JP6756524B2 - 美容施術効果の解析方法 - Google Patents
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Description
一方、フェイシャルマッサージなど顔面に対する美容施術の効果を確認する方法として、従来から、施術の前後に被験者の顔面を写真撮影し、これらの写真を目視で比較する方法が知られている。しかし、この方法では、美容施術の効果を定量的に確認することはできない。
特許文献2に記載の方法は、三次元画像相関写真測量法によって、ヒゲ剃りによって生じる皮膚表面上のひずみを非接触で検出するというものである。
しかし、これらの技術を美容施術の効果を解析する方法に応用しようとすると、フェイシャルマッサージ等の美容施術においては、皮膚に美容オイル等を塗布したり、施術者の手で繰り返し皮膚に触れることから、パターンとなるパウダーや塗料等が剥離してしまい、ひずみの計測ができないという問題があった。
1.被験者の顔に対する美容施術の前後に撮影された少なくとも2枚の画像を用いて、美容施術の効果を解析する方法において、
解析に用いられる画像が、美容施術の前後に撮影された少なくとも2枚の紫外線写真であって、
この紫外線写真に表れたメラニン色素をランダムパターンとして、ステレオ画像相関法を用いて、被験者の顔面の三次元形状と、変位分布をそれぞれ導出し、
前記変位分布を顔面の表面形状に沿って微分することでひずみ分布を導出し、
この得られたひずみ分布を評価指標として、美容施術の効果を評価することを特徴とする美容施術効果の解析方法。
解析に用いられる画像が、美容施術の前後に撮影された少なくとも2枚の写真であって、これらの写真を色彩の濃淡により二色に変換した二値化画像であり、
この二値化画像に表れた濃色部分をランダムパターンとして、ステレオ画像相関法を用いて、被験者の顔面の三次元形状と、変位分布をそれぞれ導出し、
前記変位分布を顔面の表面形状に沿って微分することでひずみ分布を導出し、
この得られたひずみ分布を評価指標として、美容施術の効果を評価することを特徴とする美容施術効果の解析方法。
これにより、三次元形状や変位分布を得るための塗料等からなるパターンの塗布が不要でありながら、施術の前後に撮影された画像を用いて、顔面の皮膚のひずみ分布を求め、このひずみ分布を評価指標として、美容施術による効果を定量的に解析することができる。
即ち、顔面の中で、まつ毛と唇は、メラニン色素が観察され難く、必要なランダムパターンが得られないため、画像相関が行えないか、不正確になる場合がある。そこで、変位分布を求める際に、まつ毛と唇の部分を削除することにより、不正確になる要素を排除することで誤差を抑え、より正確な解析を行うことができる。
即ち、顔面の中で最も突起した部分である鼻は、紫外線写真を撮影する際に、照明の照射が不均一となり、他の部分に比して暗く写る場合がある。これにより、鮮明なパターンを得ることができず、三次元形状を求める際に、精度の低下を招くおそれがある。そこで、鼻の部分も削除して変位分布を求めることにより、不正確になる要素を排除することで誤差を抑え、更に正確な解析を行うことができる。
尚、鼻の部分は、フェイシャルマッサージ等の美容施術によって、リフトアップ等によって形が変わることがなく、美容施術による効果を確認する必要性が低く、顔面全体の美容施術による効果の確認に大きな影響は与えないといえる。
紫外線写真とは、波長が10〜400nmの電磁波である紫外線を、被写体である被験者の顔面に照射し、これを撮影した写真である。
尚、本発明では、上記紫外線写真の他、通常の写真を二値化した二値化画像を使用することができる。詳しくは、後述する。
被写体に紫外線を照射する器具として、紫外線光源(ブラックライト)を使用することができる。使用する光源に限定はないが、具体的な実施例は後述する。
メラニン色素は、顔面の表皮より深さ0.2mm程度にある真皮層に存在し、褐色ないし黒色の微細な顆粒状の色素である。通常は、新陳代謝によって剥がれ降りるが、加齢等により代謝が落ちることで、肌に残留するようになる。このメラニン色素は、太陽光に含まれる紫外線を吸収する。
このメラニン色素は、真皮層にランダムに点在しており、本発明では、この複数点在しているメラニン色素をランダムパターンに見立てて利用することを特徴とする。これにより、本発明では、従来技術のようにランダムパターンとして塗料等を顔面に塗布する必要がない。
カメラは、SONY製のNEX-5Rを用いた。このカメラは、上述したとおり、内蔵されていた紫外線カットフィルタを除去することによって紫外線透過に改造している。レンズは、上述の比較を踏まえて、Nikon製の産業用レンズRayfactIL75mmN(焦点距離75.2mm)を使用した。
型のブラックライトを8本用いた。ブラックライトは、光を効率よく拡散させるため白い紙で覆って使用した。また、蛍光灯型のブラックライトを被験者の顔のごく近くに配置し撮影することで、暗くなりがちな目頭の窪み等の部分を効率よく照射した。
シャッター速度は1/5s、レンズ絞りはF22とした。また、2つのレンズ間の距離は約80mm、レンズと対象物の距離は約600mmとした。
先ず、紫外線写真との比較のために、白色の蛍光灯下で通常写真を撮影した。その後、暗室でブラックライトを点灯させ、2台のカメラで撮影を行った。
図5は、これらの処理を施した紫外線写真である。図5(a)が、下カメラで撮影した写真、図5(b)が、上カメラで撮影した写真である。場所により明るさに少々ばらつきがみられるものの、黒い斑点のようなメラニン色素が目視できた。
ここで、紫外線写真を用いたステレオ画像相関法によるひずみ測定の有効性を検証するために、顔面の皮膚についてのひずみ測定の前に、単軸引張負荷を受ける板材のひずみ測定を行った。
尚、この検証の中で説明する三次元形状、変位分布及びひずみ分布の求め方は、顔面の皮膚に対する美容施術効果の解析方法と同様である。
光源として、電球型ブラックライト(ピーク波長352nm)を6つ、蛍光灯型ブラックラ
イト(370nm)を4本用いた。試験片に照射した照明は、ブラックライトの明かりのみである。
試験片は、両端を厚さ0.5mmのアルミ板で接着することにより、検証中にチャックからずれることを防止した。引張速度は0.5mm/minで、チャック間の距離360mmに対して25.2mm(ひずみ約7%)の変位を与えた。試験片表面には、黒のラッカースプレーを塗布した後、紫外線下で発光する蛍光スプレーを塗布した。蛍光スプレーとして赤い塗料を用いたため、撮影した写真は、画像処理ソフトウェア(PhotoshopCS6)を用いてレッドチャンネルのみを抽出し、グレースケールに変換した。
ステレオ画像相関法とは、画像相関によって得られる複数の画像の同一点にステレオ法を用いることで、三次元形状や変位を求める方法である。
先ず、ステレオ法によって三次元座標を算出する原理について説明する。
PH(uH,vH)、 PL(uL,vL)は、2台のカメラの画像面上の点であり、P(x,y,z)は測定対象物における座標、OH、OLは、それぞれのカメラのレンズの中心である。画像平面上の座標系(u,v)と三次元座標系(x,y,z)の関係は、式(1)で示すことができる。
は、カメラキャリブレーションにより求めることができる。式(1)を上下のカメラのデータに適用して計算を行うことで、x、y、zの3つの未知数に対し、uH、vH、uL、vLの式を得ることができるので、三次元座標(x,y,z)を求めることができる。
画像相関法は、基準となる画像からサブセットと呼ばれる数画素からなる計算領域を取り出し、このサブセットのほかの画像内の位置を輝度値分布の相関などを用いて求める方法である。以上の基本原理に基づいて、サブセットと同じ輝度値分布の領域を探し出すため、式(3)で定義される相関係数Cが最大となる位置を求める。
ひずみは、変位分布を空間座標に沿って微分することにより得られる。本発明では、画像相関によって顔面の三次元形状を得るので、顔の表面に沿って微分することになる。三次元物体表面のひずみは、次のような手順で算出する。
ステレオ画像相関法は、2台のカメラで測定対象物を撮影するため、カメラH、カメラLそれぞれに対して変形前後の画像が得られる。変形前の上下の画像の相関をDIC(1)、下カメラの変形前後の相関をDIC(2)、下カメラの変形前の画像と上カメラの変形後の画像の相関をDIC(3)とする。DIC(1)を用いることで、変形前の三次元形状を求めることができ、DIC(2)とDIC(3)を用いることで、変形後の三次元形状を求めることができる。
続いて、本発明の実施例について記載する。即ち、紫外線写真からひずみ分布を導出することによる、顔面に対する美容施術効果の解析方法の実施例について説明する。尚、三次元形状、変位分布及びひずみ分布の算出方法は、検証例にて記載した方法と同様である。
被験者の無表情の写真を変形前写真とし、微笑した写真を変形後写真とした。撮影条件は、シャッター速度が1/5s、レンズ絞りがF22であり、2つのレンズ間の距離は約80mm、レンズと対象物の距離は約600mmである。
ることとする。これらの紫外線写真を用いてステレオ画像相関を行い、三次元形状と変位分布、ひずみ分布を求めた。
を確認することができた。よって、紫外線写真はひずみ分布を求めるのに有効であるということがいえる。
本発明では、紫外線画像を用いてステレオ画像相関を行う方法を提案した。即ち、顔面に対して、塗料等で人為的にランダムパターンを塗布せずに、紫外線写真におけるメラニン色素をランダムパターンとして画像相関を行った。
この図22の通常写真に基づく二値化画像を、図23に示す。図22と同様に、(a)は施術前、(b)は施術後における二値化画像である。図23によれば、被験者の顔面に表れたシミや毛穴が濃色(黒色)で示され、その他の部分は淡色(白色)で示されている。
また、通常の写真から二値化画像へ変換する作業において、各種パラメータを調整可能とし、被験者の顔に表れたシミ又は毛穴を、より分かり易く明確に表示させるため調整可能な構成とすることが好ましい。
被験者の顔を撮影した写真の中で、シミや毛穴が表れたある画素は、その周りの画素と比較して、輝度が低く表示される(濃色に表れる)。この輝度が低い画素は、濃色と判定され、その他の輝度が高い画素は、淡色と判定される。
輝度が低い又は高いと判定される基準として、閾値が用いられる。閾値は、被験者の顔を撮影した写真の中で、ある画素がシミ又は毛穴と判定されるか、その他の箇所と判定されるかの境界である。
(1)濃度ヒストグラムに基づく方法
(2)画像の局所性質を利用する方法
(3)画像を分割し領域毎に設定する方法
(4)適応的処理
P−タイル法は、画像内で対象物の占める面積(P%)が既知である場合に、濃度ヒストグラムを作成し、濃度値の累積分布が全体のP%となる濃度をみつけ、この値を閾値とする方法である。
モード法は、濃度ヒストグラムを作成し、この濃度ヒストグラムが、画像の対象物と背景のそれぞれに対応した二つの山ができる場合(双峰性)に、山の間の谷の位置を閾値とする方法である。
判別分析法は、濃度ヒストグラムが双峰性を示す場合に上記モード法が用いられ、その他の場合は、濃度ヒストグラムをある閾値で2つのグループに分けたときに、グループの分散が最大となる値を閾値とする方法である。
最小誤差法は、ある閾値で二値化した場合に、対象を背景と誤る可能性(誤り率)を最小にする方法である。
る。
微分ヒストグラム法は、濃度の変化率(微分値)によって閾値を決定する方法である。微分値を求める方法は、例えば、近傍の各画素の濃度値とその差の最大値及び近傍との差の総和から求められる。そして、濃度値ごとの微分値の総和を求めることで、微分ヒストグラムを求め、ヒストグラムのy軸の最大値をとる濃度値(x軸の値)を閾値とする。
領域分割法は、画像をいくつかの小領域に分割し、各小領域毎に濃度ヒストグラムを作成し、そこにエッジが含まれていると判断された場合に、その小領域の性質に最も合致した閾値を設定する手段である。
適応的処理法は、すでに二値化された画素と、注目画素の結合確率を用いて注目画素を予測し、予測値が1となる確率が大なら、二値化後の注目画素が1になりやすい基準の閾値から一定量を差し引いた値を新たな閾値とし、予測値が0となる確率が大なら基準の閾値に一定量を加えた値を新たな閾値に設定する手段である。
これにより、この方法は、マッサージオイル等を用いるフェイシャルマッサージ前後の顔の変形量を定量的に評価することができ、フェイシャルマッサージ等の美容施術効果の評価の方法として有効であるといえる。
Claims (4)
- 被験者の顔に対する美容施術の前後に撮影された少なくとも2枚の画像を用いて、美容施術の効果を解析する方法において、
解析に用いられる画像が、パターンの役割を果たす塗料が塗布されることなく、美容施術の前後に撮影された少なくとも2枚の紫外線写真であって、
この紫外線写真に表れたメラニン色素をランダムパターンとして、ステレオ画像相関法を用いて、被験者の顔面の三次元形状と、変位分布をそれぞれ導出し、
前記変位分布を顔面の表面形状に沿って微分することでひずみ分布を導出し、
この得られたひずみ分布を評価指標として、美容施術の効果を評価することを特徴とする美容施術効果の解析方法。 - まつ毛及び唇の部分を削除して、ひずみ分布を導出することを特徴とする請求項1に記載の美容施術効果の解析方法。
- まつ毛、唇及び鼻の部分を削除して、ひずみ分布を導出することを特徴とする請求項1又は2に記載の美容施術効果の解析方法。
- 被験者の顔に対する美容施術の前後に撮影された少なくとも2枚の画像を用いて、美容施術の効果を解析する方法において、
解析に用いられる画像が、パターンの役割を果たす塗料が塗布されることなく、美容施術の前後に撮影された少なくとも2枚の写真であって、これらの写真を色彩の濃淡により二色に変換した二値化画像であり、
この二値化画像に表れた濃色部分をランダムパターンとして、ステレオ画像相関法を用いて、被験者の顔面の三次元形状と、変位分布をそれぞれ導出し、
前記変位分布を顔面の表面形状に沿って微分することでひずみ分布を導出し、
この得られたひずみ分布を評価指標として、美容施術の効果を評価することを特徴とする美容施術効果の解析方法。
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