JP4586996B2 - 毛髪画像形成方法及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、毛髪のスタイリングの状態をわかりやすく表示する毛髪画像形成方法及び毛髪画像表示装置に関する。

毛髪のスタイリングでは、毛髪の広がり、流れ、カールの程度が意図したものとなっているか、湿気等の影響によらず当初のスタイリングを安定して維持できるか等が問題となる。そこで、種々のスタイリング剤、縮毛矯正剤、パーマ剤等が開発されている。

しかしながら、個々の毛髪の太さ、引っ張り強度、水分率等の物性の測定装置や、キューティクル、コルティックス、メデュラ等の画像解析を行う観察装置（特許文献１）は開発されているが、毛髪の全体的なスタイリングの状態をわかりやすく表示し、客観的に評価する装置は存在しない。そのため、スタイリング剤等の評価は、もっぱら、それを実際に使用し、ヘアスタイルの崩れの有無等を官能評価することによってなされている（特許文献２）。

特開２０００−２８７９５３号公報 特開平１１−９２３４６号公報

上述の従来技術に対し、本発明は、毛髪の全体的なスタイリング画像において、毛髪のカールの状態をわかりやすく表示し、その曲率の変化を容易に評価できるようにすることを目的とする。

本発明者は、毛髪が密集している毛髪の全体的なスタイリング画像であっても、その毛髪画像に特定の画像処理を施して毛髪領域上の各画素の曲率を算出し、その曲率に応じて各画素に色ないし濃淡を付すと、毛髪のカールの状態を容易に視認し評価できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、毛髪画像から毛髪領域を選択し、毛髪領域にエッジ検出を行ってエッジ方向画像を算出し、注目画素の近傍画素からエッジ方向を順次追跡することにより流線を得、流線と注目画素との距離が小さいほど前記近傍画素に大きな重みを与える重み関数を使用して近傍画素の円へのあてはめを行い、その円の曲率を注目画素の曲率とし、こうして得られる曲率を毛髪領域の各画素について算出することにより毛髪の曲率画像を形成する毛髪画像形成方法を提供する。

また、本発明は、上述の毛髪画像形成方法を実施する装置として、毛髪画像取得手段、毛髪画像から毛髪領域を選択する機能、毛髪領域にエッジ検出を行ってエッジ方向画像を算出する機能、注目画素の近傍画素からエッジ方向を順次追跡することにより流線を得る機能、流線と注目画素との距離が小さいほど前記近傍画素に大きな重みを与える重み関数を使用して近傍画素の円へのあてはめを行う機能、その円の曲率を注目画素の曲率とする機能、及びこうして得られる曲率を毛髪領域の各画素について算出することにより曲率画像を形成する機能を備えた演算手段、並びに毛髪の曲率画像を表示する表示手段を備えた毛髪画像表示装置を提供する。

本発明の毛髪画像形成方法によれば、毛髪の曲率画像により、毛髪領域の各画素の色ないし濃淡を、その画素の曲率に応じて表示することができるので、スタイリング全体における毛髪のカールの状態を容易に認識することが可能となり、スタイリング全体におけるカールの大小の分布やその時間変化等も容易に集計することが可能となる。さらに、毛髪処理化粧料を使用してスタイリングした場合や、その後さらに毛髪に湿気等を与えた場合において、経時的に毛髪の曲率画像を得ると、スタイリングに使用する毛髪化粧料自体やスタイリング方法自体を評価することができる。

また、本発明の毛髪画像表示装置によれば、本発明の毛髪画像表示方法を容易に行うことが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は、同一又は同等の構成要素を表している。

図１は、本発明の一実施例の毛髪画像形成方法の流れ図であり、図２は、この毛髪画像形成方法を実施する毛髪画像表示装置１のブロック図である。

この毛髪画像表示装置１は、評価対象とするヘアスタイルの毛髪画像を取得するデジタルカメラ２と、デジタルカメラ２で撮った毛髪画像を保存し、また、演算処理を施すパーソナルコンピュータ３と、演算処理前の毛髪画像（原画像）や演算結果を表示するディスプレイ４及びプリンタ５を有している。

毛髪画像の取得手段としては、デジタルカメラ２の他、被験者の毛髪スタイルの写真から毛髪画像を取り込むイメージスキャナ６を設けてもよく、毛髪画像が記録されている任意の記録媒体から毛髪画像を読み込むドライブを設けてもよく、インターネット等の通信回線から毛髪画像を取り込むものでもよい。また、パーソナルコンピュータ３には、スタイリング剤等の毛髪化粧料と、その適用の前後の毛髪のスタイリング状態を蓄積したデータベース７を接続してもよい。

パーソナルコンピュータ３は、演算手段として次の(ａ)〜(ｇ)の機能を有するプログラムを備えている。
(ａ)毛髪画像から毛髪領域を選択する機能、
(ｂ)毛髪領域にエッジ検出を行ってエッジ方向画像を算出する機能、
(ｃ)注目画素の近傍画素からエッジ方向を順次追跡することにより流線を得る機能、
(ｄ)流線と注目画素との距離が小さいほど前記近傍画素に大きな重みを与える重み関数を使用して近傍画素の円へのあてはめを行う機能、
(ｅ)その円の曲率を注目画素の曲率とする機能、
(ｆ)こうして得られる曲率を毛髪領域の各画素について算出することにより毛髪の曲率画像を形成する機能、
(ｇ)毛髪の曲率画像をカラー画像化又は濃淡画像化する機能
ここで、(ａ)の毛髪画像とは、毛髪領域を含む顔画像、頭部画像などをいい、毛髪画像からの毛髪領域の選択は、例えば、黒髪の場合は、明るさが特定の閾値より暗い画素を毛髪領域とし、茶髪、金髪等の場合は、彩度が特定の閾値より高い画素を毛髪領域とすることにより行う。また、必要に応じて、これらにエッジ強度が特定の閾値よりも大きいという条件を組み合わせて毛髪領域を選択してもよい。この他、毛髪領域の選択に際しては、毛髪画像を所定の方法で撮ることにより、毛髪画像上所定の部位に毛髪領域が位置するように予め設定しておくことが好ましい。

(ｂ)のエッジ検出により得るエッジ方向画像は、毛髪の流れの向きを示す画像に対応する。エッジ検出自体は、画像の濃度勾配を利用した公知の微分処理により行うことができ、より具体的には、Prewitt、Robinson、Kirsch等のエッジ抽出フィルタを用いることができる。

例えば、Prewittフィルタを使用する方法では、横方向の濃度差ｄｘは

を用いて算出され、縦方向の濃度差ｄｙは

を用いて算出される。そして、毛髪の流れの向きに対応するエッジ方向θが次式

により算出され、エッジ強度ｒが次式

により算出される。

このようなエッジ検出により、図３の二重円の原画像（ａ）から、同図（ｂ）の横方向のエッジ画像及び同図（ｃ）の縦方向のエッジ画像を得ることができる。これら横方向のエッジ画像と縦方向のエッジ画像から、上述の数３の式と数４の式によって、それぞれ同図（ｄ）のエッジ方向画像と同図（ｅ）のエッジ強度画像が算出される。

また、(ｃ)でエッジ方向を順次追跡することにより流線を得るとは、例えば、図４に示すように、注目画素Ｐ₀を中心とする半径Ｒの近傍領域を想定し、その領域内の任意の近傍画素Ｐ₁₁から、該画素Ｐ₁₁におけるエッジ方向のうち注目画素Ｐ₀に近づく方向に所定距離Ａにある画素Ｐ₁₂を求め、この画素Ｐ₁₂から該画素Ｐ₁₂におけるエッジ方向のうち当初の画素Ｐ₁₁から遠ざかる方向に所定距離Ａにある画素Ｐ₁₃を求め、以下同様にして、エッジ方向を所定距離Ａずつ順次追跡し、画素Ｐ₁₂、…、Ｐ_1mを求めることにより流線Ｌ₁を得ることをいう。この流線Ｌ₁と注目画素Ｐ₀との距離ｄ₁は、後述するように、流線Ｌ₁のスタート点の画素Ｐ₁₁の重みの算出に使用する。

同様に、注目画素Ｐ₀の近傍領域内の他の画素Ｐ₂₁をスタート点として、その画素におけるエッジ方向に所定距離Ａずつ順次追跡した画素Ｐ₂₂、…、Ｐ_2n、を求めることにより流線Ｌ₂を得る。そして、流線Ｌ₂と注目画素Ｐ₀との距離ｄ₂を求め、この距離ｄ₂を、流線Ｌ₂のスタート点の画素Ｐ₂₁の重みの算出に使用する。

この流線と注目画素Ｐ₀との距離を求める操作は、注目画素Ｐ₀を中心とする近傍画素（ｘ_i，ｙ_i）の全てを流線Ｌ_iのスタート点とする場合について行うことが好ましい。

なお、注目画素Ｐ₀の近傍領域の大きさを規定する半径Ｒは、画像中に含まれるカールの曲率半径の０．５倍以下とすることが好ましく、また、エッジ方向に刻む距離Ａは、毛髪径の２倍以上とすることが好ましい。

（ｄ）の近傍画素の円へのあてはめは、基本的には、注目画素Ｐ₀の近傍の各画素（ｘ_i，ｙ_i）を、
一つの円の式ｆ(ｘ)：

にあてはめた場合の誤差|ｅ_i|=|ｙ_i−ｆ(ｘ_i)|が小さくなるように係数ａ，ｂと半径ｒを求めることにより行う。その具体的な手法としては、非線形最小二乗法、線形最小二乗法、線形最小絶対偏差法等を使用することができるが、計算が比較的容易であてはめ精度が良好な点から線形最小絶対偏差法を使用することが好ましく、さらに、前述の流線Ｌ_iと注目画素Ｐ₀との距離ｄ_iが小さいほど当該近傍画素に大きな重みを与える重み関数を使用することが好ましい。

例えば、重み関数ｗ_iとして、

（式中、ｄ_iは、画素（ｘ_i，ｙ_i）が流線Ｌ_iのスタート点である場合の流線Ｌ_iと注目画素Ｐ₀との距離であり、Ｒは、注目画素Ｐ₀に対して近傍を画する半径である。また、ｎは、重み関数の急峻さに応じて定まる0.2〜30の係数である。）
を使用し、円へのあてはめに際し、

が最小となるようにする。

この重み関数ｗ_iを使用すると、流線Ｌ_iが注目画素Ｐ₀近くを通ることによりｄ_iが小さくなる流線を形成する近傍画素では重みが高くなり、流線Ｌ_iが注目画素Ｐ₀から離れることによりｄ_iが大きくなる流線を形成する近傍画素では重みが低くなる。したがって、毛髪画像を細線化することなく、注目画素Ｐ₀の近傍画素を円にあてはめることが可能となり、それ故、毛髪が密集した状態の毛髪の一般的なスタイリング画像においても、注目画素Ｐ₀の近傍画素を円にあてはめることが可能となる。

本発明では、こうして得られる円の曲率を注目画素Ｐ₀の曲率とする。

(ｆ)の毛髪の曲率画像は、上述の注目画素Ｐ₀の曲率の算出を、毛髪領域上の各画素を注目画素として繰り返し、各画素の曲率を求めることにより形成する。

毛髪の曲率画像は、カラー画像化又は濃淡画像化して表示することができる。毛髪の曲率画像をカラー画像化又は濃淡画像化する処理は、例えば、各画素の曲率に、その曲率に応じた色相の色を対応させたり、濃淡の階調度を対応させたりすればよい。これにより、曲率画像をビジュアル化して表示することができる。

例えば、前述の図３（ｄ）のエッジ方向画像から算出した曲率画像を白黒２５６階調で濃淡画像化することにより図３（ｆ）の曲率画像を得ることができる。この曲率画像では、曲率が大きい（半径が小さい）円ほど明るくなっているため、対象物における曲率の分布を容易に視認することができる。

曲率画像の利用方法としては、上述のようにビジュアル化して表示する他、ある毛束の部位について、曲率分布の時間変化をグラフ化してもよく、ある毛束を毛髪化粧料で処理した場合、あるいはさらに湿気等を与える処理をした場合において、処理前後の曲率画像を経時的に求め、毛髪化粧料の種類や処方法（温度、時間等）ごとに曲率画像を対比的に表示してもよい。これにより、毛髪化粧料の種類や使用方法によるカール、直毛度合い等のスタイリングの安定性の違いを統計的に解析することが容易となる。

さらに、これらの解析結果や上述の曲率画像の見え方を、データベース７に保存されている毛髪化粧料やスタイリング方法と関連づけてもよい。

黒髪の毛髪画像（原画像）をデジタルカメラで撮り（拡散照明、カメラの撮像子：約４００万画素）、その中央部の図５（ａ）に示す毛髪領域Ｐ（２５６×２５６画素）について、エッジ検出をPrewittフィルタで行うことにより、得られたエッジ画像から注目画素の曲率を求めるための処理領域を半径３０画素に設定し、以下の方法で注目画素の曲率を求めると共に、この処理を毛髪画像全体に走査することにより曲率画像を得、これを濃淡画像化することにより図５（ｂ）の曲率画像を得た。

ここで、注目画素の曲率を求める処理としては、注目画素に対して半径Ｒ＝３０画素（毛髪径の約１０倍に相当）の近傍を設定し、各近傍画素からエッジ方向に１５画素（毛髪径の約５倍）ずつ刻んだ流線を想定し、この流線と注目画素との距離ｄを求め、重み関数として１−(ｄ／Ｒ)を使用し、線形最小絶対偏差法により、注目画素の近傍に存在する各画素を円へあてはめ、得られた円の曲率を注目画素の曲率とした。

本発明の毛髪画像形成方法ないし表示装置は、毛髪のスタイリングにおいて、毛束のカールを評価する際に有用であり、また、スタイリングに使用する毛髪化粧料自体やスタイリング方法自体の評価にも有用である。さらに、毛髪化粧料やスタイリング方法の開発や宣伝販売にも有用となる。

毛髪画像形成方法の流れ図である。 毛髪画像表示装置のブロック図である。 原画像と、そのエッジ方向画像及び曲率画像である。 流線と注目画素の距離の説明図である。 実施例における原画像と曲率画像である。

符号の説明

１ 毛髪画像表示装置
２ デジタルカメラ
３ パーソナルコンピュータ
４ ディスプレイ
５ プリンタ
６ イメージスキャナ
７ データベース

Claims (5)

1. 毛髪画像から毛髪領域を選択し、毛髪領域にエッジ検出を行ってエッジ方向画像を算出し、注目画素の近傍画素からエッジ方向を順次追跡することにより流線を得、流線と注目画素との距離が小さいほど前記近傍画素に大きな重みを与える重み関数を使用して近傍画素の円へのあてはめを行い、その円の曲率を注目画素の曲率とし、こうして得られる曲率を毛髪領域の各画素について算出することにより毛髪の曲率画像を形成する毛髪画像形成方法。
2. 線形最小絶対偏差法を用いて円へのあてはめを行う請求項１記載の毛髪画像形成方法。
3. 毛髪の曲率画像を、カラー画像化又は濃淡画像化して表示する請求項１又は２記載の毛髪画像形成方法。
4. 毛髪画像取得手段、毛髪画像から毛髪領域を選択する機能、毛髪領域にエッジ検出を行ってエッジ方向画像を算出する機能、注目画素の近傍画素からエッジ方向を順次追跡することにより流線を得る機能、流線と注目画素との距離が小さいほど前記近傍画素に大きな重みを与える重み関数を使用して近傍画素の円へのあてはめを行う機能、その円の曲率を注目画素の曲率とする機能、及びこうして得られる曲率を毛髪領域の各画素について算出することにより毛髪の曲率画像を形成する機能を備えた演算手段、並びに毛髪の曲率画像を表示する表示手段を備えた毛髪画像表示装置。
5. 近傍画素の円へのあてはめを、線形最小絶対偏差法を用いて行う請求項４記載の毛髪画像表示装置。