确定标准化照明的方法和相关联的装置制造方法

确定标准化照明的方法和相关联的装置制造方法
【专利摘要】一种确定人类皮肤区域的优化照明以便允许研究其表面状态的方法，该皮肤区域具有突起区域，该照明来自包含一个或多个光源的装置并且在突起区域附近产生阴影区域，该方法包括下列步骤：根据阴影区域内部的发光度与阴影区域外部的发光度之间的对比度来限定第一参数P1，根据发光度的均匀性来限定第二参数P2，根据第一参数P1和/或第二参数P2来限定成本函数C，寻找成本函数C的最大值。
【专利说明】确定标准化照明的方法和相关联的装置
[0001]本发明涉及使得能够在皮肤区域上提供高质量和标准化的照明以便允许研究其表面状态的装置。“高质量的照明”是指允许同时获得在针对比色方面的研究而限定的感兴趣区域上的空间均匀性，和允许显示皮肤组织的突起的定向特征的照明。
[0002]在美容和医学领域中，皮肤表面状态的检查是皮肤病学临床检查的主要步骤。在该表面的不同特征之中，关于其状态的大部分信息在于其突起、其颜色和其反射。这些特征的显示将取决于所使用的照明。[0003]重要的是能够实现该类型的体内观察以便更好地接近活体的真实状况。
[0004]FR2589242描述了基于印痕来显示皮肤突起的系统。然而，该系统旨在惰性样品的研究并且不允许在体内研究皮肤表面的状态。
[0005]FR2826857描述了一般的皮肤照明系统。然而，皮肤组织的突起特征的测量不是所提出的装置的目标并且根本未对该特征的显示而明确提到该测量。
[0006]感兴趣区域上的良好照明均匀性对于避免影响评价是必不可少的。可以考虑两个极端的照明情况。各向同性的照明会例如提供允许正确地评价颜色的在感兴趣区域上的良好均匀性，但会通过消除投影而擦去突起，从而致使这后一个参数的评价变得不可能。用于显现突起的有效方法包括产生投影。掠过的照明会通过使投影最大化并且因此烘托出该突起，但会在所研究的区域上提供中等的均匀性，从而致使颜色的评价变得困难。合适的是产生同时组合这两个特征的照明。
[0007]此外，合适的是考虑所观察的组织的反射特征。优选的是避免光源的可见的直接反射以便避免干扰评价。[0008]许多皮肤区域可以得益于用该类型照明的检查。可以提及，非穷尽地，前臂、臂、面颊、腿、眼圈和眼袋的区域、眼睛的轮廓。从一般角度而言，在某些情况下，身体的任何区域都可以具有用这样类型的照明被观察(任何角化不良的观察)的好处。
[0009]为了有助于观察，将照明装置置于皮肤组织之上。把对于最佳观察所需的上面所描述的照明约束添加到关于装置的物理特征的约束，装置的尺寸和重量应当尽可能地低以便不对皮肤组织的状态施加任何影响。维度方面对于允许所述装置在全部的人体区域上安放也是重要的。
[0010]本发明的目的在于结合上面描述的所有条件，以便提供用于研究全部人体上的皮肤区域的比色方面和突起的最佳照明。
[0011]根据本发明，一种确定人类皮肤区域的优化照明以便允许研究其表面状态的方法，该皮肤区域具有突起区域，该照明来自包含一个或多个光源的装置并且在突起区域附近产生阴影区域，其特征在于包括下列步骤:
[0012]-根据阴影区域内部的发光度与阴影区域外部的发光度之间的对比度来限定第一参数P1，
[0013]-根据发光度的均匀性来限定第二参数P2，
[0014]-根据第一参数Pl和/或第二参数P2来限定成本函数C，
[0015]-寻找成本函数C的最大值。[0016]所述成本函数可以被限定为C = a*Pl+b*P2的形式，其中a和b为实数。
[0017]寻找成本函数C的最大值可以包括其中根据至少一个下列参数的变化来研究C的变化的步骤:光源的类型、光源相对于皮肤的高度(h)、光源相对于皮肤的距离(e)、以及每个光源相对于所考虑的皮肤区域的照明角度⑷。
[0018]本发明还探讨了照明人类皮肤区域的装置，其具有根据本发明的方法确定的至少一个下列特征:光源相对于皮肤的高度(h)、光源相对于皮肤的距离(e)和每个光源相对于所考虑的皮肤区域的照明角度⑷。
[0019]有利地，至少一个光源是点状的。
[0020]该装置可以包含一个用于观察的窗口。
[0021]该装置可以包含固定至其结构的摄影系统。
[0022]该装置可以被连接至对摄影进行记录并向远距离用户发送的系统。
[0023]该装置可以包含使该装置对测量区域的影响最小化的靠在皮肤上的板。
[0024]该板可以包含允许该装置围绕被固定至皮肤的外部元件的自动对中心的对中心部件。
[0025]该装置可以包含 能够发射结构化的光的投射部件。
[0026]该装置可以包含测量反射光的测量部件。
[0027]该装置可以包含辅助重定位的光符号投射部件。
[0028]该装置可以包含测量皮肤的一个或多个物理属性的传感器。
[0029]本发明的其他特征和优点将在下面参照附图进行的优选的但没有任何限制特征的实施方式的描述中变得清楚。在这些图中:
[0030]图1是透视示意图，示出按照本发明的方法被照明的平面P的皮肤部分，
[0031]图2是示出点光源的光强度分布的示例的示意图，
[0032]图3是通过具有3个点光源的线性模块的例子举例说明根据本发明的方法的实施的示意图，
[0033]图4是举例说明光分布的示意图，所述光分布产生自随其间距而变化的3个光源的结合，
[0034]图5是对于d = O的图4的横切面，
[0035]图6是对于接近40的d的图4的横切面，
[0036]图7是对于d = 100的图4的横切面，
[0037]图8是在具有2个模块和2个点光源的特别实施例的情况下与图3相似的视图，
[0038]图9a和9b是举例说明对于2组不同的几何参数所获得的光分布的示意图，
[0039]图10是举例说明用根据本发明的装置显示突起的示意图，
[0040]图1la和Ilb是示出为了显示对于2组不同参数的对比度而获得的光流的例子的示意图，
[0041]图12和13是根据本发明的装置的透视图，
[0042]图14是举例说明固定在图12和13的装置的外壳上的摄影系统的透视图，
[0043]图15是与图14相似的视图，举例说明独立于外壳的摄影系统，
[0044]图16是具有揭去部分的与图12相似的视图，举例说明感兴趣区域边缘上刻度尺的存在，[0045]图17是与图16相似的视图，举例说明围绕感兴趣区域固定的颜色标尺的存在，
[0046]图18是与图16相似的视图，举例说明具有用于由观察者进行比色评价的颜色标尺的旋转盘的存在，
[0047]图19是图12的装置的俯视图，举例说明感兴趣区域的放大装置的存在，
[0048]图20是以更小的比例的与图12相似的视图，举例说明重定位辅助投影模块的存在，以及[0049]图21是处于使用重定位辅助外部模块的情况下的根据本发明的装置的透视图。
[0050]考虑所研究的皮肤组织的平面会位于基准平面P上，基于该基准平面P将描述本发明的特征(比较图1)。感兴趣区域可以是任何形状的。在该文献中给出的实施例中，考虑围绕点O定中心的长方形区域(比较图1)。
[0051]光线由一个或多个模块提供。每个模块由多个可以是点状、线性或平面的光源组成。这些光源可以是白炽灯泡、氖灯泡、LED灯泡或放电灯泡。模块的形状可以是线性的、圆形的、平面的或任何形状的。
[0052]在本说明书中，考虑模块由点光源组成。上面所描述的约束的实施是通过考虑每个光源的光分布和通过确定相对于感兴趣区域而言在光源之间和在模块之间的相对设置的最佳几何参数来进行的。
[0053]光源的光分布的例子在图2上显示。使用该类型的单一光源将显然产生不均匀的照明。不同光源的结合如果其设置不正确的话也可能提供非均匀的光源。本发明使用这样的光源:其间隔、相对于所研究表面的高度以及相对于所研究表面的法线的照明角度既允许均匀的照明又允许突起的显示。
[0054]在一个特别实施例中，光源是白色的。由本发明所使用的波长的类型不是限制性的并且可以从紫外区到红外区。
[0055]为了满足上面所描述的条件，首先研究了产生自模块内的不同光源的结合的分布。通过基于3个光源的假设，图3显示了一个实施例，这3个光源被位与所研究的平面平行的同一直线上，具有如图3所表示的标注为d的在各个光源之间的间隔，并且每个光源具有高斯发光度分布，其最大强度的方向由点线箭头示意表示。每个光源的照明方向是假定的，在本实施例中是平行的。这推理可以应用于具有任何方向的照明方向的无论什么类型的光分布。观察到在图3上与光源的设置线平行的标注为L的直线上的合成照明。
[0056]在图4至7上表示了该合成照明。可见对于小的间隔，3个光源的结合产生高斯形状的照明。光源的间隔允许提供被压扁的分布，直到在d = 40周围成为最佳的分布，对于d = 40，照明在最大宽度的水平段上会是恒定的。大于该最佳间隔，将逐渐恢复对应于每个光源的三个高斯峰。
[0057]注意，该距离d = 40对于上面描述的特别光分布是最佳的。在不同分布的情况下，该值可以改变。
[0058]本发明安排了不同光源以便获得该最佳状态。
[0059]注意，对于一个模块所描述的该方法的应用可以普及至数个模块。因此可以设想围绕待研究区域的数个模块的设置可以分别或不分别地点亮。
[0060]在一个特别的实施例中，将每个由2个点光源组成的2个模块设置在如图8所显示的区域的两侧。该设置允许沿着优先方向显示突起。[0061]在别的可能配置中，4个模块的90°布置允许沿着2个优先方向研究突起。[0062]一旦由优化的模块产生光的均匀性，所使用的每个模块的设置就被优化。所研究的参数是每个模块相对于基准表面P的高度h、相对于点O的间距e和照明角度α。将这些参数表示在图8上。
[0063]突起的显示和均匀照明的产生是通过以相对于所研究的感兴趣区域而言最佳的高度和入射角设置每个模块来进行的。
[0064]每个参数的最佳值的确定是通过从理论角度研究感兴趣区域的照明均匀性以及突起的显示质量来进行的。该研究借助于光学模拟工具来进行并且允许对于每个参数模拟其对所获得照明的最终结果的影响。
[0065]当然，可以通过装置的实施来实验地验证这些理论结果。
[0066]为确定h、e和α的最佳值所使用的方法学可以是重复的。从基础参数开始进行试验。通过或者基于可视方法、或者基于代表均匀性的指示符(例如光分布的间隔类型)来研究每个参数对结果的影响。进行使用允许优化照明的经更新的参数的新试验等直到结果最佳。可以使用单纯形或Levenberg-Marquardt类型的优化算法。
[0067]将该方法与有经验的医生的观察相结合，该医生这一次用所获得结果的临床方法验证和指导这些参数。最佳光功率尤其是一个特征，其不可以仅通过考虑使用者的真实观察来进行优化。
[0068]在对于均匀性的图9Α和9Β上示出了对于具有2个模块的特别实施例所获得的光流的例子。在图9Α的第一情况中，注意到低质量的照明均匀性，具有中央的最大发光度点。在图9Β的其中参数已被优化的第二种情况下，注意到具有更低渐弱的更大的均匀性。
[0069]一旦调节了均匀性，就调整参数以便于突起的最佳显示。该显示通过研究位于测量区域中心的平行六面体的投影之间的对比度来进行，如图10所表示的那样。图1lA和IlB表示所获得的光流的一个例子。在所显示的例子中，可观察到在图1lA的第一种情况下的
0.67的对比度，而在图1lB的第二配置的照明中，在所描述的特别实施例中产生0.63的对t 匕 。
[0070]可以通过使用该对比度参数，将上面所描述的重复方法应用于照明的优化。此处，验证和优化也是通过将测量与有经验的临床医生的观察相结合来进行的。
[0071]可注意，优化可以通过相继考虑均匀性和对比度，或通过同时考虑2个参数来进行。
[0072]本发明的结构完全围绕感兴趣区域，从而允许将该区域与外部照明相隔离。
[0073]在具有2套相对照明的实施例中，所述结构可以是拥有例如图12所示的平行六面体形状的外壳。
[0074]外壳在皮肤上的支撑通过特别的板来实现。该板可以是一个围绕感兴趣区域的简单平面，如图13表示的那样，或也可以是特别形状的以便允许围绕贴靠至皮肤的特别装置的对中心。该特别装置可以例如是在用共聚焦显微镜的皮肤测量中所使用的环。
[0075]板和外壳也可以具有特别形状的内边缘以便最好地适应其形态不是平面的区域。在面颊区域的例子中，内曲的边缘和板允许更好地贴靠表面以便确保感兴趣区域与装置之间的连续接触。还可以采用可变形的挠性板。
[0076]感兴趣区域的观察可以以两种方式来进行。[0077]在第一种情况中，观察是直接的并且使用者通过在外壳的上面开辟的窗口看见感兴趣区域，如图12所表示的那样 。
[0078]在第二种情况中，摄影装置位于外壳的上面。在这种情况下可以使用数种解决方案。
[0079]可以将摄影系统，根据第一个实施方式，固定在外壳上，如图14表示的那样。在该情况下，系统的重量由在围绕所观察区域的组织区域上的外壳承受。
[0080]在第二实施方式中，摄影系统不被固定在外壳上。在该情况下，具有围绕外壳的支撑的外部框架允许在感兴趣区域的恒定距离处工作，如图15表示的那样。
[0081]摄影装置可以是照相机、紧凑型摄影仪器或反射摄影仪器。
[0082]如果所使用的装置是照相机，那么可以实现在外部屏幕上的直接可视化，具有直接使用几何测量工具或比色评价工具的可能性。
[0083]在其中使用摄影装置的情况下，可以将其连接至允许记录并向远处的使用者传输摄影的外部设备。传输可以是有线的，也可以是无线的。
[0084]在更进一步的实施例中，可以将工具设置在外壳内部以有助于评价。
[0085]可以将刻度尺，参见图16，放置于照明平面上以评价例如斑点或疤痕的大小。
[0086]还可以将固定的经校准的颜色标尺定位在感兴趣区域的边缘上或内部，以便进行摄影的比色校准，如在图17所表示的实施方式中那样。指定的标尺可以用于进行尤其是白平衡。
[0087]当应当进行由观察者进行的颜色评价时，可以将在其圆周上具有对应于所希望色调的颜色标尺的旋转盘固定在板上，如在图18所表示的实施方式中那样。因此使用者可以抽取不同的色调以便评价最接近于待评价区域的那个。
[0088]可以将放大装置置于观察窗口前，如图19所表示的实施方式那样。
[0089]在一个特别的实施方式中，可以将滤色器置于光源前和/或观察窗口前。这些滤色器可以用于过滤特定的波长、使光线极化或特别是显示特征。
[0090]在一个特别的实施方式中，可以在外壳内部放置在感兴趣区域上结构化的光的投射装置，所述结构化的光可以是线性的、栅格的或任何图案的。结构化的光的投射允许帮助使用者评价所研究区域的突起，并且如果进行了结构化的光的投射的记录，那么可以用于借助于计算算法重构所观察的突起。
[0091 ] 在一个特别的实施方式中，可以在内部放置测量通过观察窗口感知的光流或反射
率的装置。
[0092]为了便于所研究的感兴趣区域上的装置的不同时间之间的定位和重定位，可以将投射光标记的模块固定在装置的外壳上，如在图20所表示的实施方式中那样。重定位也可以通过固定在另一个结构上并将标记投射在皮肤上的模块来实现，从而允许如在图21上所表示的实施方式中那样放置该装置。
[0093]在一个特别的实施方式中，可以将接触或没有接触地测量皮肤的物理属性的一个或多个传感器与所述板进行集成以便测量例如温度或水合作用。这些传感器可以是电容类型的、电阻类型的或热类型的。
[0094]所述装置的供电可以是电池或电池组，可以通过变压器或其他电源例如电脑的USB端口来实现。[0095] 该装置允许摆脱外部的光条件。
【权利要求】
1.一种确定人类皮肤区域的优化照明以便允许研究其表面状态的方法，该皮肤区域具有突起区域，该照明来自包含一个或更多个光源的装置并且在突起区域附近产生阴影区域，其特征在于包括下列步骤: -根据阴影区域内部的发光度与阴影区域外部的发光度之间的对比度来限定第一参数Pl, -根据发光度的均匀性来限定第二参数P2， -根据第一参数Pl和/或第二参数P2来限定成本函数C， -寻找成本函数C的最大值。
2.根据权利要求1的确定人类皮肤区域的优化照明的方法，其特征在于，所述成本函数被限定为c = a*Pl+b*P2的形式,其中a和b为实数。
3.根据权利要求1或2的确定人类皮肤区域的优化照明的方法，其特征在于，寻找成本函数C的最大值包括其中根据至少一个下列参数的变化来研究C的变化的步骤:光源的类型、光源相对于皮肤的高度(h)、光源相对于皮肤的距离(e)、以及每个光源相对于所考虑的皮肤区域的照明角度⑷。
4.一种照明人类皮肤区域的装置，其具有已根据权利要求1至3中任一项的方法所确定的至少一个下列特征:光源相对于皮肤的高度(h)、光源相对于皮肤的距离(e)、以及每个光源相对于所考虑的皮肤区域的照明角度⑷。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于，至少一个光源是点状的。`
6.根据权利要求4或5的装置，其特征在于包含用于观察的窗口。
7.根据权利要求4至6中任一项的装置，其特征在于包含固定至该装置的结构的摄影系统。
8.一种被连接至允许对摄影进行记录并远距离传输的装置的装置。
9.根据权利要求4至7中任一项的装置，其特征在于包含使该装置对测量区域的影响最小化的靠在皮肤上的板。
10.根据权利要求8的装置，其特征在于，所述板包含允许该装置围绕被固定至皮肤的外部元件的自动对中心的对中心部件。
11.根据权利要求4至10中任一项的装置，其特征在于包含能够发射结构化的光的投射部件。
12.根据权利要求4至11中任一项的装置，其特征在于包含测量反射光的测量部件。
13.根据权利要求4至12中任一项的装置，其特征在于包含辅助重定位的光符号投射部件。
14.根据权利要求4至13中任一项的装置，其特征在于包含测量皮肤的物理属性的一个或更多个传感器。
【文档编号】A61B5/103GK103517671SQ201280018843
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年3月1日 优先权日:2011年3月4日
【发明者】G·博伊, M·佩里克瓦, S·拉奎艾泽 申请人:佩里泰斯科公司