からしみ・そばかすおよび毛穴の部分を抽出す
るには、画像の２値化が必要とされる。この場合撮像時
に生じるシェーディングを極力防止しないと、ソフト処
理で苦労する。そこで、シェーディングの発生が少なく
なるように、閃光放電管、ミラーの大きさとその形、さ
らにその空間配置のありようを、試作とテストを繰り返
しながら決定した。結果として、ほぼシェーディングが
生じない、かつまた、紫外領域の照明光を確保する防爆
型石英ガラス製リング状閃光放電管（発光量の粗調整
は、色温度変化が小さいコンデンサー容量の変化で、微
調整は、電圧変化で、任意に調整できるように設計され
ている）を内蔵するエレクトロニックフラッシュを新た
に製作するとともに、３板式ＣＣＤカメラ（東芝製・Ｉ
Ｋ−Ｔ３０Ｃを母体に仕様変更したもの）と１体化した
撮像用トリスペクトラルカメラを新規に開発した。カメ
ラ本体の光学系を図１に示す。

【０００８】光源としての閃光放電管１０はリング状を
なしている。その背後にはリフレクタ１２が配置され
る。リフレクタ１２も同様に全体としてリング状をなし
ており、その鏡面は閃光放電管１０からの光を面１４に
むらなく投光するように設計されている。閃光放電管１
０の前方にはやはりリング状のデフューザ１６が配置さ
れる。デフューザ１６は波長３５０〜７５０nmの光を拡
散透過させる。デフューザ１６は波長３５０〜７５０nm
の光を透過させる２枚のリング状クリアフィルタ１８で
挟まれて固定される。クリアフィルタ１８は放電管１０
が破損したときにガラス片が飛散しないためのプロテク
タの役も果たす。フード２０が設けられ、リフレクタ１
２とともに光源１０からの光が直接後方へ入射しないよ
うにしている。デフューザ１６とクリアフィルタ１８は
フード２０に固定される。デフューザ１６の前方の導光
空間２２は徐々に断面が狭くなっており、その導光空間
２２を定める内壁２４には面１４にむらなくフラッシュ
光を当てるために硫酸バリウム塗装されている。内壁２
４は凹面をなしている。リング状放電管１０の後方のリ
ングの中心軸上には魚眼レンズ２６が配置され、その後
方にＣＣＤカメラ２８が配置される。

【０００９】この装置を皮膚に押し当て放電管１０を放
電させると、その光及びリフレクタ１２の反射光はデフ
ューザ１６で拡散され、皮膚の表面をむらなく照明す
る。照明された皮膚表面の像を魚眼レンズ２６によりＣ
ＣＤカメラ２８内のＣＣＤ素子上に結像させることによ
り、シェーディングのない皮膚表面の画像の信号が得ら
れる。

【００１０】キャリブレーション用キャップ３０は、校
正時にはそれに設けられたピン３２と装置の筐体に設け
られた穴３４とのはめ合いにより、装置に固定される。
キャリブレーション用キャップ３０の内壁には標準灰色
サンプルとしてのタイル３６がはめ込まれており、キャ
ップ３０を装置に装着したときタイル３６の面が面１４
に一致する。

【００１１】後に詳述するように、このキャリブレーシ
ョン用キャップ３０を装着した状態で得られるタイル３
６の像の輝度値を用いて校正することにより、しみ、そ
ばかす等の色の濃さの数値による評価が可能になる。図
２は図１のＣＣＤカメラ２８の詳細な構成を表わす断面
図である。魚眼レンズ２６からの光はＩＲカットフィル
タ４０及びローパスフィルタ４２を経てプリズム４４へ
入射される。プリズム４４の一面にはダイクロイックミ
ラー４６が施されており、この面で波長４００nm近傍の
光成分が反射されて分離されるように角度が設定されて
いる。ダイクロイックミラー４６で反射されなかった光
成分はさらにプリズム４８に入射する。プリズム４８の
一面にもダイクロイックミラー５０が施されており、こ
の面で波長７００nm近傍の光成分が反射されて分離され
るように角度が設定されている。ダイクロイックミラー
５０で反射されなかった光成分はプリズム５２を経て主
波長５５０nm、半値幅±１０nmのバンドパスフィルタ５
４を通過してＣＣＤ素子５６上に結像する。ダイクロイ
ックミラー４６で反射された光成分はプリズム４４の他
の面でさらに反射され、主波長４００nm、半値幅±１０
nmのバンドパスフィルタ５８を通過してＣＣＤ素子６０
上に結像する。ダイクロイックミラー５０で反射された
光はプリズム４８の他の面でさらに反射され、主波長７
００nm、半値幅±１０nmのバンドパスフィルタ６２を通
過してＣＣＤ素子６４上に結像する。

【００１２】上記の構成において、放電管１０（図１）
を放電させると、ＣＣＤ素子５６，６０，６４上にそれ
ぞれ５５０nm（可視領域の中央）、４００nm（紫外領域
の近傍）、及び７００nm（赤外領域の近傍）における画
像に対応する電気信号がシェーディングを生じることな
く得られる。図３は各バンドパスフィルタ５４，５８，
６２の通過特性を表わす。図３から明らかなように、本
発明において使用されるトリスペクトラルカメラには、
通常の３板式カメラと異なり、４００nm，５５０nm，７
００nmを主波長とし、半値幅±１０nmのバンドパスフィ
ルタが使用されており、帯域の狭い３つの波長帯域にお
ける画像（以下、それぞれ近紫外画像、可視画像、及び
近赤外画像と呼ぶこととする）が同時に得られる。な
お、本発明に関する限り、解析は可視画像のみについて
行なわれる。

【００１３】システム全体の構成を図４に示す。本シス
テムには、前述のトリスペクトラルカメラ７０からの画
像信号のレベルを波長別に変換する波長別レベルコント
ローラ７１（後に詳述）と、その出力をアナログ／デジ
タル変換してメモリに一旦格納する画像メモリ７２と、
画像メモリ７２に格納されたデータを適宜読み出して各
種の解析処理を行なうコンピュータ７４が具備されてい
る。コンピュータ７４にはオペレータからの指示を入力
するためのキーボード７６と、解析結果の出力のための
モニタ７８とそのハードコピーを出力するためのビデオ
プリンタ８０と、画像データ及び解析結果等を格納する
ための光磁気ディスク８２が接続されている。

【００１４】波長別画像データの校正 しみ・そばかす画像は、近紫外画像、可視画像、近赤外
画像とも各８ビットでデジタル化され、メモリに記録さ
れる。本システムを使って同一対象の画像を長期にわた
って継時撮像する場合に発生する、管理し得ない変動に
よる画像入力データのバラツキを補正し、継時比較にた
えうる定量的な画像データが常に得られるようにすると
いう目的と、波長によってきまる肌色の分光反射率の存
在範囲内に８ビットを割り振り、検出力をあげることを
狙いとして、以下のようを操作を行う。

【００１５】ミノルタＣＭ−１０００ＨＲを用いて、日
本人女性８２６人（１６才〜５９才）を対象にした肌色
（頬）測定結果から得られた４００nm，５５０nm，７０
０nmにおける分光反射率の平均値と標準偏差は、次に示
す通りである。 波長 反射率の平均値 標準偏差（σ） ４００nm １６．０％ ２．９ ５５０nm ２９．９％ ３．５ ７００nm ５９．４％ ２．４ 従って、４００nmでは、２５％（平均値＋３σ）以上の
反射率を持つ測定対象はほとんどないので、０％〜２５
％に対して８ビットを割り当てることとした。この場
合、反射率と出力される輝度とに線形関係があるとする
と１輝度は、反射率に直すと０．１０％に相当し、きわ
めて高い分解能が得られることになる。

【００１６】５５０nm，７００nmにおいても、同じ考え
方でビットを割り当てることとした。この割り当てのた
めの装置として、４００nm，５５０nm，７００nmにおけ
る撮像対象の反射率に対応する入力電圧を、上記したビ
ット割りに対応した出力電圧に変換する波長別レベルコ
ントローラを新規に設計・製作した。濃いしみ・そばか
すといっても反射率が０％ということはないわけで、下
限の切り上げが考えられるが、ここでは特に配慮しな
い。上記した波長別レベルコントローラ７１（図４）を
介在させることによって得られた入出力条件における撮
像対象の反射率と本システムにおける出力輝度との関係
を、無光沢の灰色塗装紙（村上色彩技術研究所に作製を
依頼）を対象にして測定した。無光沢灰色塗装紙の反射
率は、日立カラーアナライザー６０７で測定した。図
５、図６、図７に得られた結果を示す。

【００１７】それぞれの波長における反射率と輝度の関
係は、右上りの関係を示しているが、完全な直線関係で
はない。また、反射率が小さいところでは、線形性がよ
りわるくなる。前記したように、濃いしみ・そばかすと
いっても反射率が０％ということはないこと、低反射率
領域でのＣＣＤカメラの感度がわるいこと、さらには、
多数の校正用灰色サンプルを用意して非線形の輝度校正
を行うのは、実用的でないことから、なるべく少数の校
正用灰色サンプルを用い、線形関係を仮定して校正を行
うこととした。この校正方法は画像入力データの定量的
継時比較のための校正という目的に対して必要十分な操
作であると考えられる。

【００１８】結果として、輝度校正用の標準灰色サンプ
ルは、劣化の心配がなく、汚れてもふき取り可能なもの
ということで、“EVER−COLORS”（米田硝子工芸製、測
光・測色用常用反射標準板）に＃３０００の金剛砂をか
け、無光沢面としたものを作製し、使用することにし
た。最終的に選定した“EVER−COLORS”は、GRAY No.１
０００，GRAY No.３０００，GRAY No.６０００である。
近紫外画像と可視画像の校正値を求めるために、GRAY N
o.１０００とGRAY No.３０００を用い、近赤外画像の校
正値を求めるためには、GRAY No.１０００とGRAY No.６
０００を用いた。

【００１９】校正作業のしやすさ、照明・受光の幾何学
的条件の再現の確保を狙いとして、図８に示したような
校正用標準板セット（上記した校正用“EVER−COLORS”
を３組、各２枚づつ、計６枚セットしたもの）を製作し
た。２枚１組とし、図８のように配置したのは、“EVER
−COLORS”の工作・加工上の制限で、広い面積の切り出
しが不可能であること、従って、なるべく広い面積を対
象にして、撮像領域内に存在するかもしれない照度むら
に対応しようとすると２枚とせざるをえないことによ
る。

【００２０】これを図１で説明したようにカメラ開口部
にピン３２をガイドにして装着し、シャッターを１度押
すだけで自動的に校正が行えるようにした。校正は、図
８に実線で示した各ウィンドウ（５０×１００画素、ま
たは、１００×５０画素）内の平均輝度を計算すること
で得られた値を、その時点のシステムの状態を示す値と
することで実行される。

【００２１】校正用“EVER−COLORS”の分光反射率（日
立カラーアナライザー６０７）と前述した波長別レベル
コントローラをかいして設定した輝度値を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】校正値の求め方を近紫外画像の場合を例に
して以下に示す。表１に示したようにGRAY No.１０００
の近紫外画像における輝度が、３８、分光光度計で求め
た４００nmの分光反射率が、７．４％であり、GRAY No.
３０００の輝度が、２４０、分光反射率が２７．０％で
あるときを基準状態とすると、基準状態における分光反
射率Ｘと輝度Ｙとの関係は

【００２４】

【数１】

【００２５】となる。任意の校正時におけるGRAY No.１
０００の輝度が４０であり、GRAY No.３０００の輝度が
２５０であったとする。この場合、分光反射率Ｘと輝度
の測定値Ｙ₁との関係は

【００２６】

【数２】

【００２７】となる。したがって、（１）（２）式から
Ｘを消去すればＹとＹ₁ の関係が得られ、これによっ
て、校正前の輝度値Ｙ₁ から基準状態における輝度の校
正値Ｙが計算される。以上の手続きで、校正対象画素の
輝度０〜２５５について、対応する校正値を求めてお
き、これを校正用テーブルとして参照することで、すべ
ての画素について、校正を行う。可視画像、近赤外画像
についても、同じ方法で校正している。

【００２８】波長別画像データの２値化 まず、同一のしきい値で、採取したすべての画像が２値
化できるか否か知るために９２年６月に１４３人から採
取した（ｎ＝１４３）原画像中の可視画像から切り出し
た１９２×１９２画素内の最低輝度、自動２値化の輝度
と最高輝度の頻度分布を求めてみた。

【００２９】結果として、３ツの分布に重なりがみら
れ、同一のしきい値を採用できないことがわかった。そ
こで、個々の画像ごとに２値化することにした。２値化
の方法については、いくつかの提案があるが、与えられ
た濃度の分布の中で最も良い分離度で２分する値をスラ
イスレベルとする大津が提案している方法（大津展之、
電子通信学会誌、６３，４，３４９（１９８０））で、
処理したところ、すべての採取画像において、やや高め
の輝度で２値化されることがわかった。即ち、しみ・そ
ばかすの面積が大きく抽出された。

【００３０】そこで多数の画像について、大津の方法に
よって求めた２値化のためのしきい値から、どのくらい
しきい値を下げたところで２値化すれば、肉眼で認識で
きるしみ・そばかすと形態上よく似た２値画像が得られ
るかしらべ、しきい値をきめた。後述するように、しみ
・そばかすの濃度は、可視画像が持つ輝度データを用い
て数値化している。可視画像における最適２値化レベル
は、以下のようにして決定した。

【００３１】まず、採取した原画像（可視・ｎ＝１４
３）を、次の８ツの条件で２値化した。 自動２値化 （自動２値化
値−３）で２値化 （自動２値化値−６）で２値化 （自動２値化
値−８）で２値化 （自動２値化値−９）で２値化 （自動２値化
値−１０）で２値化 （自動２値化値−１１）で２値化 （自動２値化
値−１２）で２値化 次いで、それぞれの２値画像のハードコピーをビデオプ
リンタをつかって、出力し、どの条件で処理した画像
が、肉眼で色素沈着していると感じる領域を最も忠実に
抽出しているか、設定者（３名）に評価させた。

【００３２】結果として、１４３例中、１１７例（８２
％）については、の条件で処理した画像が、最適であ
ると評価された。また、１４例は、減数が−６より小さ
い条件、１２例は、大きい条件で処理した画像が２値画
像として最適と評価された。この結果から可視画像につ
いては、（自動２値化のためのしきい値−６）を２値化
のためのスライスレベルとした。

【００３３】色素沈着部分の濃さの評価 図９に可視画像を構成する各画素の輝度のヒストグラム
の一例を示す。図９に示すように、“大津の方法による
自動２値化値−６”の閾値が決定されたら、その値より
も輝度値の高い画素の集合（地肌部分に相当）と低い画
素の集合（色素沈着部分に相当）のそれぞれについて輝
度の平均値を算出し、それらの差を色素沈着部の濃さの
指標とする。

【００３４】すなわち、これは地肌と色素沈着部分の輝
度差が大きいとそのしみは目立つ（すなわち濃いと感じ
る）し、差が小さいと目立たない（すなわち淡いと感じ
る）という考え方にもとづき、指標化したものである。毛穴の大きさの評価 図１０に毛穴の状態の評価の処理の手順をフローチャー
トにより示す。画像データを画像メモリ７２（図４）か
ら入力し（ステップａ）、８近傍型平滑化フィルタ（１
１×１１）を２回実行して平滑化する（ステップｂ）。
８近傍型平滑化フィルタとは着目する画素を中心とする
正方形の領域内の画素の輝度を単純平均してその画素の
輝度とするものであり、本実施例では１１×１１の正方
形についてこれを行なった。なお１１画素は、撮像対象
物において１．１４mmに相当する。次に、平滑化処理後
の各画素の輝度から平滑化前の対応する画素の輝度を引
き算し、差分画像を得る（ステップｃ）。差分画像にお
いては、毛穴に対応する画素の輝度が正の小さい値で残
り、それ以外は輝度がほぼ０となる。この差分画像は変
化範囲が狭いのでログ変換をかけて輝度０〜２５５の範
囲で広く分布するようにする（ステップｄ）。この画像
は毛穴の位置が明るく背景が暗い画面であるので、見易
くするために輝度を反転する処理を行なっている（ステ
ップｅ）が、本質的にはこの処理は不要である。次に反
転した画面について自動２値化処理を行なう（ステップ
ｆ）。ここでも、前述と同様に、大津の方法で得られた
２値画像はやや毛穴を大きく表現しすぎる傾向がみられ
たので、（自動２値化値−６０）により２値化を行な
う。最後に毛穴と判定された画素について総画素数を算
出し（ステップｇ）、毛穴の状態を表わす指標とする。

【００３５】結果の出力 図１１に評価結果の表示出力の一例を表わす。横軸には
毛穴の総面積を０〜４０００のスケールでとり、縦軸に
は地肌部分の濃さの平均値と色素沈着部分の濃さの平均
値との差を０〜２５５のスケールでとって、両者の交点
に「○」印で表示している。なお、上記の数値“４００
０”は約４００採取したデータの中から肉眼判定で最も
毛穴の目立つものを選び出して算出した指標から決定し
た最大値である。

【００３６】この画面において、「色素沈着の様子」と
「毛穴の様子」の２つを軸とした平面上に被験者の肌が
位置づけられるので、肌がどのような状態にあるのか、
さらにはどのようなお手入れの方向が考えられるかを示
唆するための参考とすることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
肌の毛穴の状態及び色素沈着の状態を自動的に評価する
ことのできるシステムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において使用されるトリスペクトラルカ
メラの断面図である。

【図２】トリスペクトラルカメラ内のＣＣＤカメラ２８
の詳細な断面図である。

【図３】バンドパスフィルタの通過特性を表わす図であ
る。

【図４】本発明の一実施例に係るシステムの構成を表わ
すブロック図である。

【図５】無光沢灰色塗装紙の４００nmにおける反射率と
輝度の関係を表わす図である。

【図６】無光沢灰色塗装紙の５５０nmにおける反射率と
輝度の関係を表わす図である。

【図７】無光沢灰色塗装紙の７００nmにおける反射率と
輝度の関係を表わす図である。

【図８】校正用標準板を表わす図である。

【図９】可視画像を構成する各画素の輝度のヒストグラ
ムの一例を表わす図である。

【図１０】毛穴の状態の評価の処理を表わすフローチャ
ートである。

【図１１】肌の表面状態の評価の表示出力の一例を表わ
す図である。

【符号の説明】

１０…閃光放電管 １２…リフレクタ １６…デフューザ ２６…魚眼レンズ ２８…ＣＣＤカメラ ４４，４８，５２…プリズム ４６，５０…ダイクロイックミラー ５４，５８，６２…バンドパスフィルタ ５６，６０，６４…ＣＣＤ素子 ７０…トリスペクトラルカメラ ７６…キーボード ７８…モニタ ８０…ビデオプリンタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−313708（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−105826（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 A61B 5/00 A61B 5/06 - 5/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 肌の表面を撮影した画像を出力する撮像
   手段と、 該撮像手段が出力する画像を構成する各画素の輝度レベ
   ルを２次元的に平滑化する平滑化手段と、 該平滑化した画像を構成する各画素の輝度レベルと平滑
   化前の画像の対応する画素の輝度レベルとの差を計算し
   て差分画像を出力する差分計算手段と、 該差分画像を２値化することによって毛穴の画像を得る
   第１の２値化手段とを具備することを特徴とする肌の表
   面状態の解析システム。
2. 【請求項２】 前記減算手段が出力する差分画像を構成
   する各画素の輝度レベルに対数変換を施して前記第１の
   ２値化手段へ差分画像として供給する対数変換手段をさ
   らに具備する請求項１記載のシステム。
3. 【請求項３】 前記第１の２値化手段が出力する毛穴の
   画像から毛穴の面積を算出して第１の指標とする毛穴面
   積算出手段と、 前記撮像手段が出力する画像を構成する各画素を、高い
   輝度レベルを有する画素の第１の集合と低い輝度レベル
   を有する画素の第２の集合とに分割する第２の２値化手
   段と、 該第１及び第２の集合のそれぞれに属する画素の輝度レ
   ベルの平均値を算出し、両者の差を算出して第２の指標
   とする濃さ算出手段と、 前記毛穴面積算出手段が算出した第１の指標を一方の軸
   とし、該濃さ算出手段が算出した第２の指標を他方の軸
   として２次元平面上にプロットしたものを出力する出力
   手段とをさらに具備する請求項１または２記載のシステ
   ム。