一种利用红外光谱测试皮肤含水量装置及方法与流程

本发明属于红外光谱测量技术领域，特别涉及一种利用红外光谱测试皮肤含水量装置及方法。

背景技术：

为了更好地判断皮肤肤质及状态，含水量是最基础的皮肤检测项。在中国发明专利说明书cn103251406a和cn1686048a中公开的测量皮肤含水量的方法均基于平行板电容的原理，利用水的介电常数为81，而皮肤中其他物质的介电常数基本小于7这一物理特性。前者是测量皮肤的等效电容，需要使用电容式传感器，具有输出阻抗高，负载能力差，寄生电容影响大的缺点；后者是测量皮肤的等效电阻，需要电阻式传感器，受环境条件影响较大，分辨率不高。

在中国发明专利说明书cn107582054a中公开了一种基于表面等离子体激元的皮肤含水量检测传感器，利用微波在交错光栅微带上产生的表面等离子体激元与人体皮肤组织的相互作用来检测皮肤含水量。该发明中采用了5—13ghz微波，对人体有一定的危害。cn105380609a中公开了一种基于多光谱的皮肤检测方法，结合了近红外反射谱与荧光光谱，但紫外对皮肤有伤害且数据处理复杂繁琐。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种测量皮肤含水量的方法，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。通过分析人体皮肤组织对光的吸收程度，发现正常皮肤组织吸收光有明显的选择性，选取水的吸收波段，测量红外光谱，分析光谱数据，比起接触式的电学法测量，更能灵敏地反映出水分的变化，且不易受外界干扰。

本发明的工作原理是利用水分在近红外和短波红外处有强烈的吸收这一现象，尤其在960nm、1150nm、1450nm波长处为水的吸收峰，测量光谱数据，通过建立光谱数据与皮肤含水量的模型分析出皮肤含水量。

本发明提出一种测量皮肤含水量的方法，其特征在于：使用卤钨灯作为红外光学；在不透光的环境中照射待测皮肤表面；红外光纤探头接收试样漫反射光并传送到单色仪的光学入口；经分光后的单色光输出到探测器转换成为电信号输入至数据采集器；由计算机完成数据处理。

附图说明

图1是本发明短波红外漫反射法测量示意图。

图2是本发明的光源、被测部位以及光纤探头之间的位置关系图。

图3是本发明的光谱数据测量示意图。

图4是本发明短波红外定量校正建模流程图。

图5是本发明的光谱数据预处理流程图。

图6是本发明的皮肤含水量定量校正模型建立流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1显示了根据本发明具体实施例的短波红外漫反射法测量示意图，包括光源、被测部位及光线探头的位置以光谱数据测量过程。

图2是本发明的光源、被测部位以及光纤探头之间的位置关系图。在本发明中，光源、被测部位以及光纤探头三者之间的位置关系满足光源入射角为45o，光源与被测部位的垂直距离为5cm，光源与探头的垂直距离为5cm。被测部位置于遮光罩中，以防外界自然光干扰，卤钨灯光源发出红外光照射被测部位，完成皮肤漫反射光的测量。

图3是本发明的光谱数据测量示意图。本发明采用的测量装置包括光谱采集设备和数据处理系统。光谱采集设备采用北京赛凡光电生产的7ims3011单光栅扫描单色仪和7id316常温型ingaas探测器组合，单色仪配备单光栅7og600-1000，光谱覆盖范围660-2000nm，分辨率为0.2nm，重复性为0.2nm，准确度为0.4nm，线色散5.4nm/mm；探测器光谱响应范围850-1650nm感光面直径2mm，平均响应度大于0.85a/w。数据采集器选用7ida1数据采集器，内含高性能运放，±15bita/d转换，12bitd/a转换，1-256倍增益变换，输出幅度0-10v。光纤探头的数值孔径na为0.22。

图4是本发明短波红外定量校正建模流程图。对影响样本光谱数据的测量因素进行分析，选定样本范围、测量条件、仪器参数等，对实验进行定标；选取具有代表性的样本集，采集数据，运用光谱预处理方法对光谱进行优化；结合不同的光谱预处理方法，选择合适的定量校正方法建立光谱数据与组分浓度之间关系的数学模型，对比试验，选定效果较好的模型；模型建立完成后，即可对未知样本进行浓度预测；为提高模型稳定性，需对模型进行不断的修正与维护。

图5是本发明的光谱数据预处理流程图。获得光谱数据信号后，由于所采集到的原始光谱信号较复杂，水分吸收信息微弱且含有随机噪声以及基线漂移，需对原始光谱信号进行预处理。采用平均、平滑、傅里叶变换以及小波分析法进行去噪；为建模需要，将反射光谱转化为吸收光谱；采用微分处理消除基线漂移；对数据进行标准化处理。

图6是本发明的皮肤含水量定量校正模型建立流程图。采用正交信号校正（osc）和简化的偏最小二乘法（pls）在1300-1600nm波段范围内对数据进行建模，即可根据光谱图计算出皮肤含水量。

技术特征：

技术总结
一种利用红外光谱测试皮肤含水量装置及方法，属于红外光谱测量技术领域。为了解决电学法测量皮肤含水量易受外界干扰的问题，本发明公开了一测量皮肤含水量的方法，其特征在于：用短波红外光源照射在选定的测量部位；经皮肤组织后反射回来的光中提取信息；利用短波红外光谱分析技术处理后计算待测成分法的浓度。短波红外光谱法是一种快速、非接触式和非侵入性技术，可以准确测量皮肤含水量。

技术研发人员：刘学峰;张慧敏
受保护的技术使用者：湖北器长光电股份有限公司
技术研发日：2018.11.29
技术公布日：2019.01.18