KR100459014B1 - 표면 색채를 분석하는 방법 및 색채 분석 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 색채를 분석하는 방법 및 색채 분석 장치를 개시한다.

본 발명에 의하면, 표면의 색채를 분석하는 방법에 있어서, 색채 분석 대상에 빛을 공급하는 광원, 분석 대상의 표면에 반사되는 반사광을 영상으로 획득하는 수단으로 획득될 영상 데이터 및 색채 분석 대상의 표면의 상태를 표준화하고, 표준화된 광원을 색채를 분석하려는 표준화된 표면에 비추어 반사되는 반사광을 얻으며, 반사광 중에서 소정 영역의 파장값을 가지는 반사광을 소정의 파장의 길이 단위로 영상들을 획득하고, 구해진 파장별 영상들로부터 픽셀 단위 혹은 관찰 대상 표면의 영역 단위로 표면의 색채를 분석할 수 있는 파라미터들을 추출하는 단계를 포함하여, 피부 계측 환경에 구애받지 않으며, 효율적으로 피부 색채를 분석할 수 있게 된다. 따라서 인체 피부와 관련된 진단과 치료가 효율적으로 될 수 있는 장점이 있다.

Description

표면 색채를 분석하는 방법 및 색채 분석 장치{Method and apparatus for distribution analysis of surface color}

본 발명은 표면 상태 측정 및 분석에 관한 것으로서, 특히 피부와 같은 생체의 표면을 관측하여 그 색채를 분석하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래의 표면의 색채를 계측하는 기기들은 관찰 부위의 평균치로만 계측되어 피부색과 같이 정상부와 병변부를 동시에 비교하거나 정상부위에서 피부색의 분포 분석을 하는 경우 어려움이 있어 의학분야에서 각종 질환이 진단 및 치료효과 검증 등에 이용될 수 있는 새로운 피부색 계측 방법의 개발이 절실한 설정이다.

종래에 인체의 피부 표면의 색채 분석을 위해서 사용하는 스펙트로포토미터(spectrophotometer)의 경우 전체 관찰면의 평균치만을 산출하므로 관찰면의 색채의 차이를 측정할 수 없으므로 정확한 피부 표면 관찰이 힘들며, 필요한 피부 색채에 관한 파라미터를 추출하여도 신뢰성이 부족한 면이 있다. 그리고 관찰면 내에서만 평균치로서 색채 분석이 가능하여, 색채의 분포 분석은 불가능한 단점이 있다. 그리고 이들 기기는 분석 대상이 되는 표본이 완전한 수평 표면을 전제로 한 계측이므로 생체 표면과 같은 굴곡이 있는 표면 색채의 정확한 분석은 불가능하다.

또한 종래의 색채 분석의 경우 D65나 D50과 같은 표준 광원을 사용해야 하므로 일반적으로 구하기 쉬운 광원 예를 들면 할로겐과 같은 광원을 사용하는 경우 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)이 표준 광원과는 차이가 나서 정확한 결과를 얻을 수 없다. 그리고 색채분석 시에 색채를 관측하는 사람의 상태에 따라 그 영상을 판단하는 결과가 달라질 수 있는 것과 같이 각 파장별 정보를 감지할 수 있는 소자(예:CCD소자)의 표준화에 대한 연구가 선행되어야 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 상기의 문제점들을 해결하기 위해, 표준 광원을 사용하지 않더라도 광원 및 획득된 영상을 보정할 수 있으며, 물체 표면의 상태나 CCD 소자 등의 감지소자 등에 영향을 받지 않도록 색채 분석에 필요한 표준화방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적인 과제는, 표면 상태를 정확하게 획득하여 표준화된 상태에서 피부 색채를 분석하기 위한 파라미터를 얻을 수 있는 표면 색채를 분석하는 방법 및 색채 분석 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따라 표면의 색채를 분석하기 위한 표준화 방법의 흐름을 도시한 것이다.

도 2는 이하에서 표면을 관측하기 위한 광원인 할로겐 램프와 이미 알고 있는 표준 광원 D65의 가시광선 영역에서의 스펙트럼 분포도이다.

도 3은 할로겐 광원에서와 표준광원인 D65로 표준화시킨 광원 하에서 계측한 백색 레퍼런스의 반사율 스펙트럼 분포를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 표면의 색채를 분석하는 방법의 흐름들 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 표면의 색채를 분석하는 장치의 구성을 블록으로 도시한 것이다.

도 6은 도 5의 구성을 구현할 경우의 구성의 일 예를 도시한 것이다.

도 7은 LCTF를 통해 얻어진 영상의 계층을 개념적으로 도시한 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 물체의 표면이 광원으로부터의 빛을 반사하고 그 반사되는 빛을 영상으로 획득하는 수단을 통해 영상으로 획득하여 표면의 색채를 분석하기 위한 표준화 방법은, 상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)을 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼과 비교하여 파장대별로 그 차이를 비교하여 보정하여 상기 광원을 표준화하는 단계; 상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)의 백색 레퍼런스(white reference)를 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼의 백색 레퍼런스와 파장대별로 그 차이를 비교하여 그 차이에 따라 표면 색채 분석 대상의 고유 반사율(reflectance)을 측정하여 각 파장별로 백색 균형(white balance)을 맞추어 상기 영상 획득 수단으로 획득된 영상 데이터를 보정하여 영상 획득 수단을 표준화하는 단계; 및 색채 분석 대상인 표면의 영역을 확대 혹은 축소하거나 표면 상태의 굴곡에 따른 3차원 계측 파라미터를 이용하여 표면 상태를 표준화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 표면의 색채를 분석하는 방법은, (a) 색채 분석 대상에 빛을 공급하는 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)을 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼과 비교하여 파장대별로 그 차이를 이용하여 상기 광원의 스펙트럼값을 보정하여 광원을 표준화하며, 색채 분석 대상인 표면의 영역을 확대 혹은 축소하거나 표면 상태의 굴곡에 따른 3차원 계측 파라미터를 이용하여 표면 상태를 표준화하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 표준화된 광원을 색채를 분석하려는 표준화된 표면에 비추어 반사되는 반사광을 얻는 단계; (c) 상기 반사광 중에서 소정 영역의 파장값을 가지는 반사광을 소정의 파장의 길이 단위로 영상들을 획득하는 단계; 및 (d) 상기 구해진 파장별 영상들로부터 픽셀 단위 혹은 관찰 대상 표면의 영역 단위로 표면의 색채를 분석할 수 있는 파라미터들을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한, 표면의 색채를 분석하는 장치는, 색채를 분석하려는 표면에 빛을 비추는 광원; 상기 표면에 반사된 광원을 소정의 배율에 따라 확대 또는 축소하여 상기 표면의 색채 분석 영역을 결정하여 획득하는 반사광획득부; 상기 획득된 반사광 중에서 소정 영역의 파장값을 가지는 반사광을 소정의 파장의 길이 단위로 영상들을 획득하는 파장별영상획득부; 상기 구해진 파장별 영상들로부터 픽셀 단위 혹은 관찰 대상 표면의 영역 단위로 표면의 색채를 분석할 수 있는 파라미터들을 추출하는 파라미터추출부; 및 상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)을 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼과 비교하여 파장대별로 그 차이를 비교하여 보정하여 상기 광원을 표준화하고, 상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)의 백색 레퍼런스(white reference)를 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼의 백색 레퍼런스와 파장대별로 그 차이를 비교하여 그 차이에 따라 표면 색채 분석 대상의 고유 반사율(reflectance)을 측정하여 각 파장별로 백색 균형(white balance)을 맞추며, 색채 분석 대상의 표면 상태의 굴곡에 따른 3차원 계측 파라미터를 이용하여 상기 파장별영상획득부를 통해 획득한 영상 데이터를 표준화하여 표면 상태를 표준화하는 표준화부;를 포함하며, 상기 파라미터추출부는 파라미터를 추출할 때에 상기 표준화부에 의해 표준화된 데이터를 이용하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 표면의 색채를 분석하기 위한 표준화 방법의 흐름을 도시한 것이다.

물체의 표면이 광원으로부터의 빛을 반사하고 그 반사되는 빛을 영상으로 획득하는 수단을 통해 영상으로 획득하여 표면의 색채를 분석하기 위한 이 표준화 방법은, 상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)을 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼과 비교하여 파장대별로 그 차이를 비교하여 보정하여 상기 광원을 표준화하고(100 단계), 상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)의 백색 레퍼런스(white reference)를 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼의 백색 레퍼런스와 파장대별로 그 차이를 비교하여 그 차이에 따라 표면 색채 분석대상의 고유 반사율(reflectance)을 측정하여 각 파장별로 백색 균형(white balance)을 맞추어 영상 획득 수단으로 획득된 영상 데이터를 보정하여 영상 획득 수단을 표준화하며(110 단계), 색채 분석 대상인 표면의 영역을 확대 혹은 축소하거나 표면 상태의 굴곡에 따른 3차원 계측 파라미터를 이용하여 표면 상태를 표준화한다(120 단계).

표준화해야 하는 필요성의 예를 들면, 광원의 경우 일광과 인공광 하에서 관찰한 것은 그 결과가 다를 수 있으며, 관찰자가 색맹이거나 혹은 노화로 인해 시력이나 기타 시각 기능이 감퇴한 경우은 정확한 결과를 얻을 수 없을 것이며, 관찰 대상의 표면 상태가 평평하거나 불규칙하게 되어 있는 가에 따라 분석 결과가 달라질 수 있기 때문이다.

도 2는 표면을 관측하기 위한 광원인 할로겐 램프와 이미 알고 있는 표준 광원 D65의 가시광선 영역에서의 스펙트럼 분포도이다.

할로겐 램프인 광원의 레이디언트 스펙트럼을 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼과 비교하여 파장대별로 그 차이를 비교한다. 그리고 그 차이값을 이용하여 할로겐 램프의 광원의 스펙트럼 값을 보정하여 광원을 표준화한다(100 단계).

물체의 표면에 빛을 비추어 반사되는 빛을 획득하여 그 영상을 이용하여 색채 분석을 한다. 이때에 그 빛을 영상으로 획득하거나 보는 것은 사람의 눈이 해야 할 일이나, 본 발명에서는 CCD 카메라의 CCD 소자를 사용해서 영상을 획득한다. 이것을 표준화하여 이를 통해 객관적이고 정량적인 데이터를 얻는 것이 보다 정확한 측정값을 얻을 수 있다.

영상 획득 수단으로 사용될 CCD 카메라는 일반적인 B/W(black/white) CCD 소자를 사용할 수 있으며, 상기의 표준화 방법과 유사한 방법으로 표준화한다.

백색 레퍼런스(White reference)의 반사율(reflectance)을 측정하여 그 값을 기준으로 백색 균형(white balance)을 맞추어주면 물체의 고유한 특성 반사율을 알 수 있다. 따라서 이러한 표준화 과정을 통해 할로겐 램프 뿐 아니라 다른 광원을 사용하더라도 표준 광원(예, D65, D50 등)의 알려진 스펙트럼 값을 이용하여 한번 측정으로 여러 종류의 표준 광원 하에서 측정한 값으로 변환시킬 수 있으며, 이에 표준화의 의미가 있다.

원하는 광원의 레이디언트 스펙트럼과 현재 사용하고 있는 광원(본 실시예에서는 할로겐 램프)의 레이디언트 스펙트럼 간의 각 파장별로 생기는 차이는 백색 레퍼런스로 규정된다. 이 차이만큼의 값을 CCD 카메라를 통해 얻어진 영상 데이터에 픽셀별로 보정하여 표준화시킨다(110 단계). 이 방법을 통해 광원이 다르더라도 물체의 고유한 반사율 값을 측정할 수 있다. 또한 이때에 편광 필터(polarizing filter)를 이용하여 피부 표면에서의 난반사(glare)를 방지할 수 있다.

도 3은 할로겐 광원에서와 표준광원(D65)으로 표준화시킨 광원 하에서 계측한 백색 레퍼런스의 반사율 스펙트럼 분포를 도시한 것이다.

색채 분석의 대상인 표면 상태는 사람의 피부 표면이다. 이때에 그다지 굴곡이 많지 않은 팔, 손등, 등 부위들은 편편하면서 측정시에 심한 움직임이나 떨림이 없으면 필요한 데이터를 얻는데 문제는 없을 것이다. 그러나 미소한 부분, 예를 들면 주름진 부위 등에는 주름 속까지 색채를 관찰할 필요가 있다. 또한 색채가 변하는 부분, 예를 들면 정상적인 부분과 이상이 있는 부분은 피부의 색이 틀릴 것이다. 따라서 필요한 부분을 관찰해야 할 필요성이 있다.

이를 위해 측정하고자 하는 부위의 면적을 매크로 렌즈(macro lens)와 같은 수단을 사용하여 배율 조정을 통해 확대나 축소하여 선택할 수 있을 것이다. 따라서 이런 경우 확대/축소가 가능한 렌즈를 포함하여 관찰하려는 표면에 대한 표준화를 할 수 있다.

또한 주름진 부분 같은 경우에는 3차원적인 표준화가 필요하다. 이에 대한 것은 본 발명의 발명자의 발명(0286434호)에 상세하게 제시되어 있다. 따라서 이미 공지된 발명에 기재된 기술을 사용하여 표면의 불규칙도, 피부 주름의 골단면적, 삼차원적 표면적 및 삼차원적 체적을 포함하는 3차원의 피부 계측 파라미터를 얻을 수 있으며, 이를 이용해서 표면의 상태를 표준화한다(120 단계).

도 4는 본 발명에 따른 표면의 색채를 분석하는 방법의 흐름의 일 예를 도시한 것이다. 이 방법은 색채 분석 대상에 빛을 공급하는 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)을 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼과 비교하여 파장대별로 그 차이를 이용하여 상기 광원의 스펙트럼값을 보정하여 광원을 표준화하며, 색채 분석 대상인 표면의 영역을 확대 혹은 축소하거나 표면 상태의 굴곡에 따른 3차원 계측 파라미터를 이용하여 표면 상태를 표준화하고(400 단계), 표준화된 광원을 색채를 분석하려는 표준화된 표면에 비추어 반사되는 반사광을 얻으며(410 단계), 상기 반사광 중에서 소정 영역의 파장값을 가지는 반사광을 소정의 파장의 길이 단위로 영상들을 획득하고(420 단계), 상기 구해진 파장별 영상들로부터 픽셀 단위 혹은 관찰 대상 표면의 영역 단위로 표면의 색채를 분석할 수 있는 파라미터들을 추출하여(430 단계) 색채를 분석하게 된다. 이때에 400 단계에서 110 단계와 같이 영상 획득 수단을 표준화하여 획득되는 영상을 표준화할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 표면의 색채를 분석하는 장치의 구성을 블록으로 도시한 것이다.

이 장치는 색채를 분석하려는 표면에 빛을 비추는 광원(500), 상기 표면에 반사된 광원을 소정의 배율에 따라 확대 또는 축소하여 상기 표면의 색채 분석 영역을 결정하여 획득하는 반사광획득부(510), 상기 획득된 반사광 중에서 소정 영역의 파장값을 가지는 반사광을 소정의 파장의 길이 단위로 영상들을 획득하는 파장별영상획득부(520) 및 상기 구해진 파장별 영상들로부터 픽셀 단위 혹은 관찰 대상 표면의 영역 단위로 표면의 색채를 분석할 수 있는 파라미터들을 추출하는 파라미터추출부(530)를 포함한다. 그리고 광원(500)의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)을 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼과 비교하여 파장대별로 그 차이를 비교하여 보정하여 상기 광원을 표준화하고, 상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)의 백색 레퍼런스(white reference)를 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼의 백색 레퍼런스와 파장대별로 그 차이를 비교하여 그 차이에 따라 표면 색채 분석 대상의 고유 반사율(reflectance)을 측정하여 각 파장별로 백색 균형(white balance)을 맞추며, 색채 분석 대상의 표면 상태의 굴곡에 따른 3차원 계측 파라미터를 이용하여 파장별영상획득부(520)를 통해 획득한 영상 데이터를 표준화하여 표면 상태를 표준화하는 표준화부(540)도 포함한다.

도 6은 도 5의 구성을 구현할 경우의 구성의 일 예를 도시한 것이다. 광원(500)으로는 할로겐램프(600)를 사용하였고, 반사광획득부(610)로는 매크로렌즈(610)를 사용하였으며, 파장별영상획득부(520)에서 반사광 중에서 소정 영역의파장값을 가지는 반사광을 소정의 파장의 길이 단위로 나누는 것은 Liquid Crystal Tunable Filter인 LCTF(620)를 사용하였으며, 그 각각 나누어진 영상들을 획득하는 하는 것은 CCD 카메라(625)를 사용하여 컴퓨터와 같은 장치에 장착되어 있는 이미지 그래버 보드(image grabber board)를 사용하였다.

파라미터추출부(530) 및 표준화부(540)는 LCTF(620)에 연결된 혹은 CCD 카메라(625)에 연결된 이미지 그래버 보드를 포함하고 있는 컴퓨터에 하드웨어적으로 혹은 적절한 프로그램을 통해 소트프웨어적으로 구현되어 있으므로 도 6에는 도시되어 있지 않다.

이하에서는 도 6의 구성을 중심으로 본 발명의 동작을 설명한다.

표준화부(540)에서는 도 1에 설명된 것과 같이 참조번호 100 내지 120 단계를 거쳐 표준화를 한다. 즉, 광원이나 물체의 표면이 달라지더라도 같은 결과를 얻을 수 있도록 준비 작업을 하는 것이다. 이는 도 1의 설명에서와 같은 동작을 프로그램을 통해 제어하여 이루어질 수 있는 것이며, 실제로 파라미터추출부(530)에서 그 결과가 사용될 것이다.

본 발명에서 관찰해야 하는 반사되는 빛의 파장은 400nm에서 720nm 사이인 것이 바람직하다. 왜냐하면 가시 광선의 영역에서 관찰하는 것이 바람직할 것이며, 상기의 파장 대역이 가시 광선의 파장이기 때문이다.

LCTF(Liquid Crystal Tunable Filter)는 Lyot-type의 복굴절 필터이며, 400nm에서 720nm 사이의 빛의 파장을 10nm 단위로 나누어 통과시키는 필터이다. 그리고 직렬 인터페이스인 RS-232C를 통해 PC와 통신이 가능하다. 따라서 컴퓨터 프로그램을 통해 제어가 가능하다. 적절한 프로그램을 이용해서 명령어를 LCTF로 전송하여 소프트웨어적으로 그 동작을 제어할 수 있다.

할로겐 램프(600)에서 상기의 표준화 과정을 통해 설명된 편광 필터를 통해 나온 빛이 물체에 반사되어 매크로 렌즈(610)로 들어오면(410 단계) 컴퓨터의 RS-232C 포트를 통해 LCTF(620)를 제어하여 구동시킨다.

그 결과 10nm 단위로 반사광을 통과시켜 400∼720nm 사이의 33개의 영상들을 CCD 카메라(625)를 통해 받아들여 PC에 장착된 이미지 그래버 보드를 이용해서 영상으로 저장한다(420 단계).

LCTF(620)와 이미지 그래버 보드는 프로그램을 통해 동기되어 10nm 간격으로 LCTF(620)가 동작하고, 각 영상 프레임을 이미지 그래버 보드에서 영상으로 저장하여, 예를 들면 640×480, 256 그레이 레벨(gray level)의 해상도를 가지는 33개의 영상 데이터를 얻게 된다. 각 영상은 8비트 그레이 레벨 영상으로 각 펙셀 당 0-255의 256 레벨의 데이터로 구성될 수 있다.

도 7은 LCTF를 통해 얻어진 영상의 계층을 개념적으로 도시한 것이다. 가시광선 영역의 10nm별로 나누어져서, 각 영상의 반사율 값이 데이터로 취득될 수 있다.

이렇게 저장된 영상들은 각 파장별 반사율(reflectance)값으로 이용한다. 영상으로 저장된 파장별 영상 데이터는 각 픽셀(pixel)별로 분석이 가능하여 한번의 측정으로 정상 부위와 병변 부위의 계측이 동시에 이루어질 수 있다. 또한 매크로 렌즈(610)의 배율을 조정하여 따라 측정가능 면적이 가변적으로 변할 수 있게 된다.

파라미터 추출부(530)에서 추출하는 파라미터에는 표면 색채의 직각 좌표계의 XYZ 성분, CIELAB 칼라 영역에서의 L*a*b* 성분, RGB 성분, HSI 색 영역의 HSI 성분, 홍반 지수(erythema index) 및 멜라닌 지수(melanin index)를 포함하는 것이 바람직하다.

이때에 참조번호 420 단계에서 획득된 파장별 영상의 반사율(reflectance)값 및 상기 광원의 스펙트럼 값을 이용하여, XYZ 성분을 추출하고, 이로부터 L*a*b*, RGB, HSI, 홍반 지수 및 멜라닌 지수를 추출하는 것이 바람직하다.

이하 각 파라미터를 구하는 예를 설명한다.

영상 데이터의 레벨 데이터 0∼255를 실제 반사율의 레벨 0∼100의 값으로 바꾸어 계산한다.

XYZ값을 산출하기 위해의 값을 이용하는데,값은 CIE에서 제정한 10°observer 값을 사용하며, 측정해야 하는 값은 광원의 스펙트럼 값인와 물체의 반사율(reflectance) 값인값이다. 다음의 CIE 1964 시스템에서의 수학식을 통해 XYZ값을 계산하여 색채를 분석하고 그 결과에 대해 의학적으로 연구할 수 있다.

계산된 XYZ 값으로부터 다음의 수학식을 통해 L*a*b*를 구한다.

여기서,= lightness,= chroma coordinates in the CIELAB color space이며,= ideal white의 tristimulus 값들이다.

이때에 CIELAB 색차(color difference)는 다음의 수학식으로 표현된다.

RGB를 계산하기 위해서는 XYZ 값을 필요로 한다. 그러나 여기서는 CCD 카메라(625)를 통해 직접 얻어진 영상 데이터로 RGB를 계산하는 예를 든다.

여기서 사용된 RGB 각각의 파장은 R = 650nm, G = 530nm, B = 460nm이며 각 파장의 전후의 영상 데이터와 평균을 취하는 방법으로 RGB 값을 계산한다.

HSI 값을 구하는 방법은 다음의 수학식과 같다.

홍반 지수(erythema index) 및 멜라닌 지수(melanin index)를 구하는 것은 다음의 식과 같다.

여기서 IR과 IG는 각각 RED와 GREEN의 강도(intensity)를 나타낸다.

현재 상용화된 기기 등에서 Red 값과 Green 값의 파장을 결정하는데 있어 본 발명과 차이가 있다. 예를 들면 종래의 DermaSpectrometer에서는 G:568nm, R:655nm 및 Erythema Meter에서는 G:546nm, R:671nm의 파장을 사용한다. 그러나 본 발명에서는 LCTF의 특성에 적합한 파장 영역을 선정하여 하나의 값을 가진 파장이 아닌 R:680∼700nm, G:560∼580nm의 값을 이용한다는 특색이 있다.

상기와 같은 파라미터 추출을 위한 계산은 컴퓨터에서 구현되는 프로그램을 통해 계산 가능하다. 그리고 상기의 값을 계산할 때에는 표준화된 값을 이용하여 보다 신뢰성 있는 값을 구할 수 있다.

표 1은 본 발명에 따른 피부 분석 방법과 종래의 spectrophotometer로 계측한 정상 피부의 xyz 값의 CV간 비교를 위한 결과를 나타내는 것이다.

	CV of x	CV of y	CV of z
	mean	SD	mean	SD	mean	SD
SCDA	1.39	0.76	0.94	0.31	2.25	1.09
Spectrophotometer	2.19	0.55	2.01	0.42	4.10	1.05
p-value	< 0.05	< 0.05	< 0.05

표 1 에서는 각 부위별 측정값을 통해 계측된 CV (Coefficient Variation)값을 보여주고 있다. 두 경우 모두 T-test 결과 통계적으로 의의있는 값을 나타내었다. 이때 본 발명에 따라 측정한 정상인 피부의 색채 값의 CV가 spectrophotometer보다 낮은 값을 갖는다. 이로서 본 발명에 따른 피부 분석 방법이 종래 사용되던 spectrophotometer 보다 재현성이 높고 신뢰성이 높은 것을 증명할 수 있다.

Sodium lauryl sulfate(SLS)의 피부 국소 도포 후 유발된 피부염의 육안적 평가(visual grade)와 본 발명에서 제시된 방법에 의한 피부색의 계측결과를 여러 색 모델(color model)로 표현하여 비교 연구하여 분석한 결과xyz 색 모델의 분석 결과 z 값이 염증의 visual grade와 가장 연관관계가 높았으며 L*a*b* 색 모델에서는 a* 값이 염증의 정도가 증가할수록 통계적으로 의의있게 증가하였다. RGB 색 모델에서는 R 값이 통계적으로 의의가 있었고, HSI 색 모델에서는 H 값과 I 값이 visual grade에 따라 증가하였다.

상기에 설명된 바와 같이 홍반 지수와 멜라닌 지수는 특정한 파장의 반사율을 이용하여 계측된다. 기존의 상용화된 피부색 계측기의 파라미터인 홍반 지수 및 멜라닌 지수를 산출한 결과와 본 발명에 따라 추출된 홍반 지수 및 멜라닌 지수를 비교하면 본 발명에 따른 방법으로 계측한 결과가 피부염의 심한 정도를 더욱 정확하게 표현하였다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 색채 분석 방법과 spectrophotometer를 이용한 종래 방법의 차이점은 spectrophotometer를 이용한 방법에서는 다른 색채측정기기와 같은 방법인 특정한 한 파장에서의 반사율(reflectance)을 이용하였고, 본 발명에 따른 색채 분석 방법이나 장치에서는 소정의 특정한 파장의 범위 내에서 계측했다는 점이다. 본 발명에 따른 색채 분석 방법의 결과가 spectrophotometer를 이용한 결과보다 의의있게 나온다. 그 이유는 본 발명에 따른 방법이나 장치에서는 각 파장 별 반사율의 스펙트럼 분포 데이터(spectral distribution data)가 각 영상의 픽셀별로 계측이 가능하기 때문이다.

종래에 사용되는 spectrometer와 본 발명에 따른 장치나 방법의 차이를 비교하면, 본 발명에 따른 방법은 종래와는 달리 그 측정 부분이 가변적이라는 차이가 있다. Spectrophotometer는 센서로 받아들이는 면적이 일정하여 작은 부분의 색채분석이 불가능하지만 본 발명에 따른 색채 분석 방법은 매크로 렌즈의 배율에 따라 측정 영역이 가변적이며 또한 한번 측정으로 얻어진 영상에서 각 픽셀 단위의 분석이 가능하다.

또한 각 픽셀 단위의 파장 스펙트럼 분포 데이터를 얻을 수 있기 때문에 효율적인 피부색 분포에 대한 색채분석이 가능하다. 이것은 측정하고자하는 부위의 색채 분석에서 픽셀 단위 비교 및 영역별 단위 비교, 정상 부위 및 병변 부위간 동시 비교를 가능하게 해준다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 상기의 설명에 포함된 예들은 본 발명에 대한 이해를 위해 도입된 것이며, 이 예들은 본 발명의 사상과 범위를 한정하지 않는다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한 본 발명에 따른 상기의 각 단계는 일반적인 프로그래밍 기법을 이용하여 소프트웨어적으로 또는 하드웨어적으로 다양하게 구현할 수 있다는 것은 이 분야에 통상의 기술을 가진 자라면 용이하게 알 수 있는 것이다.

그리고 본 발명의 일부 단계들은, 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, CD-RW, 자기 테이프, 플로피디스크, HDD, 광 디스크, 광자기 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.

본 발명에 의하면, 표면의 색채를 분석하는 방법에 있어서, 색채 분석 대상에 빛을 공급하는 광원, 분석 대상의 표면에 반사되는 반사광을 영상으로 획득하는 수단 및 색채 분석 대상의 표면의 상태를 표준화하고, 표준화된 광원을 색채를 분석하려는 표준화된 표면에 비추어 반사되는 반사광을 얻으며, 반사광 중에서 소정 영역의 파장값을 가지는 반사광을 소정의 파장의 길이 단위로 영상들을 획득하고, 구해진 파장별 영상들로부터 픽셀 단위 혹은 관찰 대상 표면의 영역 단위로 표면의 색채를 분석할 수 있는 파라미터들을 추출하는 단계를 포함하여, 피부 계측 환경에 구애받지 않으며, 효율적으로 피부 색채를 분석할 수 있게 된다. 따라서 인체 피부와 관련된 진단과 치료가 효율적으로 될 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 물체의 표면이 광원으로부터의 빛을 반사하고 그 반사되는 빛을 영상으로 획득하는 수단을 통해 영상으로 획득하여 표면의 색채를 분석하기 위한 표준화 방법에 있어서,

   상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)을 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼과 비교하여 파장대별로 그 차이를 비교하여 보정하여 상기 광원을 표준화하는 단계;

   상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)의 백색 레퍼런스(white reference)를 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼의 백색 레퍼런스와 파장대별로 그 차이를 비교하여 그 차이에 따라 표면 색채 분석 대상의 고유 반사율(reflectance)을 측정하여 각 파장별로 백색 균형(white balance)을 맞추어상기 영상 획득 수단으로 획득된 영상 데이터를 보정하여 영상 획득 수단을 표준화하는 단계; 및

   색채 분석 대상인 표면의 영역을 확대 혹은 축소하거나 표면 상태의 굴곡에 따른 3차원 계측 파라미터를 이용하여 표면 상태를 표준화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면의 색채를 분석하기 위한 표준화 방법.
2. 표면의 색채를 분석하는 방법에 있어서,

   (a) 색채 분석 대상에 빛을 공급하는 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)을 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼과 비교하여 파장대별로 그 차이를 이용하여 상기 광원의 스펙트럼값을 보정하여 광원을 표준화하며, 색채 분석 대상인 표면의 영역을 확대 혹은 축소하거나 표면 상태의 굴곡에 따른 3차원 계측 파라미터를 이용하여 표면 상태를 표준화하는 단계;

   (b) 상기 (a) 단계에서 표준화된 광원을 색채를 분석하려는 표준화된 표면에 비추어 반사되는 반사광을 얻는 단계;

   (c) 상기 반사광 중에서 소정 영역의 파장값을 가지는 반사광을 소정의 파장의 길이 단위로 영상들을 획득하는 단계; 및

   (d) 상기 구해진 파장별 영상들로부터 픽셀 단위 혹은 관찰 대상 표면의 영역 단위로 표면의 색채를 분석할 수 있는 파라미터들을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 색채를 분석하는 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 (c) 단계에서 파장값의 소정 영역은 400nm 내지 720nm의 가시광선 영역임을 특징으로 하는 표면 색채를 분석하는 방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 (d) 단계에서 추출되는 파라미터에는 표면 색채의 직각 좌표계의 XYZ 성분, CIELAB 칼라 영역에서의 L*a*b* 성분, RGB 성분, HSI 색 영역의 HSI 성분, 홍반 지수(erythema index) 및 멜라닌 지수(melanin index)를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 색채를 분석하는 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 (d) 단계에서, 상기 (c) 단계에서 획득된 파장별 영상의 반사율(reflectance)값 및 상기 광원의 스펙트럼 값을 이용하여, XYZ 성분을 계산하고, 이로부터 L*a*b*, RGB, HSI, 홍반 지수 및 멜라닌 지수를 계산하며,

   홍반 지수 및 멜라닌 지수를 계산할 때에는 R 성분으로는 680∼700nm, G 성분으로는 560∼580nm의 파장값을 이용하는 것을 특징으로 하는 표면 색채를 분석하는 방법.
6. 표면의 색채를 분석하는 장치에 있어서,

   색채를 분석하려는 표면에 빛을 비추는 광원;

   상기 표면에 반사된 광원을 소정의 배율에 따라 확대 또는 축소하여 상기 표면의 색채 분석 영역을 결정하여 획득하는 반사광획득부;

   상기 획득된 반사광 중에서 소정 영역의 파장값을 가지는 반사광을 소정의 파장의 길이 단위로 영상들을 획득하는 파장별영상획득부;

   상기 구해진 파장별 영상들로부터 픽셀 단위 혹은 관찰 대상 표면의 영역 단위로 표면의 색채를 분석할 수 있는 파라미터들을 추출하는 파라미터추출부; 및

   상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)을 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼과 비교하여 파장대별로 그 차이를 비교하여 보정하여 상기 광원을 표준화하고, 상기 광원의 레이디언트 스펙트럼(radiant spectrum)의 백색 레퍼런스(white reference)를 소정의 표준 광원의 레이디언트 스펙트럼의 백색 레퍼런스와 파장대별로 그 차이를 비교하여 그 차이에 따라 표면 색채 분석 대상의 고유 반사율(reflectance)을 측정하여 각 파장별로 백색 균형(white balance)을 맞추며, 색채 분석 대상의 표면 상태의 굴곡에 따른 3차원 계측 파라미터를 이용하여 상기 파장별영상획득부를 통해 획득한 영상 데이터를 표준화하여 표면 상태를 표준화하는 표준화부;를 포함하며,

   상기 파라미터추출부는 파라미터를 추출할 때에 상기 표준화부에 의해 표준화된 데이터를 이용하는 것을 특징으로 하는 표면 색채를 분석하는 장치.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,

   상기 파장별영상획득부는 400nm 내지 720nm 사이의 빛의 파장을 10nm 단위로 나누어 통과시키는 LCTF(Liquid Crystal Tunable Filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 색채를 분석하는 장치.