基于光谱反射率的面部色泽适应性自动识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于中医色诊的客观化研宄领域，特别涉及中医面部色诊的定量化及自动 分析领域，用于实现面部色泽的分析，并针对不同人的正常色表现不同，进行面色及其清 浊、微甚、散抟、泽夭的适应性识别。
【背景技术】
[0002] 面部色诊是通过观察病人颜面五官气色的变化以了解病情的诊断方法，它是中医 独特的诊断方法，可以为疾病的定性、定位以及预后提供一定的诊断依据，具有重要的诊断 意义。在传统中医色诊中，医生在自然光线下对病人目视观察，进行判断分析，并用语言文 字描述病人症状。这种方法主观性强，易受时间、季节、气候等条件的影响，造成对面部颜色 的判别因人因时因地而异，难以获得客观化、定量化的信息，给临床、教学和科研带来了诸 多不便，也阻碍了学术交流。随着现代科学技术手段在中医诊断方面的发展，色诊客观化、 标准化、自动化的研宄也成为中医现代化的重要发展方向。
[0003] 中医色诊中，将面色分为正常色以及白、黄、赤、青、黑六种，且局部面色（即色部） 对应各脏腑的功能状态。正常面色为红黄隐隐，明润含蓄。不同病色及其清浊、微甚、散抟、 泽夭反映了疾病的属性、病程长短、病势轻重、疾病转归等具体情况。医生通过对这些因素 的综合判断进行疾病的诊断。其中，清浊表示色泽明亮还是晦暗，可辅助辨别疾病的阴阳属 性；微甚表示色的浅淡还是深浓，可辅助辨别疾病的虚实；散抟表示色泽的疏离还是团聚， 可辅助辨别病程的久新；泽夭表示色的明润还是枯槁，可辅助辨别疾病的预后转归。由于禀 赋和生活条件不同，不同人的面色会有差异。考虑个人面色差异性，在面部色泽信息客观记 录的基础上，进行面部色泽（包括面色及其清浊、微甚、散抟、泽夭）量化分析以及适应性识 另IJ，可以为中医色诊提供辅助依据。
【发明内容】
[0004] 本发明是在面部光谱反射率图像采集或复原的基础上提出的。即：通过光谱反射 率图像复原系统或光谱相机，采集得到各像素为面部对应点光谱反射率的图像。以此数据 为基础，进行整体及色部的面色及其清浊、微甚、散抟、泽夭的量化分析以及适应性识别。
[0005] 颜色是物体对照明光谱反射后在人眼中的视觉感受。因此，光谱反射率是物体颜 色的本质属性，以面部光谱反射率为数据基础进行色泽分析，相比图像数据更为准确可靠。
[0006] 本发明具体方案设计如下：通过采集各类面色的光谱反射率，采用有限维模型方 法确定面色光谱反射率基函数。将面部光谱反射率采用基函数的线性组合来表示。以颈部 肤色为参考色，将面色与参考色的基函数系数差作为面色的特征向量。采用支持向量机识 别方法，得到整体面色及色部面色所属类别。同时，通过反射率累积和、在系数空间特征向 量位置、邻域系数变化幅值、系数图梯度变化规律，分别判断面色的清浊、微甚、散抟、泽夭。 依次包括如下步骤：
[0007] 1)面色光谱反射率基函数的确定：
[0008] 由于可见光范围的光谱反射率是一个高维向量（以5nm采样间隔计算，在 380nm-780nm的可见光光谱范围内，为81维向量），因此在数据分析中需采用一定方式对其 进行降维处理。基于有限维模型理论，皮肤的光谱反射率可相当精确地用有限维线性模型 来近似。因此，通过对面部光谱反射率分析，确定线性模型中的主要基函数，即可用这些基 函数的系数表示光谱反射率。本发明在实际面部光谱反射率样本基础上，通过主成分分析 (PCA)方法，确定面色光谱反射率基函数。具体步骤如下：
[0009] (1)、采集各类中医面色的光谱反射率样本，需要包含正常色、白色、黄色、赤色、青 色、黑色各类用例，共6类海类用例需要包含100例以上的实例，且由三位以上中医医师给 出所属类型标定。
[0010] (2)、采用PCA方法，对采集到的所有面色光谱反射率提取能量最为集中（能量占 总能量99. 5%以上）的基函数。
[0011] 2)面色特征向量的提取：
[0012] 在基函数确定的基础上，面部光谱反射率可采用其在基函数空间的投影系数表 示。由于肤色受到地域、年龄、性别、季节、生活习惯等多方面的影响，表现为正常面色的个 体差异性较大。研宄表明，颈部肤色比较准确地反映了个体正常肤色状态。因此本发明以颈 部肤色作为个体正常对照参考色，将面色与参考色的基函数系数差作为面色的特征向量。 此外，中医面色诊察包含各色部色以及整体面色，因此本发明针对两者分别提取特征向量。 具体步骤如下：
[0013] (1)、将被测面部各色部光谱反射率与被测者颈部光谱反射率均采用基函数的线 性组合表示。即计算它们在基函数空间的投影系数，该投影系数即为线性组合中的基函数 加权系数。
[0014] (2)、以颈部光谱反射率为参考色，将面色与参考色的基函数系数差作为面色的特 征向量。其中，各色部与参考色的基函数系数差作为色部色特征向量；各色部光谱反射率平 均值与参考色的基函数系数差作为整体面色特征向量。
[0015] 3)面部面色属性识别：
[0016] (1)、采用支持向量机方法构建多类分类模型，采用各类面色特征向量样本集训练 分类器。
[0017] (2)、利用训练好的分类器，对整体面色和色部色进行所属类别判断。
[0018] 4)面色清浊的识别与量化：
[0019] 清浊表示面色的色泽明亮还是晦暗，在同一类面色中色泽明亮表现为反射率数值 较高，色泽晦暗则表现为反射率数值较低。因此，本发明根据反射率与同类面色正常反射率 的差值，对面色清浊进行识别和量化。具体步骤如下：
[0020] 若被测面色识别为某一类面色，则计算该面色各波段光谱反射率和。计算被测面 色反射率和与正常反射率和的差值，即为清浊程度。若差值为正，则为清；若差值为负，则为 浊；差值越大，清浊程度越重。其中，正常反射率和通过计算正常色样本集中样本的各波段 光谱反射率之和，并求平均值来确定。
[0021] 5)面色微甚的识别与量化：
[0022] 微甚表示面色的浅淡还是深浓，表示面色在所属类别上偏离正常色的程度。因此， 本发明采用在特征向量空间，被测面色与正常面色中心的欧式距离，对面色微甚进行识别 与量化。具体步骤如下：
[0023] 若被测面色识别为某一类面色，则计算该面色特征向量与正常色特征向量的欧式 距离，即为该类面色的微甚程度。距离越大，表示属该类面色越甚，反之则表示属该类面色 越微。其中，正常色特征向量通过计算正常色样本集中样本的特征向量的平均值来确定。
[0024] 6)面色泽夭的识别与量化：
[0025] 泽夭表示面色的明润还是枯槁，在物理特征上表现为面色分布的均匀性。面色均 匀则较明润，面色差异大则较枯槁。因此，本发明采用色部领域范围内特征向量的变化幅 度，对面色的泽夭进行识别与量化。具体步骤如下：
[0026] 若被测面色识别为某一类面色，则提取色部邻域多点的光谱反射率，并计算各点 的特征向量。求所有点的特征向量平均值，计算各点特征向量与平均特征向量的差向量。计 算所有点差向量绝对值的平均值，得到平均差向量。平均差向量各元素的平均值