盧宏煜， 王小藝， 張慧妍， 陳天華， 李 爽， 劉 暢

(北京工商大學 中國化妝品協(xié)同中心，北京 100048)

人體面部皮膚檢測分析系統(tǒng)設計*

盧宏煜， 王小藝， 張慧妍， 陳天華， 李 爽， 劉 暢

(北京工商大學 中國化妝品協(xié)同中心，北京 100048)

設計了一種人體面部皮膚檢測分析系統(tǒng)，在采用高清皮膚攝像頭獲取臉部皮膚圖片的基礎上，結合圖像處理和智能信息處理技術實現(xiàn)了對面部皮膚的粗糙度、紋理度、光澤度、水份、彈性、色澤等6個指標及皮膚質量綜合評價。該系統(tǒng)運用C#與Matlab混合編程技術，具有友好的交互界面，能夠幫助消費者實時、便捷、客觀地了解臉部皮膚狀態(tài)，給出專業(yè)的護膚建議，具有廣闊的應用前景。

皮膚狀態(tài)； 圖像處理； 評價判別； 混合編程

0 引 言

在國外，日本和德國在皮膚檢測分析系統(tǒng)研究方面處于全球領先水平，如德國 CK 公司的面部圖像分析儀，可以通過彩色光和UV 光源對面部進行拍照，較為科學地評估皮膚表面皺紋、油脂分泌、斑點、毛孔的大小和數(shù)量等并做出分級[1]。韓國開發(fā)的APHRODITE 皮膚檢測分析系統(tǒng)，可完成皮膚、角質、毛孔、皺紋等三維圖像的多樣化測量，并可對皮膚改善趨勢作出分析。類似產品還有美國的Visia皮膚評價系統(tǒng)等[2]。在國內，用于皮膚檢測分析系統(tǒng)為數(shù)不多, 由全軍皮膚病中心、空軍總醫(yī)院等聯(lián)合開發(fā)的“HSK-SKIN多功能皮膚圖象分析系統(tǒng)”是目前具有代表性的高科技皮膚顯微圖像產品，可直接面對活體皮膚的數(shù)字圖像觀察、診斷和定量分析。但總體而言，目前國際上皮膚檢測分析系統(tǒng)都存在體積較大、不適宜攜帶、價格昂貴等弊端，國內的系統(tǒng)存在指標單一、測量精度差、步驟繁瑣等問題。

皮膚質量評價是皮膚保養(yǎng)和護理的關鍵，近年來一些學者針對這一問題展開了探索性研究，如陳錦等人在人臉皮膚粗糙度的量化評價及其在醫(yī)學美容界的應用方面做了相應研究，分析了客觀定量評價人臉皮膚紋理在皮膚美容和護理醫(yī)學中的重要性[3]；文翔等人研究了三種無創(chuàng)性方法評價女性年齡與皮膚紋理、粗糙度、彈性的關系，為皮膚評價指標的確定提供借鑒[4]；本文作者團隊曾提出用改進的非線性CRITIC法確定皮膚各單項指標權重，通過模糊矩陣合成得到皮膚狀態(tài)的評價等級[5]，同時建立了基于多屬性皮膚指標的中醫(yī)體質模糊優(yōu)化分類模型等[6]，為后續(xù)進行人體皮膚狀態(tài)改善提供理論支撐。

本文針對目前國內外皮膚檢測分析產品存在的問題，研制一種人體面部皮膚檢測分析系統(tǒng)。采用高清攝像頭采集皮膚圖像，實現(xiàn)對皮膚的粗糙度、紋理度、光澤度、水份、彈性、色澤等6個指標，以及皮膚質量的綜合評價，并將系統(tǒng)集成于便攜式手提箱中，具有體積小、攜帶方便、操作簡單、性價比高等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件平臺由高清皮膚攝像頭、平板電腦、便攜式手提箱組成，架構設計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組成結構

高清皮膚攝像頭通過USB接口與平板電腦相連，最大分辨率為1 280×1 024，攝像頭手柄外側有拍攝按鈕，可調節(jié)拍攝亮度，確保系統(tǒng)能夠采集到客觀、有效的皮膚圖片，減少了人為操作上產生的誤差。平板電腦選用Lenovo(MIIX 700—12ISK)，具有體積小、功能強大、外觀精美且使用方便特點，其內存4.00 GB、處理器1.51 GHz，Windows 10(64位操作系統(tǒng))，可滿足對高清皮膚圖片進行快速分析處理的需求，并展示高清皮膚圖片，提供較好的用戶體驗。由高清皮膚攝像頭采集到皮膚圖片通過USB接口上傳至PC端，采用WiFi無線通信技術實現(xiàn)與服務器數(shù)據(jù)庫的連接。

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 系統(tǒng)軟件總體架構

系統(tǒng)軟件部分的設計主要是實現(xiàn)對面部皮膚圖像進行采集、分析評價、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)上傳、軟件說明等功能。系統(tǒng)軟件功能是由不同模塊完成，通過主界面可以調用和觀測到各個子模塊的運行結果[7,8]，系統(tǒng)軟件設計框架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件模塊功能結構

本系統(tǒng)開發(fā)開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2015,.NET Framework 4.0,SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫。所用Windows Form(WinForm)開發(fā)模式[9～11]，是用于建立客戶端程序的程序設計框架，能夠提供改進的易用性、工具支持和更低的開發(fā)成本。VisualC#是微軟專門為.NET 量身定制的面向對象的程序設計語言，具有界面友好、執(zhí)行速度快、易維護等優(yōu)點，但其數(shù)學計算能力不強，開發(fā)效率較低，而 Matlab 軟件可以很方便地實現(xiàn)許多復雜的數(shù)學計算，系統(tǒng)應用Matlab和C#進行混合編程[12～14]，即發(fā)揮了Matlab強大的數(shù)值計算能力，又發(fā)揮了C#進行用戶應用程序界面設計開發(fā)方便的優(yōu)勢[15]。

2.2 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)軟件運行流程如圖3所示。

圖3 皮膚檢測分析系統(tǒng)軟件流程

系統(tǒng)起始登錄界面模塊是為了防止非法用戶登入，維護信息安全而設，管理員密碼經過加密操作，進一步增強了本系統(tǒng)的安全性，輸入賬號密碼與數(shù)據(jù)庫對比成功后進入主界面。系統(tǒng)主界面主要包含拍照分析、歷史數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)上傳、軟件說明4個子功能界面，通過自建Windows控件進行加載。其中，拍照分析模塊要求分別采集額頭、眼角、臉頰、下巴4個部位的皮膚圖片，通過對當前客戶皮膚圖像的采集、特征分析、皮膚評價以及專家建議等步驟完成一次皮膚質量健康狀態(tài)評估和信息管理；歷史數(shù)據(jù)模塊實現(xiàn)了用戶信息的歷史數(shù)據(jù)查詢功能，通過多種條件提取目標數(shù)據(jù)生成趨勢圖，使用戶能夠直觀地掌握皮膚狀態(tài)的變化趨勢；數(shù)據(jù)上傳模塊在WiFi[16]無線網絡已連接的情況下將本地數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)上傳至服務器數(shù)據(jù)庫，為以后對用戶數(shù)據(jù)的分析提供基礎；軟件說明模塊能夠使用戶較為詳細地了解系統(tǒng)的主要功能及算法原理，增加了用戶體驗的友好度。

2.3 應用實例

本系統(tǒng)可方便為客戶提供皮膚質量的檢測分析情況,圖4是系統(tǒng)軟件的主界面。

圖4 系統(tǒng)軟件界面

如對1位24 歲男性用戶的臉部4個部位皮膚圖像進行檢測分析，給出的皮膚狀態(tài)評分及專家評價與建議。得出的參數(shù)分析結果為: 粗糙度為0.072 5，紋理為0.467 5，色澤為33.227 5，光澤度為7.63，彈性為0.662 5，水份為62.905，根據(jù)4個部位的平均數(shù)據(jù)得出綜合評分為83分，皮膚處于狀態(tài)良，并相應的給出了評價與建議。圖4(b)為歷史數(shù)據(jù)圖，展示了該用戶從9月1日～9月27日皮膚測試的粗糙度數(shù)據(jù)折線趨勢圖，從圖曲線可見該用戶皮膚狀態(tài)小幅波動，狀態(tài)較為穩(wěn)定。圖4(c)為皮膚檢測數(shù)據(jù)上傳界面，數(shù)據(jù)表顯示為待上傳數(shù)據(jù)，點擊按鈕即可完成上傳。圖4(d)為系統(tǒng)軟件說明界面。

3 結速語

設計開發(fā)了一種人體面部皮膚狀態(tài)檢測分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了對人體面部皮膚粗糙度、紋理度、光澤度、水份、彈性、色澤等6個參數(shù)及綜合質量評價和有效分析，并實現(xiàn)了文本信息和圖像特征信息以及歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。該系統(tǒng)采用Visual C#與Matlab混合編程技術，即發(fā)揮了Matlab數(shù)值計算能力，又避免了算法再次轉譯，集成于便攜式手提箱內，具有體積小、攜帶方便、操作簡單、實用性強等優(yōu)點。

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Design of detection and analysis system of human facial skin*

LU Hong-yu， WANG Xiao-yi， ZHANG Hui-yan， CHEN Tian-hua， LI Shuang， LIU Chang

(Chinese Cosmetic Collaborative Innovation Center，Beijing Technology and Business University Beijing 100048，China)

A detection and analysis system of human facial skin is designed to realize comprehensive evaluation of facial skin quality,including six indicators of roughness,texture, glossiness, moisture, elasticity and color,on the basis of utilizing high-definition skin camera to get the image of facial skin and combining the technologies of image processing and intelligent information processing.This system applies the mixed programming technology of C# and Matlab，it has friendly interactive interfaces and can help consumers to understand their facial skin condition in real time,conveniently,and objectively,and provide professional skin care suggestions,has wide application prospects.

skin condition; image processing; evaluation and judgment; mixed programming

10.13873/J.1000—9787(2017)02—0091—03

2016—10—27

北京市教育委員會科技發(fā)展計劃重點項目(KZ201510011011); 北京工商大學促進人才培養(yǎng)綜合改革項目 (19005428069/007)

TP 753

A

1000—9787(2017)02—0091—03

盧宏煜(1992-)，男，碩士研究生，主要研究方向為人體面部圖像分析。