[發明專利]基于灰度共生矩陣的皮膚狀態定量評價方法

在審

• 申請號: 201611121936.5
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106600585A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 陳天華;王小藝;許繼平;張欣;盧宏煜
• 申請（專利權）人: 北京工商大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06K9/46
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明涉及一種對皮膚紋理度的科學評價方法。具體為一種通過圖像傳感器采集皮膚圖像，對皮膚圖像進行預處理，在灰度共生矩陣(GLCM)的基礎上計算四個方向的皮膚紋理特征參數，計算綜合指標，實現對皮膚紋理狀態的客觀定量評價。

背景技術

大眾關注健康，女士關注美容效果，而這些都需要對紋理狀態進行科學分析和量化評價。皮膚的表面狀態由皮膚的紋理特征決定，每一個具有物理形態的物體都有自身特有的紋理，不同物體有不同的紋理，紋理是人們觀察和識別圖像的重要特征。對皮膚紋理進行科學評價一直是圖像處理、美容和化妝品效能評估的重要手段。紋理通常指在一個圖像區域中有規律且相互依賴的像素點灰度值的空間分布，也可認為是在某一確定的圖像區域內，以接近周期性的方式重復其自身的局部基本模式元。

然而，對于皮膚紋理的早期評價方法——機械探測方法，以及近年來廣泛采用的評價方法——硅膠復膜存在一定的不足：

首先，機械探測方法使用具有一定強度的探針對皮膚表面復膜進行探測，由于探針可能刺破皮膚表皮，該方法不僅具有一定的危險性，而且其精度和靈敏度也不甚理想。

其次，硅膠復膜方法是通過檢測斜射光下皮膚皺紋所形成的陰影面積，進而通過換算得到紋理指標，該方法雖然減少了危險性，但依然存在局限性。

此外，皮膚紋理特征描述主要有灰度共生矩陣法、LBP算法、紋理譜和變換頻域法等。但這些特征有一個共同的不足，即物理屬性和視覺特性不明確，有時出現檢測結果與視覺感受不一致。

因此，為了解決以上問題，需要提供一種安全且精度高的紋理度的評價方法——通過圖像傳感器采集皮膚圖像，對皮膚圖像進行預處理，基于灰度共生矩陣(GLCM)計算皮膚紋理四個方向的特征參數均值及標準差，最后計算皮膚狀態綜合評價指標，實現對皮膚紋理狀態的客觀定量評價。

發明內容

本發明的目的是為了解決以前的皮膚紋理度評價方法中存在的安全性、測量精度和靈敏度不甚理想以及檢測速度慢等問題。首先本發明通過圖像傳感器采集皮膚圖像，計算灰度共生矩陣(GLCM)及四個方向的皮膚紋理特征參數，實現對皮膚紋理狀態的客觀定量評價。其次，為了進一步提高對紋理的描述精度，應對皮膚圖像進行預處理，消除細微毛發等對皮膚紋理特征的影響，實現對皮膚紋理特征進行定量分析，以及實現對皮膚狀態的科學評價。

本發明提供一種新的紋理評價方法，主要包括以下五個步驟：

步驟一、實驗圖像采集；

采用圖像傳感器采集不同年齡段人群的皮膚圖像，光源采用LED燈，放大倍數為50倍，采集部位包括面頰、額頭、眼角、下巴4部位的圖像，圖像大小為640×480。

步驟二、對皮膚圖像進行預處理；

預處理的目的是消除皮膚上細小的毛發對圖像的局部影響以及對皮膚紋理的影響，使皮膚紋理狀態的評價更客觀、科學。

步驟三、灰度共生矩陣(GLCM)的計算；

GLCM是對紋理進行定量分析的有效方法之一，其特點是可方便的將圖像的灰度值信息轉化為紋理信息，并得到了理論的證明和實驗的支持。GLCM描述了在某一θ角度的方向上，灰度值分別為i和j，距離為s的兩個像素的頻率相關矩陣。根據灰度共生矩陣的原理，如果圖像是由具有相似灰度值的像素塊構成，則皮膚圖像灰度共生矩陣的對角元素值相對較大；如果皮膚圖像像素的灰度值在某些局部有較大的變化，則灰度共生矩陣中偏離對角線的元素值相對較大。由于GLCM矩陣與圖像的紋理分布具有內在的數學關系，因此，GLCM用于皮膚紋理分析具有很好的效果，可以有效評估皮膚的紋理狀態的一致性程度，目前基于GLCM的特征參數主要包括角二階矩(Angular Second Moment)、對比度(Contrast)、熵(Entropy)、相關性(Correlation)等指標。

步驟四、(0°、45°、90°、135°)四個方向上的紋理特征參數均值以及標準差的計算；

分別計算在0°、45°、90°、135°方向上的角二階矩、對比度、熵和相關性4個特征參數均值及其標準差。

步驟五、得到皮膚評價結果。

根據灰度共生矩陣以及四個方向的皮膚紋理值。角二階矩較好的反映了皮膚的紋理粗糙程度和灰度分布的均勻程度；熵則體現了皮膚圖像灰度分布的隨機性，皮膚狀態越好，熵值越小；對比度重點反映了皮膚圖像的灰度值局部變化大小，較有利于評價皮膚的紋理清晰度和溝紋深淺；相關性反映了皮膚紋理在某一方向上的相似性，若皮膚圖像的對比度小，其相關性大，若對比度大，其相關性就小。

本發明的優點在于：