TWI430776B - 智慧型影像膚質檢測系統及方法 - Google Patents

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智慧型影像膚質檢測系統及方法
本發明係有關於智慧型影像膚質檢測系統及方法,為一種藉由包含前處理模組、皮膚病照灶特徵擷取模組及膚質分析模組之膚質檢測系統,以標準化之流程完成膚質影像檢測。
近三十年來,生物科技產品成為新的消費方向,其中蘊藏著無限商機,帶給現在和未來市場旺盛的生命力。而化妝保養品是生物科技產業中可以帶給女性(甚至是男性)美麗、希望與愉悅感受的產業。
根據國際主要消費市場前50個國家進行調查統計,2008年有關化妝保養產品市場銷售金額達2,575億美元,並維持3.6%~7.3%的年增率,是一個相當重要的產業。我國經過30年的發展、引導和培育,已孕育了1,300億元的銷售市場,產品出口也逐年上升,現已創造了11億美元的外匯,為150個國家和地區的消費者帶來美的享受。
目前我國化妝品的銷售額僅次於日本和美國,是全球第三大化妝品消費市場。而在琳瑯滿目的化妝保養品中,如何挑選適合個人膚質的化妝保養品,來達成美妝同時保養的目的,成了目前 最重要的課題。因此若能快速、安全及準確的提供消費者膚質資料,不但可幫助消費者挑選合適化妝保養品,也可增進消費者購買意願以刺激買氣。
近年來生物科技的進步帶動了膚質檢測的盛行,這些接觸式的膚質檢測儀可以檢測判斷受測者的膚質及膚齡,但透過探測棒與受測者皮膚接觸,除了衛生及傳染病問題外,傷口嚴重的患者也無法接受測試,而且檢測人員也必須接受特別訓練才能勝任。
上述習用接觸式膚質檢測儀之最大的缺點在於:
1.由於膚質檢測儀是使用探測棒取得皮膚像,一次僅能取得局部影像。
2.探測棒需與受測者肌膚接觸,若受測者患有嚴重皮膚疾病或傷口則無法接受測試,且容易因為衛生問題產生交叉感染。
3.為維護探測棒清潔需增加額外成本。
4.操作員使用膚質檢測儀前需接受特別訓練。
5.受測者在受測前需清潔臉部,以免造成檢測儀器誤判。
因此若能使用數位相機等數位影像擷取裝置代替探測棒擷取皮膚影像,再輔以影像處理技術取得膚質特徵,不但可以簡化操作流程,也可解決接觸式探測棒的衛生問題。
前述所提及關於習用接觸式膚質檢測儀之架構,儘管能夠達成在膚質檢測處理過程中所應具備一般基本要求與成效,但在實際應用時之安全衛生與教育訓練建置整合能力與成本控管等產業 應用專屬性上,皆存在諸多缺點與不足的情況下,無法發揮更具體之產業應用性。
綜上所述,由於習用接觸式膚質檢測儀之架構,存在上述之缺失與不足,基於產業進步之未來趨勢前提下,實在有必要提出具體的改善方案,以符合產業進步之所需,更進一步提供業界更多的技術性選擇。
本發明提出一套標準化的膚質影像檢測系統與流程,利用自動人臉偵測技術,從影像中定位出人臉,再基於皮膚病灶之特徵在各種不同色彩空間及光源下的特性,個別取出皮膚斑點、皺紋、青春痘等皮膚影像特徵值,由於此階段所取特徵為特徵影像,無法直接用來評估膚質的好壞,因此本發明透過量化特徵影像的方式,取得各種膚質問題的評估參數,但由於評估參數無法明確界定膚質問題的嚴重程度,因此透過減法聚類找出適合本發明資料的分群數,再利用調適性網路模糊推論系統取得膚質問題嚴重程度的歸屬函數,最後即可利用歸屬函數來區分膚質問題的嚴重程度,因此本發明最終可得到一份客觀的膚質評估報告。
再者,由於本發明之皮膚影像皆由標準流程拍攝取得,且皮膚影像是藉由數位相機在固定環境及固定距離下取得,因此可改善探測棒與人體皮膚接觸之缺點,能精確的與受測者前次拍攝的皮膚影像做比較,進而了解皮膚的改善狀況。
所以不論由主客觀條件觀之,本發明之智慧型影像膚質檢測系統及方法,在國內外專利中目前確實無相關技術應用於高效能 之影像膚質檢測處理架構建置,具備市場無可取代之技術之優勢,極適合應用於智慧型影像膚質檢測系統產業等設備市場,勢必可以帶來智慧型影像膚質檢測系統及其設備之生產與設計製造產業相關市場之莫大商機。
本發明係藉由包含前處理模組、皮膚病照灶特徵擷取模組及膚質分析模組之膚質檢測系統,以標準化之流程完成膚質影像檢測。
為了達成上述目的及功能,一種智慧型影像膚質檢測系統,包含一前處理模組、一皮膚病照灶特徵擷取模組及一膚質分析模組,其具體可行之實施方式如下: 一前處理模組,係具一彩色影像輸入介面、一膚色偵測介面、一雜點去除介面、一膚色取樣介面及一人臉定位介面,且依序作連結。
一皮膚病照灶特徵擷取模組,係具一自動人臉區域分割介面、一色彩空間介面及一皮膚病灶特徵介面,且依序作連結,另,該自動人臉區域分割介面連結前處理模組之人臉定位介面。
一膚質分析模組,係連結該皮膚病照灶特徵擷取模組,係具一特徵量化介面、一膚質分析介面、一資料庫、一調適性網路模糊推論系統、一膚質模型介面及一膚質評估報告介面,該特徵量化介面連結膚質分析介面,該資料庫連結調適性網路模糊推論系統,且該膚質分析介面與調適性網路模糊推論系統均連結至膚質模型介面,該膚質模型介面連結膚質評估報告介面,另,該特徵量化介面連結皮膚病照灶特徵擷取模組之皮膚病灶特徵介面。
該前處理模組之彩色影像輸入介面係固定光罩式人臉影像擷取器,作彩色人臉影像之拍攝。
該前處理模組之膚色偵測介面係作彩色人臉影像之膚色候選區塊篩選。
該前處理模組之雜點去除介面,係依型態學作彩色人臉影像之過小雜點去除。
該前處理模組之膚色取樣介面係連通元件,作彩色人臉影像之最大全臉膚色區塊保留。
該皮膚病照灶特徵擷取模組之自動人臉區域分割介面,係自彩色人臉影像分割額頭、眼尾、臉頰、鼻翼、嘴角及下巴,形成六大膚質檢測區塊。
該皮膚病照灶特徵擷取模組之色彩空間介面係包含YcbCr色彩空間與LAB色彩空間。
該皮膚病照灶特徵擷取模組之皮膚病灶特徵介面,係擷取青春痘、斑點及皺紋之皮膚病灶特徵。
該膚質分析模組之特徵量化介面係將所擷取之膚質作特徵值量化。
該膚質分析模組之膚質分析介面,係依毛孔大小、膚色均勻度、斑點多寡、皺紋深度、皮脂線分泌程度、皺紋密度、角質多寡與青春痘多寡,形成八大膚質評估標準。
該膚質分析模組之調適性網路模糊推論系統,係比對資料庫以計算膚質評估標準之膚質問題嚴重程度之歸屬度,且進行分類 ,形成膚質模型介面。
該膚質分析模組之膚質評估報告介面,係依據膚質模型介面作膚質之分數評斷。
一種智慧型影像膚質檢測方法,包含下列步驟包含:
A.彩色影像輸入:首先由系統讀入一張從固定環境中所拍攝的彩色人臉影像。
B.膚色偵測:經過膚色偵測後留下膚色的候選區塊。
C.形態學去雜點:使用型態學將過小雜點去除。
D.連通取最大區塊:使用連通元件留下最大的膚色區塊,即在人臉定位部分找出人臉膚色區塊。
E.人臉定位:從原始影像中取出完整的人臉膚色區塊,完成人臉定位。
F.自動人臉區域分割:為了自動定位出膚質區塊,而膚質區塊的定位根據美容師及醫師定義的人臉膚質檢測六大區塊,分別為額頭、眼尾、臉頰、鼻翼、嘴角及下巴等區域。
G.色彩空間表現:選擇不易受到光線影響的YCbCr色彩空間來偵測膚色區域。
H.皮膚病灶特徵擷取:主要目的是從人臉區塊內擷取出皮膚病灶的特徵,除了使用皮膚病灶在各種色彩空間下之不同表現外,也依照臨床醫學上某些病灶會出現在人臉特定區塊上的特性,來提升特徵擷取的準確率。
I.特徵量化:由於所找出的單一特徵值,無法當作膚質好壞的評量標準將所找出的所有特徵值做量化,以提供膚質分析時使用。
J.膚質分析:量化目標是根據美容醫師所訂定影響膚質的八大重要因素以及美容師在評估這八大問題時的評估標準為基準。
K.膚質比對:使用調適性網路模糊推論系統(Adaptive Network based Fuzzy Inference System,ANFIS)來計算這些膚質問題嚴重程度的歸屬度,即針對對所輸入的膚質問題嚴重程度做分類。
L.膚質評估報告:使用膚質問題嚴重程度的歸屬度來為皮膚進行評分,輸出一個概略的膚質評斷分數。
本發明智慧型影像膚質檢測系統及方法之具體特點與功效在於:
1.使用影像處理技術與調適性類神經網路對皮膚影像作膚質分析。
2.以穩定光源之攝影環境,取得高解析度之皮膚影像,並輔以型態學以及連通元件等影像處理技術,從照片中取出完整的人臉影像。
3.透過皮膚病灶擷取模組,使用影像處理技術找出適合決定人臉肌膚的影像特徵值。
4.相較於接觸式膚質檢測儀,影像處理技術能以簡單的影像 擷取裝置(如:數位相機)取代探測棒,不需接觸受測者的肌膚。
5.自動去除人臉五官,僅留下人臉的膚色區塊,以降低人臉皮膚影像擷取的誤差。
6.使用斑點、皺紋及青春痘特徵擷取演算法找出膚質特徵,其結果與專家判定頗為相似,符合一般人對於斑點、皺紋及青春痘的觀感。
7.評估參數的設計方法是透過病灶面積佔肌膚影像區域的比例,以及病灶所造成皮膚表面所產生的色度,綜合兩項因素來判定受測者膚質的狀況。
8.膚質評估參數,具有一定的評估能力,配合使用調適性類神經網路模糊推論系統中的減法聚類,找出適合分類膚質問題嚴重程度的群數,並透過歸數函數得到分類膚質問題嚴重程度。
9.根據檢測數據,可以針對消費者的膚質狀況推薦適合的美容保養品,也可進一步記錄並研究皮膚老化或產生病變的原因,亦或是保養品業者可利用這些數據資料向消費者證明。
10.皮膚科醫師或美容師則可藉由此報告給予受測者適當的治療、建議或提供有效的醫療美容用品。
11.皮膚病灶特徵擷取模組的整體準確率大約為74.8%,膚質分析模組的準確率大約為72.7%。
12.綜合所有膚質特徵,以評估參數方法分析膚質,可得到一客觀的膚質評估標準。
(1)‧‧‧前處理模組
(11)‧‧‧彩色影像輸入介面
(12)‧‧‧膚色偵測介面
(13)‧‧‧雜點去除介面
(14)‧‧‧膚色取樣介面
(15)‧‧‧人臉定位介面
(2)‧‧‧皮膚病照灶特徵擷取模組
(21)‧‧‧自動人臉區域分割介面
(211)‧‧‧額頭
(212)‧‧‧眼尾
(213)‧‧‧臉頰
(214)‧‧‧鼻翼
(215)‧‧‧嘴角
(216)‧‧‧下巴
(22)‧‧‧色彩空間介面
(23)‧‧‧皮膚病灶特徵介面
(3)‧‧‧膚質分析模組
(31)‧‧‧特徵量化介面
(32)‧‧‧膚質分析介面
(33)‧‧‧資料庫
(34)‧‧‧調適性網路模糊推論系統
(35)‧‧‧膚質模型介面
(36)‧‧‧膚質評估報告介面
第一圖:本發明一實施例之膚質檢測系統架構示意圖。
第二圖:本發明一實施例之局部膚質檢測系統示意圖。
第三圖:本發明一實施例之膚質檢測步驟流程示意圖。
第四圖:本發明一實施例之人臉膚質區域分割示意圖。
附件一:人臉膚質六大區塊分區圖。
附件二:青春痘影像分析圖。
附件三:斑點影像分析圖。
附件四:皺紋影像分析圖。
請參閱第一、二圖,分別為本發明一實施例之膚質檢測系統架構示意圖及局部膚質檢測系統示意圖,本發明係一種智慧型影像膚質檢測系統,包含一前處理模組(1)、一皮膚病照灶特徵擷取模組(2)及一膚質分析模組(3),其中:一前處理模組(1),係具一彩色影像輸入介面(11)、一膚色偵測介面(12)、一雜點去除介面(13)、一膚色取樣介面(14)及一人臉定位介面(15),且依序作連結;前處理模組(1)之彩色影像輸入介面(11)係固定光罩式人臉影像擷取器,作彩色人臉影像之拍攝;前處理模組(1)之膚色偵測介面(12)係作彩色人臉影像之膚色候選區塊篩選;前處理模組(1)之雜點去除介面(13),係依型態學作彩色人臉影像之過小雜點去除;前處理模組(1)之膚色取樣介面(14)係連通元件,作彩色人臉影像之最大全臉膚色區塊保留。
一皮膚病照灶特徵擷取模組(2),係具一自動人臉區域分割介面(21)、一色彩空間介面(22)及一皮膚病灶特徵介面(23),且依序作連結,另,該自動人臉區域分割介面(21)連結前處理模組(1)之人臉定位介面(15);皮膚病照灶特徵擷取模組(2)之自動人臉區域分割介面(21),係自彩色人臉影像分割額頭(211)、眼尾(212)、臉頰(213)、鼻翼(214)、嘴角(215)及下巴(216),形成六大膚質檢測區塊,如第二、四圖所示或參考附件一;皮膚病照灶特徵擷取模組(2)之色彩空間介面(22)係包含YcbCr色彩空間與LAB色彩空間,如第二圖;皮膚病照灶特徵擷取模組(2)之皮膚病灶特徵介面(23),係擷取青春痘、斑點及皺紋之皮膚病灶特徵,如第二圖或參考附件-二至四。
一膚質分析模組(3),係連結該皮膚病照灶特徵擷取模組(2),係具一特徵量化介面(31)、一膚質分析介面(32)、一資料庫(33)、一調適性網路模糊推論系統(34)、一膚質模型介面(35)及一膚質評估報告介面(36),該特徵量化介面(31)連結膚質分析介面(32),該資料庫(33)連結調適性網路模糊推論系統(34),且該膚質分析介面(32)與調適性網路模糊推論系統(34)均連結至膚質模型介面(35),該膚質模型介面(35)連結膚質評估報告介面(36),另,該特徵量化介面(31)連結皮膚病照灶特徵擷取模組(2)之皮膚病灶特徵介面(23);膚質分析模組(3)之特徵量化介面(31)係將所擷取之膚質作特徵值量化;膚質分析模組(3)之膚質分析介面(32),係依毛孔大小、膚色均勻度、斑點多寡、皺紋深度、皮脂線分 泌程度、皺紋密度、角質多寡與青春痘多寡,形成八大膚質評估標準,如第二圖;膚質分析模組(3)之調適性網路模糊推論系統(34),係比對資料庫(33)以計算膚質評估標準之膚質問題嚴重程度之歸屬度,且進行分類,形成膚質模型介面(35);膚質分析模組(3)之膚質評估報告介面(36),係依據膚質模型介面(35)作膚質之分數評斷。
請參閱第三圖,為本發明一實施例之膚質檢測步驟流程示意圖,依第一圖之系統架構實際應用時,受測者膚質檢測步驟流程如下〔同時參閱第一、二圖〕:
A.彩色影像輸入:首先由系統讀入一張從固定環境中所拍攝的彩色人臉影像。
B.膚色偵測:經過膚色偵測後留下膚色的候選區塊。
C.形態學去雜點:使用型態學將過小雜點去除。
D.連通取最大區塊:使用連通元件留下最大的膚色區塊,即在人臉定位部分找出人臉膚色區塊。
E.人臉定位:從原始影像中取出完整的人臉膚色區塊,完成人臉定位。
F.自動人臉區域分割:為了自動定位出膚質區塊,而膚質區塊的定位根據美容師及醫師定義的人臉膚質檢測六大區塊,分別為額頭(211)、眼尾(212)、臉頰(213)、鼻翼(214)、嘴角(215)及下巴(216)等區域,如第四圖所示或參考附件一。
G.色彩空間表現:選擇不易受到光線影響的YCbCr色彩空間 來偵測膚色區域。
H.皮膚病灶特徵擷取:主要目的是從人臉區塊內擷取出皮膚病灶的特徵,除了使用皮膚病灶在各種色彩空間下之不同表現外,也依照臨床醫學上某些病灶會出現在人臉特定區塊上的特性,來提升特徵擷取的準確率。
I.特徵量化:由於所找出的單一特徵值,無法當作膚質好壞的評量標準將所找出的所有特徵值做量化,以提供膚質分析時使用。
J.膚質分析:量化目標是根據美容醫師所訂定影響膚質的八大重要因素以及美容師在評估這八大問題時的評估標準為基準。
K.膚質比對:使用調適性網路模糊推論系統(Adaptive Network based Fuzzy Inference System,ANFIS)來計算這些膚質問題嚴重程度的歸屬度,即針對對所輸入的膚質問題嚴重程度做分類。
L.膚質評估報告:使用膚質問題嚴重程度的歸屬度來為皮膚進行評分,輸出一個概略的膚質評斷分數。
綜合上述,本發明係針對智慧型影像膚質檢測系統及方法之應用技術,特指一種藉由包含一前處理模組(1)、一皮膚病照灶特徵擷取模組(2)及一膚質分析模組(3)之膚質檢測系統,以標準化的膚質影像檢測流程,利用自動人臉偵測技術,從影像中定位出人臉,再基於皮膚病灶之特徵在各種不同色彩空間及光源下的特性,個別取出皮膚斑點、皺紋、青春痘等皮膚影像特徵 值,透過量化特徵影像的方式,取得各種膚質問題的評估參數,再利用調適性網路模糊推論系統取得膚質問題嚴重程度的歸屬函數,最後即可利用歸屬函數來區分膚質問題的嚴重程度,得到一份客觀的膚質評估報告,達成非接觸式之膚質檢測機制,作一最佳之改良與設計,為本發明對於智慧型影像膚質檢測系統及方法所作最具體之精進。
(1)‧‧‧前處理模組
(11)‧‧‧彩色影像輸入介面
(12)‧‧‧膚色偵測介面
(13)‧‧‧雜點去除介面
(14)‧‧‧膚色取樣介面
(15)‧‧‧人臉定位介面
(2)‧‧‧皮膚病照灶特徵擷取模組
(21)‧‧‧自動人臉區域分割介面
(22)‧‧‧色彩空間介面
(23)‧‧‧皮膚病灶特徵介面
(3)‧‧‧膚質分析模組
(31)‧‧‧特徵量化介面
(32)‧‧‧膚質分析介面
(33)‧‧‧資料庫
(34)‧‧‧調適性網路模糊推論系統
(35)‧‧‧膚質模型介面
(36)‧‧‧膚質評估報告介面

Claims (12)

  1. 一種智慧型影像膚質檢測系統,包括:一前處理模組,係具一彩色影像輸入介面、一膚色偵測介面、一雜點去除介面、一膚色取樣介面及一人臉定位介面,且依序作連結;一皮膚病照灶特徵擷取模組,係具一自動人臉區域分割介面、一色彩空間介面及一皮膚病灶特徵介面,且依序作連結,另,該自動人臉區域分割介面連結前處理模組之人臉定位介面;一膚質分析模組,係連結該皮膚病照灶特徵擷取模組,係具一特徵量化介面、一膚質分析介面、一資料庫、一調適性網路模糊推論系統、一膚質模型介面及一膚質評估報告介面,該特徵量化介面連結膚質分析介面,該資料庫連結調適性網路模糊推論系統,且該膚質分析介面與調適性網路模糊推論系統均連結至膚質模型介面,該膚質模型介面連結膚質評估報告介面,另,該特徵量化介面連結皮膚病照灶特徵擷取模組之皮膚病灶特徵介面;其中該膚質分析模組之調適性網路模糊推論系統,係比對資料庫以計算膚質評估標準之膚質問題嚴重程度之歸屬度,且進行分類,形成膚質模型介面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型影像膚質檢測系統,其中該前處理模組之彩色影像輸入介面係固定光罩式人臉影像擷取器,作彩色人臉影像之拍攝。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之智慧型影像膚質檢測系統,其中 該前處理模組之膚色偵測介面係作彩色人臉影像之膚色候選區塊篩選。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之智慧型影像膚質檢測系統,其中該前處理模組之雜點去除介面,係依型態學作彩色人臉影像之過小雜點去除。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之智慧型影像膚質檢測系統,其中該前處理模組之膚色取樣介面係連通元件,作彩色人臉影像之最大全臉膚色區塊保留。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型影像膚質檢測系統,其中該皮膚病照灶特徵擷取模組之自動人臉區域分割介面,係自彩色人臉影像分割額頭、眼尾、臉頰、鼻翼、嘴角及下巴,形成六大膚質檢測區塊。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型影像膚質檢測系統,其中該皮膚病照灶特徵擷取模組之色彩空間介面係包含YcbCr色彩空間與LAB色彩空間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型影像膚質檢測系統,其中該皮膚病照灶特徵擷取模組之皮膚病灶特徵介面,係擷取青春痘、斑點及皺紋之皮膚病灶特徵。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型影像膚質檢測系統,其中該膚質分析模組之特徵量化介面係將所擷取之膚質作特徵值量化。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型影像膚質檢測系統,其中該膚質分析模組之膚質分析介面,係依毛孔大小、膚色均勻度、斑點多寡、皺紋深度、皮脂線分泌程度、皺紋密度、角質多寡與青春痘多寡,形成八大膚質評估標準。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型影像膚質檢測系統,其中該 膚質分析模組之膚質評估報告介面,係依據膚質模型介面作膚質之分數評斷。
  12. 一種智慧型影像膚質檢測方法,包含下列步驟包含:A.彩色影像輸入:由系統讀入一張從固定環境中所拍攝的彩色人臉影像;B.膚色偵測:經過膚色偵測後留下膚色的候選區塊;C.形態學去雜點:使用型態學將過小雜點去除;D.連通取最大區塊:使用連通元件留下最大的膚色區塊,即在人臉定位部分找出人臉膚色區塊;E.人臉定位:從原始影像中取出完整的人臉膚色區塊,完成人臉定位;F.自動人臉區域分割:依據美容師及醫師定義的人臉膚質檢測六大區塊,自動定位出額頭、眼尾、臉頰、鼻翼、嘴角及下巴等膚質區域;G.色彩空間表現:選擇不易受到光線影響的YCbCr色彩空間以偵測膚色區域;H.皮膚病灶特徵擷取:從人臉區塊內擷取出皮膚病灶的特徵,比對皮膚病灶在各種色彩空間下之不同表現與人臉特定區塊上出現的特性;I.特徵量化:對所有膚質特徵值進行量化,以提供膚質分析使用;J.膚質分析:以影響膚質的八大重要因素以及評估標準為基準,進行分析;K.膚質比對:使用調適性類神經網路模糊推論系統中的減法聚類,找出適合分類膚質問題嚴重程度的群數,並透過歸數函數得到 分類膚質問題嚴重程度,且針對所輸入的膚質問題嚴重程度做分類;L.膚質評估報告:使用膚質問題嚴重程度的歸屬度進行皮膚評分,輸出一最終概略性之膚質評斷分數。
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