用于对皮肤光泽定量估计的皮肤光泽测量的制作方法

本发明涉及一种包括用于测量皮肤光泽的传感器的系统。本发明还涉及用于评价皮肤光泽的方法。

背景技术：

有关皮肤光泽的问题在本领域中是已知的。us2015127071(也参见等同物us9452113b2或wo2013186716a2)涉及油性皮肤的处理，并且描述了皮肤富含皮脂腺并且在不断地更新。us2015127071进一步描述了皮脂的分泌是正常现象，这对皮肤和头发都是有用的。皮脂通常是一种使表皮保湿的化学剂。它是皮脂腺的天然产物，皮脂腺是毛囊皮脂腺单元的附属物。它本质上是一种或多或少复杂的脂质混合物。皮脂保护皮肤和头皮，并通过润滑角质层使头发光泽。

根据us2015127071，皮脂的分泌过多(或皮脂溢)可以导致美学障碍。因此，皮脂的过度分泌可能导致油性皮肤具有光亮或闪亮的外观，并且还可以促进头皮的油性头皮屑状况(或油性头皮屑)的出现。它可能伴随着毛孔大小的增加。例如，对于大多数人，压力、疲劳和冬季可能是加剧这些状况的因素。在具有油性皮肤的人群中，可以发现患有内分泌紊乱或神经紊乱的主体，或肥胖的主体。也有可能发现具有油性皮肤的青少年、遭受过量激素(特别是男性荷尔蒙)的人群、月经期妇女或更年期妇女。

us2015062380描述了一种成像装置，该成像装置包括：非偏振发光部分，被配置成发射具有非偏振分量的光；偏振发光部分，被配置成经由第一偏振滤光器，发射具有预先确定的偏振分量的光；以及成像元件，被配置成通过第二偏振滤光器对主体进行成像，该主体由非偏振发光部分和偏振发光部分中的一个而被照射光。第一偏振滤光器和第二偏振滤光器具有处于彼此正交关系的偏振方向；成像元件还被配置成以时分方式对由非偏振发光部分照射光的主体和由偏振发光部分照射光的主体进行成像，并且输出通过成像获得的非偏振光图像和正交偏振光图像。

us2016296119涉及用于有效地获取适合用于分析皮肤的图像的图像分析装置、图像分析方法、程序和照明装置。图像获取单元被包括，图像获取单元包括照明单元和图像拾取单元，照明单元包括发光单元，在该发光单元中封装了多个发光元件，该多个发光元件至少包括被配置成发射可见光的发光元件和被配置成发射不可见光的发光元件，图像拾取单元被配置成捕获反射光的图像，反射光通过使从照明单元发射的照射光被分析目标反射而生成。该描述可应用于例如用于分析人体皮肤的设备。

ep2919185描述了一种相机系统，该相机系统包括：数据库，存储多个三维轮廓，其中从图像数据计算的转换关系与多个拍摄照明条件相关联，该图像数据是通过拍摄多个基准颜色三维物体以及与基准比色值对应而获得的，其中基准比色值被预先附加到多个基准颜色三维物体；选择单元，其基于在拍摄三维拍摄主体时的照明条件，选择与所述照明条件相对应的三维颜色轮廓；以及色彩转换单元，基于所选择的三维颜色轮廓，执行从所拍摄的三维拍摄主体的所拍摄图像的图像数据到色度值的色彩转换。

us2013256505提供了一种成像装置，该成像装置包括：照明单元，其到主体的照明方向可以被切换，以及控制单元，该控制单元针对每个照明方向对主体进行聚焦调整以根据聚焦状态计算评估值，并且基于评价值，确定聚焦状态最佳的方向作为照明方向以捕获该主体。

技术实现要素：

皮肤表面上存在薄的乳化膜会显著影响皮肤的外观。含有来自皮脂腺和表皮角质细胞的脂质的皮脂与汗液和来自化妆品和环境的其他脂质混合，形成了折射率高于表皮的该乳化膜。由于更高的菲涅耳反射和光滑的空气-皮脂界面，皮脂使皮肤看起来更光滑。皮脂产生和需求之间的最佳平衡赋予皮肤不光滑和健康的感觉，并且在皮肤病学和美容学上是理想的。光滑和油性皮肤被认为是不美观和令人不愉快的，并且通常与各种皮肤病(诸如皮脂溢、痤疮和激素失衡)相关联。在缺乏皮脂的情况下，皮肤容易受到感染，感觉发痒、干燥，看起来没有光泽、有红斑和鳞屑。

因此，通过使用非侵入性光学设备和方法控制皮脂分泌速率和/或监控皮肤状况来平衡皮肤需求与其最佳脂质需求的策略看起来是必要的。

用于测量皮肤光泽度的设备在本领域中是已知的。但是，它们可能例如遭受旋转位置对皮肤的依赖性和/或可能无法提供定量结果。因此，本发明的一个方面是提供替代设备(这里进一步应用更通用的术语“系统”)和/或皮肤光泽感测方法，其优选地进一步至少部分地消除一个或多个上述缺点。本发明的目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供有用的替代方案。

特别地，本发明提供一种系统(“系统”或“皮肤传感器系统”)，包括用于测量皮肤参数的传感器，诸如特别地选自由皮肤光泽和皮肤油性(“传感器”或“皮肤光泽传感器”)构成的组中的一种或多种，该传感器包括：(i)多个空间分离的光源，被配置成提供光源光(“光”)，以及(ii)检测器，被配置在距光源中的每个光源第一距离(d1)处，其中传感器被配置成提供具有光轴(ol)的光源光(111)以及检测反射的光源光(在皮肤处反射)，光轴(ol)与在第二距离(d2)处的皮肤成入射角(α)，该入射角(α)特别地选自10°-80°的范围，其中传感器包括至少两个光源，甚至更特别地包括至少三个光源，其中光源被特别配置成提供非偏振的可见光源光，甚至更特别是白光，其中第一距离(d1)可以特别地选自1mm-100mm的范围，例如5mm-80mm，特别是5mm-60mm，更特别是5mm-50mm(诸如特别是5mm-30mm)，并且其中检测器被配置成检测偏振光。

利用这种系统，可以以相对可靠的方式感测皮肤光泽，同时减小传感器相对于皮肤的旋转的影响。另外，利用这种系统，可以定量地估计皮肤光泽。术语“皮肤光泽”在本文中指代皮肤的光泽，但也可以指代“皮肤油性”。因此，本文的术语“皮肤光泽”也可以被定义为“特别选自由皮肤光泽和皮肤油性构成的组中的一种或多种的皮肤参数”。可以利用本文所描述的系统测量的值可以反映皮肤光泽和皮肤油性，因为皮肤光泽可能与皮肤油性有关。在本文中，术语“皮肤光泽”有时用于指示皮肤光泽或皮肤油性二者。因此，在实施例中，术语皮肤光泽可以指代皮肤光泽或皮肤油性，或特别指代皮肤光泽。

如上面所指示的，本发明提供了一种包括传感器的系统。术语“系统”可以指代单个设备，例如，具有其自己的壳体，但也可以指代多个功能耦合的设备，诸如，例如传感器和控制系统，或包括设备的控制系统，诸如计算机、智能手机等。在实施例中，术语“传感器”也可以指代多个传感器。

特别地，该系统包括壳体，诸如系统包括具有壳体的设备。传感器可以基本上由壳体容纳。壳体可以包括孔径。这种孔径可以为检测器提供视场。另外，具有孔径的壳体还可以提供第二距离，第二距离可以被定义为孔径(即，当传感器被配置在皮肤上时的皮肤)与检测器(或在检测器之前(从检测器观察时)的最后的光学器件，特别是透镜)之间的距离。第二距离也可以被指示为自由工作距离，并且可以被定义为孔径与检测器之间的距离，或者，当光学器件可用时，被定义为孔径和(从检测器在孔径的方向上观察)最后的光学器件之间的距离。因此，第二距离也可以被指示为在操作期间，皮肤和检测器之间的距离，或者，当光学器件可用时，被指示为皮肤和(从检测器在孔径方向上观察)最后的光学器件之间的距离。壳体可以被看作是距离保持器，因为它定义了皮肤和检测器(或其最后的光学器件)之间的距离。这种光学器件被配置在检测器的上游；即，检测器被配置在这种(可选的)光学器件的下游。第二距离可以大约是10mm-45mm，但是甚至可以达到200mm。因此，在实施例中，第二距离可以选自10mm-200mm的范围(诸如10mm-30mm)或40mm-80mm的范围。检测器被配置成检测反射光。因此，检测器检测反射光，以在(非偏振)光源的(顺序的)照射期间成像。例如，由于检测器的上游的偏振器，检测器基本上只检测偏振光。检测器的光轴和传感器的光轴可以基本上重合。另外，传感器的光轴和所有光源的净光轴(netopticalaxis)可以基本上重合。

光源特别地被配置成使得它们距检测器第一距离，该第一距离小于(相关)视场(尺寸)。另外，多个光源特别地可以包括两组(或多组)光源，光源与检测器等距地配置。可以独立地控制这些组。另外，对于光源中的每个光源，第一距离不一定相等。因此，短语“检测器被配置在距光源中的每个光源第一距离(d1)处”和类似的短语也可以被解释为“光源被配置在距离光源第一距离(d1)处，其中对于光源中的每个光源的第一距离可以相同，或者其中存在两个或多个不同的第一距离”。如本文所指示的，第一距离可以特别地选自1mm-100mm的范围。

因此，本发明(在一个方面(也))提供一种系统，系统包括用于测量皮肤参数的传感器，该传感器包括：(i)被配置成提供光源光的多个空间分离的光源，以及(ii)检测器，其被配置在距光源中的每个光源第一距离处，其中传感器被配置成提供具有光轴的光源光并且被配置成检测反射的光源光(其在皮肤处被反射)，光轴的入射角(α)选自10°-80°的范围，其中在操作期间，传感器(将)被配置在皮肤上，其中传感器的壳体的孔径在皮肤上，其中传感器包括至少三个光源，其中光源被配置成提供可见光源光，其中可见光源光是非偏振的，并且其中第一距离选自10mm-80mm的范围，其中检测器被配置成检测偏振光。系统可以包括如所附实施例中定义的其他特征。

系统可以包括存储器、处理设备(或“处理器”或“处理器系统”或“控制器”或“控制系统”)、用户界面以及用于指示所感测的皮肤光泽值的指示单元(诸如led指示器(例如，适于通过根据所感测的值接通0-n个led来指示不同的值，其中n是用于指示最大感测值的所使用的led的数量，其中n通常等于或大于2，诸如至少为3))和/或显示器。

用户界面设备的示例包括手动驱动按钮、显示器、触摸屏、小键盘、语音激活输入设备、音频输出、指示器(例如，灯)、开关、旋钮、调制解调器和网卡等。特别地，用户界面设备可以被配置成允许用户指示用户界面与其功能性地耦合的设备或装置，设备或装置中用户界面在功能上被包括。用户界面特别地可以包括手动驱动按钮、触摸屏、小键盘、语音激活输入设备、开关、旋钮等，和/或可选地调制解调器、和网卡等。用户界面可以包括图形用户界面。术语“用户界面”还可以指代远程用户界面，诸如远程控制器。远程控制器可以是单独的专用设备。然而，远程控制器也可以是具有被配置成(至少)控制系统或设备或装置的app的设备。

控制器/处理器和存储器可以是任何类型。处理器可以能够执行各种描述的操作并执行存储在存储器中的指令。处理器可以是专用或通用集成电路。另外，处理器可以是用于根据本系统执行的专用处理器，或者可以是通用处理器，其中许多功能中的仅一个功能操作以用于根据本系统执行。处理器可以利用程序部分、多个程序段来操作，或者可以是利用专用或多用途集成电路的硬件设备。

传感器包括：(i)被配置成提供光源光(“光”)的多个空间分离的光源。特别地，传感器包括至少三个空间分离的光源。

术语“光源”可以包括半导体发光器件，诸如发光二极管(led)、谐振腔发光二极管(rcled)、垂直腔激光二极管(vcsel)、边缘发射激光器等。术语“光源”还可以指代有机发光二极管，诸如无源矩阵(pmoled)或有源矩阵(amoled)。在特定实施例中，光源包括固态光源(诸如led或激光二极管)。在一个实施例中，光源包括led(发光二极管)。术语led还可以指代多个led。另外，术语“光源”在实施例中也可以指代所谓的板上芯片(cob)光源。术语“cob”特别地指代半导体芯片形式的led芯片，其既不被封装也不被连接，而是直接安装到诸如pcb的基板上。因此，多个半导体光源可以被配置在相同的基板上。在实施例中，cob是一起配置成单个照明模块的多led芯片。

另外，光源被配置成提供非偏振光源光。这允许传感器从反射光的偏振方向导出信息。

另外，光源被特别地配置成提供白光。本文的术语白光是本领域技术人员已知的。它特别地涉及具有在约2000k和20000k之间的相关色温(cct)，特别是2700k-20000k的光，对于一般照明，特别是在约2700k和6500k的范围内，而对于背光(backlighting)目的，特别是在约7000k和20000k的范围内，并且特别是在bbl(黑体轨迹)的约15sdcm(颜色匹配的标准偏差)内，特别是在bbl的约10sdcm内，甚至更特别地在bbl的约5sdcm内。特别地，白光可以由具有黄色发光材料的蓝光led提供。这种光源可以提供基本不偏振的白光。

传感器包括多个空间分离的光源。这意味着光源之间存在一定的距离。特别地，光源配置有介于其间的检测器。另外，特别地，光源的最大数量约为12，诸如10，例如8，诸如6或4或3。上至大约12，甚至更特别地上至大约8，诸如上至大约6，允许围绕传感器进行配置，这也允许相邻光源之间的空间分离，空间分离(也)可以在约1mm-100mm的量级，诸如至少5mm，如至少10mm。

因此，在实施例中，系统包括至少三个光源。在更进一步的实施例中，传感器具有传感器光轴，并且光源被配置成旋转对称地围绕传感器光轴。在实施例中，光源可以在与光轴成360°/n的角度下相对于彼此配置，其中n是光源的数量。因此，在系统包括至少三个或四个光源的实施例中，与光轴的相互角度可以分别为120°和90°。

因此，如上面所指示的，系统特别地包括至少两个光源，甚至更特别是至少三个光源，并且光源被特别地配置成提供非偏振的可见光源光，甚至更特别是白光。

在实施例中，系统可以特别地包括提供可见光源光的多个光源，其中可见光源光是非偏振的，特别地，其中基本上所有可见光源光都是非偏振的。特别地，光源中的每个光源提供基本上非偏振的可见光源光。因此，这些实施例向皮肤提供非偏振光源光，其中光源光基本上不是部分偏振的。因此，特别地，光源被配置成提供可见光源光，其中可见光源光是非偏振的。

如上面进一步指示的，系统还包括被配置在距光源中的每个光源第一距离(d1)处的检测器。在第一距离(d1)在约1mm-80mm的范围内获得了良好的结果。因此，在特定实施例中，第一距离可以选自1mm-80mm的范围，特别是选择2mm-60mm的范围，诸如5mm-20mm的范围，如6mm-14mm的范围。

特别地，检测器被配置成检测偏振光。为此，检测器可以包括被配置在检测器的上游的偏振器。以这种方式，检测器可以只接收偏振光，特别是s偏振光。下面，进一步阐明了偏振器的一些具体实施例。

特别地，检测器被配置成检测偏振光。因此，传感器可以包括配置在检测器的上游的偏振器。偏振器可以过滤反射的光源光(在皮肤处反射)，使得检测器接收偏振光，特别是s偏振光，或者备选地特别是p偏振光。

在特定实施例中，传感器被配置成提供具有光轴(ol)的光源光并且被配置成检测反射的光源光(在皮肤处反射)，光轴(ol)与在第二距离(d2)处的皮肤成入射角(α)，入射角(α)特别地选自10°-80°的范围。当然，皮肤不是系统的一部分。然而，系统被特别地配置成测量在第二距离处的皮肤。例如，系统可以包括距离保持器或其他元件，其允许在第二距离处的传感器的配置。在该距离处，可以实现上面指示的在10°-80°(更特别地，20°-80°)的范围内的入射角。在下面进一步阐明的特定实施例中，角度选自20°-60°的范围。

距离保持器被配置成被放置在皮肤上，使得皮肤在距检测器或检测器之前的最后的光学器件(从检测器看)第二距离处。特别地，距离保持器可以被配置成平放在皮肤上，使得皮肤在距检测器或检测器之前的最后的光学器件(从检测器看)第二距离处。距离保持器可以被包括在传感器的壳体中。特别地，系统可以包括至少部分地包封传感器的壳体，其中壳体包括距离保持器。备选地，系统可以包括壳体和(单独的)距离保持器；在这种实施例中，可以进一步增加第二距离。除了壳体，距离保持器也可以包括孔径。

系统或其至少一部分(诸如壳体)可以配置成压在皮肤上。因此，“在皮肤上”可以指示系统或其至少一部分被压在皮肤上(在使用期间)，特别地，其中距离保持器(诸如壳体)被压在皮肤上。因此，术语“第二距离”特别指代在系统的使用期间，检测器或其最后的光学器件(从检测器看)与皮肤之间的距离。第二距离是孔径/皮肤和检测器(或检测器的上游的光学器件，当这种光学器件可用时)之间的非零距离。术语光学器件在这里可以特别地指代透镜。

在特定实施例中，检测器包括2d相机，诸如ccd相机td-next5620m7_1a和td-next5640m12_3b。每个像素可以基本上分别由蓝色、绿色和红色的三个像素组成。这可以分别为检测器提供蓝色、绿色和红色通道强度。

在实施例中，检测器可具有约10*10mm²的检测器面积。检测器可以具有大约100万像素或更多。

在进一步的实施例中，传感器还可以包括被配置在检测器的上游的聚焦透镜。聚焦透镜可以被配置成在一侧处具有在焦点中的检测器和/或在透镜的另一侧处具有在焦点中的皮肤。透镜可以在检测器处提供良好的皮肤图像。

在实施例中，传感器还可以包括配置在检测器的上游和聚焦透镜的上游的孔径。这可以进一步增加分辨率。在实施例中，孔径的直径可选自0.1mm-5mm的范围，更特别是0.1mm-2mm的范围，如特别是0.1mm-0.8mm的范围。

系统的光轴可以被配置成垂直于检测器。

在特定实施例中，系统还可以包括分析系统。分析系统被配置成根据传感器的传感器信号生成对应的皮肤传感器值。分析系统和传感器可以被合并在单个设备中，诸如皮肤清洁设备、皮肤再生设备等。因此，在实施例中，系统包括皮肤护理设备，如这种皮肤清洁设备、皮肤再生设备等，其中皮肤护理设备包括传感器和分析系统。分析系统可以将传感器的信号(更特别地，检测器的信号)转换成可以包含用户的有用信息的信号，诸如指示器单元(诸如显示器或led条)上的皮肤光泽度的指示。皮肤传感器值可以是皮肤参数，可以基于皮肤传感器值和皮肤参数之间的预定义关系，将皮肤传感器值进一步处理成皮肤参数。

然而，在其他实施例中，传感器可以由单独的设备构成，该设备有线或无线地耦合到分析系统。例如，这种分析系统可以由智能手机组成。例如，app可以用于读出传感器并基于由传感器生成的传感器信号显示皮肤传感器值。因此，在又一实施例中，系统包括：(i)皮肤护理设备，其中皮肤护理设备包括传感器，和(ii)功能性地耦合到皮肤护理设备的第二设备，其中第二设备包括分析系统。术语“分析系统”还可以指代多个相互关联的系统。例如，传感器可以(进一步)包括处理器，并且外部设备可以包括处理器，处理器可以彼此通信。传感器的处理器可以提供传感器信号，并且外部设备的处理器在其基础上生成指示皮肤的光泽度/油性的皮肤传感器值。

传感器信号可以是检测器信号。在其他实施例中，传感器信号可以是经处理的检测器信号。因此，在实施例中，短语“基于检测器信号”也可以指代经处理的检测器信号。基于传感器信号，即基本上基于检测器信号，分析系统可以提供对应的皮肤传感器值。

当系统包括功能设备(诸如皮肤清洁设备或皮肤再生设备)时，该设备可以被配置成根据传感器(用于感应光泽)的传感器信号(或皮肤传感器值)执行动作。例如，当达到皮肤光泽(或皮肤油性)的某个下阈值或上阈值时，功能设备可以向用户提供信号，如声音或振动信号。备选地或附加地，功能设备可以根据传感器信号减少或增加特定动作，诸如根据传感器信号而增加或减少对皮肤的按摩。

因此，在又一方面，本发明还提供了一种感应皮肤光泽的方法，方法包括利用本文所定义的系统将光源光提供给皮肤，并且利用系统感测在皮肤处反射的反射光源光。

方法特别地利用在皮肤上的传感器执行，诸如利用在皮肤上的包括孔径的壳体，由此在操作期间，在皮肤和检测器或其最后的光学器件之间存在第二距离。

特别地，方法是非医疗方法。特别地，该方法是一种化妆方法。

而且，在又一方面，本发明提供了一种数据载体，具有存储在其上的程序指令，当该程序指令由本文定义的系统执行时，使系统执行如本文所定义的方法。

在进一步的特定实施例中，也如上面所指示的，系统还可以包括分析系统，其中分析系统被配置成根据传感器的传感器信号，生成对应的皮肤传感器值。可以有很多方式来生成传感器信号。尽管报道了许多用于家庭应用的低成本设备，但使用这些设备的光泽测量看起来不是定量的，并且还可能与主观感知和基准设备测量无关。用于估计光泽的方法可以基于对使用非偏振照明获得的相机图像中的高于特定阈值的白色像素的数量进行计数。然而，看起来基于白色像素的数量的光泽估计取决于入射光强度水平(及其波动)、阈值和皮肤光学性质的变化(个体间和个体内变化)，这不太理想。

在下文中，描述了一些可以提供更可靠结果的特定实施例。

因此，在实施例中，特别地，系统被配置成利用检测器创建皮肤的图像，其中皮肤的图像包括感应到最大强度的第一区域和距第一区域第一图像距离处的第二区域，其中第一区域和第二区域不重叠，其中系统还被配置成基于强度来生成皮肤传感器值，强度依赖于沿着第一区域和第二区域之间的路径的反射的光源光。图像可以具有图像面积。第一区域和第二区域可以是例如图像面积的0.05％-30％(诸如0.05％-15％，如0.1％-10％)的面积。另外，第一图像距离(即第一区域和第二区域之间的距离，更准确地，这两个区域的边界之间的最短距离)可以大约是至少第一区域或第二区域的区域大小。通常，第一区域和第二区域可以基本相同。可选地，区域也可以不同，但是此时可以应用校正因子。另外，通常这些区域被选择为正方形或矩形，特别是正方形。感应到最大强度的区域可以是图像中的发生基本上镜面反射的区域，即光源光被像镜子一样反射并被检测器检测的区域。

因此，第一图像距离可以在图像面积的0.05％-30％的平方根的范围内，诸如图像面积的0.05％-15％的平方根，如图像面积的0.1％-10％的平方根。特别地，第一区域和第二区域之间的距离是图像面积的平方根的至少5％。注意，图像面积可以不具有固定值，而是可以例如取决于放大倍数。

另外，注意术语“创建图像”和类似术语可能不一定包括在某个时刻创建真实图像，而是还可以指在检测器表面上的不同位置读出检测器的值。

看起来可以从两个区域和/或从(直)线或这两个区域之间的区域导出的信息可以提供关于光泽度的信息，这可以允许量化皮肤光泽(包括皮肤油性)，特别是在系统已经被校准时(也参见下文)。

因此，在实施例中，系统可以被配置成基于由沿着第一区域和第二区域之间的路径的反射的光源光的强度所限定的曲线的斜率，来生成皮肤传感器值。因此，基于曲线的斜率或曲线的角度，看起来可以生成有用的皮肤光泽值。

备选地或附加地，系统可以被配置成基于由沿着第一区域和第二区域之间的路径的反射的光源光的强度限定的曲线的下方的面积(area)，来生成皮肤传感器值。因此，同样地，基于曲线下方的面积或曲线的角度，看起来可以生成有用的皮肤光泽值。路径也可以被指示为直线轨迹或线。

备选地或附加地，系统可以被配置成基于高于预定义阈值的图像的像素的数量来生成皮肤传感器值。因此，基于高于阈值的像素的数量，看起来也可以生成有用的皮肤光泽值。

另外，备选地或附加地，系统可以被配置成基于分别利用对应的像素强度加权的、高于预定义阈值的图像的像素的平均数量来生成皮肤传感器值。因此，还可以基于高于阈值的加权的像素数量来生成有用的皮肤光泽值。

而且，备选地或附加地，系统可以被配置成基于第一区域和第二区域的累积强度(integratedintensity)之间的关系来生成皮肤传感器值。因此，这些相应比率的镜面反射强度与漫反射强度的比率也可以用于生成皮肤光泽值。例如，当利用基本上镜面反射的区域以及利用基本上漫反射的区域校准系统时，可以从这些相应比率的镜面反射强度与漫反射强度的比率导出皮肤光泽参数。

另外，备选地或附加地，系统被配置成在图像中定义二进制大对象(“blob”)，并且其中系统被配置成基于图像中的二进制大对象的平均大小和最大大小中的一个或多个来生成皮肤传感器值。因此，基于blob的数量和/或blob的大小，也可以生成有用的皮肤光泽值。因此，在该实施例中，不是使用白色像素的数量本身，而是定义blob。因此，还可以为那些blob定义阈值，例如在特定强度阈值上至少k数量的相邻像素。

在上述实施例中，已经多次提到了校准。特别是对于皮肤光泽或皮肤油性的定量评估，系统的校准，更准确地，传感器(并且实际上，因此是检测器)的校准可以是有用的。可以在生产传感器之后进行该校准。备选地或附加地，可以基于示例传感器的一个或多个较早校准，对每个传感器以软件实施校准。校准也可以是测量过程的一部分，或者可以定期安排。在特定实施例中，在生产传感器之后实施一次校准。另外，系统可以包括控制例程，该控制例程可以基于基准传感器的传感器参数或基于信号中的漂移等等来更新校准。

在特定实施例中，系统被配置成在平场校正之后，根据传感器的传感器信号生成对应的皮肤传感器值。平场校正是一种用于改进数字成像质量的技术。平场校正特别地用于补偿由于照明和检测的不均匀性、检测器的像素到像素灵敏度的变化和/或光路中的失真引起的2-d图像的伪影。如上面所指示的，平场校正可以是基于具有纯漫反射基准的测量，诸如，像spectralon的漫反射标准。基于这种测量，可以提供平场校正，其可以用在(如本文所描述的)任何测量中。

在更进一步的实施例中，系统被配置成基于检测器的红色、绿色和蓝色通道的相应信号的平均，根据传感器的传感器信号生成对应的皮肤传感器值。

如上面所指示的，系统可以包括偏振器。偏振器被配置成仅允许一个或多个特定偏振(polarization)进入检测器。因此，在特定实施例中，传感器包括配置在检测器的上游的偏振器。甚至更特别地，偏振器包括(i)分段偏振器和(ii)空间变化偏振器中的一个或多个。这允许降低检测器的(旋转)位置的影响，特别是当顺序地驱动光源时。以这种方式，传感器可以检测作为光源的函数的反射光。利用偏振器的不同偏振，系统的灵敏度可以更高。

因此，在特定实施例中，设备包括感测模式，其中光源被配置成顺序地提供光源光。在进一步的特定实施例中，检测器可以被配置成顺序地检测反射的由光源顺序生成的光源光，并且被配置成生成对应的检测器信号。如上面所指示的，系统还包括分析系统，其中分析系统被配置成根据传感器的传感器信号生成对应的皮肤传感器值，并且在特定实施例中，皮肤传感器值是基于相应的检测器信号的平均。

在实施例中，分段偏振器包括像素化线栅偏振器，其具有两个或多个具有不同偏振取向的像素。这里，术语“像素”也可以指代区域。特别地，传感器包括n个光源，诸如四个光源，并且其中分段偏振器包括像素化线栅偏振器，该像素化线栅偏振器具有彼此垂直的偏振取向的n个像素，诸如两组两个像素(在四个光源的情况下)。如上面所指示的，n的值特别地至少是2，诸如3或4或更多。

在实施例中，空间变化偏振器包括方位角变化偏振器和径向变化偏振器中的一个或多个，其特别地允许更多数量的发射器被配置成彼此非常接近。

在布鲁斯特角附近可以获得最佳结果。因此，在实施例中，传感器被配置成提供具有光轴(ol)的光源光，光轴与在第二距离(d2)处的皮肤成入射角(α)，其中入射角(α)选自50°-60°的范围，甚至更特别地，其中入射角(α)选自52°-56°的范围。

因此，本文特别地提供了皮肤光泽测量系统和方法，其使用来自多个非偏振光发射器的顺序照射和在检测路径中的分段偏振器或空间变化偏振器，多个非偏振光发射器以(基本上)等于布鲁斯特角或偏振角的入射角照射皮肤。

当顺序地驱动光源时，可以(因此)获得特别好的结果。由于光源被配置在不同的位置，因此反射行为和偏振行为以及反射光的角度依赖性可以以这种方式提供附加信息(可能由于皮肤结构和/或照明的不均匀性产生)和/或可以允许减少传感器对皮肤上的旋转位置的依赖性。

因此，在特定实施例中，设备包括感测模式，其中光源被配置成顺序地提供光源光。

例如，传感器可以具有在0.1*nhz-100*nhz范围内的测量频率，其中n是光源的数量。例如，在1*nhz的情况下，每秒所有光源已经连续地照射皮肤并且检测器已经(连续地)基于相应的光源测量了可能的反射。

当然，使用多个光源还可以允许寻址两个或多个光源的子集。例如，当使用四个光源时，可以具有两组两个光源，该两组两个光源彼此相对地配置(其间具有检测器)，该多组光源交替地接通和关断。

也可以应用这些方法的组合，其中例如，随着时间的推移，该组光源的组成可以改变。例如，在预先确定的时间期间的模式中，光源被顺序地寻址，并且在随后的预先确定的时间中，光源作为团体(group)被寻址。这种模式可以包括重复这些相应的预先确定的时间。可以使用所有类型的照明方案来进一步产生更可靠的皮肤光泽的测量。

检测器信号可以是对相应的光源生成的信号的平均。因此，在又一实施例中，检测器被配置成顺序地检测反射的、由光源顺序生成的光源光，并且被配置成生成对应的检测器信号，其中系统还包括分析系统，其中分析系统被配置成根据传感器的传感器信号，生成对应的皮肤传感器值，并且其中皮肤传感器值是基于相应的检测器信号的平均。因此，特别地，检测器信号首先被处理，然后被平均。以这种方式，检测器信号可以是对由相应的光源生成的信号的平均。

如上面所指示的，系统可以包括至少三个光源。另外，如上面在实施例中所指示的，传感器具有传感器光轴，并且其中光源被配置为旋转对称地围绕传感器光轴。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考所附示意图来描述本发明的实施例，其中对应的附图标记指示对应的部件，并且其中：

图1a-图1b示意性地描绘了系统的一些方面；

图2a-图2b：用于模拟的系统模型的光学布局，以及与视场有关的一些方面；图3a-图3c：针对不同光泽值获得的传感器上的功率分布。灰度值是功率密度的对数；

图4：从光线跟踪计算的镜面反射的功率与漫反射背景的功率之间的比值，光线跟踪是从0％(漫反射标准)到100％(镜子)范围的光泽值的函数；

图5：当使用多个发射器以环形配置进行照射，并且在检测路径中使用具有均匀偏振性质的偏振器时，检测到的偏振状态的示意表示；

图6：在界面处的非偏振光的反射和透射；

图7：用于最小化光泽值对传感器旋转的依赖性的照明和检测的偏振方案的示意表示；

图8a-图8b示意性地描绘了空间变化偏振滤光器或延迟器(retarders)的一些实施例；

图9：用于cmos偏振图像传感器的纳米线偏振滤光器阵列的图案，cmos偏振图像传感器由四个子像素组成，四个子像素有一个基准像素和具有0°、45°和90°取向的三个覆盖格栅的像素；

图10：用于照明和检测的可能的偏振方案的示意表示；

图11：对于不同的阈值，作为传感器的旋转角度的函数的体内测量的白色像素的数量的变化；

图12：基于校准标准、漫反射标准和反射镜上的测量对专业光泽计的校准；

图13：用于估算较低光泽范围内的光泽值的不同方法(角度、s/d比、加权的像素的数量)的比较；

图14：用于估计较高光泽范围内的光泽值的不同方法(角度、s/d比、加权的像素的数量)的比较；

图15a-图15d：用于基于斜率(角度)估计光泽的图像处理步骤的图示。

示意图不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1a示意性地描绘了系统1，其包括用于测量皮肤参数(选自由皮肤光泽和皮肤油性构成的组中的一种或多种)的传感器100。传感器100包括多个空间分离的光源110和检测器120，光源110被配置成提供光源光111，检测器120被配置在距光源110中的每个光源第一距离d1处。传感器100被配置成提供具有光轴ol的光源光111并且被配置成检测反射的光源光111，光轴ol与在第二距离d2处的皮肤成选自10°-80°的范围的入射角α。这里，传感器100可以特别地包括至少三个光源110，为了便于理解，仅描绘了两个，其中光源110被配置成提供非偏振的可见光源光111。第一距离d1可以例如选自10mm-80mm的范围，并且其中检测器120被配置成检测偏振光。

例如，检测器120可以包括2d相机101。另外，传感器100可以包括配置在检测器120的上游的聚焦透镜102，以及配置在检测器120的上游和聚焦透镜102的上游的孔径103。孔径103具有选自0.1mm-0.8mm的范围的直径d1。聚焦透镜可以例如是f5mm-15mm，如10mm透镜。另外，系统可以包括第二聚焦透镜，该透镜与第一透镜的组合可以为整个系统提供所需的视场和焦深(参见例如图2a)。光源110被配置成提供非偏振的白光源光111。

如图1a中所指示的，系统1还可以包括分析系统2，其中分析系统2被配置成根据传感器100的传感器信号，生成对应的皮肤传感器值。

分析系统2可以被也包括传感器100的设备所包括(也参见图1b)，或者可以被分离的设备包括。图1a还示意性地描绘了其中系统1包括皮肤护理设备3的这种实施例，其中皮肤护理设备3包括传感器100，以及功能性地耦合到皮肤护理设备3的第二设备200，其中第二设备200包括分析系统2。

传感器100包括开口107。该开口可以特别地是平坦的，即其周边可以具有基本上平坦的边缘。以这种方式，传感器可以被平坦地配置在皮肤上。开口107可以具有直径d2或等效直径d2，其可以在约10mm-30mm的范围内。

附图标记o2指代传感器100的光轴。当传感器100被配置在皮肤上时，该轴可以基本上与皮肤的法线重合。

附图标记ts指示传感器的上表面。这可以是平坦的表面。附图标记lb指示直接光阻挡器，其被配置成防止光源的光可以在没有单次反射的情况下到达检测器和/或其可以减少未被皮肤反射但是被传感器的其他内部表面反射的光到达检测器120。附图标记104指代偏振器。

轴o2可以基本上与皮肤的法线重合。

特别地，ts可以指示壳体105的上表面。上表面ts实际上可以定义从皮肤到检测器120或其最后的透镜的第二距离d2。这里，上表面ts包括孔径107。孔径的开口大小也可以被指示为视场(fov)。在本文中，视场也用附图标记fv指示。注意，开口或孔径107可以是圆形的，但也可以是正方形或矩形，或者可以具有其他形状。附图标记fva指示视场角。附图标记tt指示总轨道(track)，其是从孔径107(即操作期间的皮肤)到容纳光源110的支撑件的上侧的距离，该距离基本上与到光源110上部的距离相同，光源应用诸如led的一般的固态光源。总轨道可以在10mm-200mm的范围内，诸如在10mm-80mm的范围内，诸如例如在10mm-30mm的范围内，或在40mm-200mm的范围内，如在40mm-80mm的范围内。总轨道tt大于第二距离d2。检测器120和可选的光学器件的高度可以在约1mm-50mm的范围内，诸如1mm-20mm。从图中可以得出，当传感器100被配置在皮肤上时，第二距离d2得到保证。因此，传感器100可以包括距离保持器，诸如壳体105(如所描绘的)，或可选地包括壳体和单独的距离保持器。如上面所指示的，可见光源光111特别地是非偏振的。因此，光源光111特别是非偏振光源光。注意，传感器100的光轴o2和检测器120的光轴可以基本上重合。另外，传感器的光轴o2和所有光源110的净光轴可以重合。

通常，距离d2可以被定义为将被定位在皮肤上的孔径与检测器或其最后的光学器件(从检测器看)之间的距离。

图1b示意性地描绘了系统1的一个实施例，其中系统1包括皮肤护理设备3(诸如皮肤清洁设备、皮肤再生设备)，其中皮肤护理设备3包括传感器100和分析系统2。皮肤护理设备3可以包括指示单元iu和/或用户界面ui。附图标记fa指示功能区域，诸如可以用于按摩或去角质皮肤的区域。

为了研究我们的皮肤光泽相机系统，我们利用专用软件使用蒙特卡罗光线追踪。模拟计算光度和辐射量以执行完整的照明和检测分析。在图2a中示出了相机原型和系统布局的示意表示。图2a示意性地描绘了系统1的另外的实施例。这里，应用附加的透镜102b，其被配置在孔径103的上游。传感器大小确定盒子的大小，使得来自盒子的角落的光将在边缘处到达传感器以用于镜面反射。我们在传感器周围使用黑盒子，以防止来自壁和光阑(stop)的信号在没有见到皮肤的情况下直接到达传感器。使用具有17％反射率的表面对皮肤样本进行建模。该反射光的一部分被镜面反射，这意味着反射角与入射角相同，并且光的一部分被漫反射，这意味着入射光方向和反射光之间没有任何关系。通过选择反射光的哪一部分是镜面反射以及哪一部分是漫反射，以这种方式来改变样本的光泽性质。我们研究了全部的范围，从100％镜面反射(镜子)到0％镜面反射或100％漫反射(漫反射标准)。为了能够获得样本的光泽度的信息，我们需要来自led光的镜面反射能够到达传感器表面。因此，之前确定的盒子大小使我们能够仅使用led和传感器之间的有意义的距离。

所使用的led具有4000k的色温和70的cri，并且被建模为朗伯表面发射器。led封装本身被建模为具有90％的漫反射率。led裸片作为70％反射率的表面。pcb被建模为具有60％的漫反射率。壳体的壁以及光阑(stop)表面被建模为黑色但不是完美的黑色，而是具有5％的漫反射率。对于较大和较小的透镜，分别将透镜建模为具有对应于n-lasf9和n-bk7玻璃的折射率。

在图3中示出了关于三种不同光泽值的传感器的功率密度分布的示例。该图示出了灰度值的对数。从绘图中可以看出，样本的光泽值从反射镜(100％)到漫反射标准(0％)的改变对应于镜面反射光的幅度的改变。镜面反射光的幅度下降，而漫反射背景信号增加。基本上发生的是，在镜子的情况下，将led的图像制作到传感器表面上，随着光泽度的降低，图像变得越来越模糊。

图2b示意性地示出了俯视图(没有壳体)，其中中间的阴影矩形指示检测器120。这里，应用例如具有4：3的宽高比的矩形检测器。视场fv是在检测器120可见的壳体(未示出)或距离保持器(如果适用的话)(未示出)的孔径处的区域。特别地，该视场(由此，孔径)被选择成使得它具有与检测器120相同的对称性，尽管孔径可以例如也具有圆形对称性。这里，矩形视场fv具有长度fvl和宽度fvw，以及对角线fvd。如果视场是圆形的，则直径(fvl＝fvw＝fwd)。光源110被特别地配置成使得光源110到检测器120的边缘到边缘距离小于与相应的光源110-检测器120第一距离d1平行的相关视场尺寸。因此，利用s2和s7指示的光源110的距离d1特别地小于fvw；利用s4和s5指示的光源110的距离d1特别地小于fvl。另外，特别地，利用s1、s、s6和s8指示的光源110的距离d1特别地小于fvd(对角线)。

作为边缘到边缘距离的备选，也可以应用光源(诸如，特别是led)的中心到检测器120的中心的距离，该距离应当特别地小于包括0.5光源大小和0.5检测器大小的相关视场尺寸。

图3a示出了当测量100％光滑表面时系统提供的图像。图3b示出了当测量50％光滑和50％漫反射表面时系统提供的图像。图3c示出了当测量100％漫反射表面时系统提供的图像

在图4中，以另一种方式表示了如图3中的绘图的信息。所做的是将矩形中的功率密度积分，其围绕镜面反射的位置为中心。这给了我们被镜面反射的光的量。从入射到传感器上的光的总量，我们可以计算漫反射背景中包含的功率。在图4中绘制了这两个数字的比率，即镜面反射功率除以背景功率。如所预期的，该比率随着光泽度的增加而增加。该图表示我们可以通过使用不同的方法从利用相机原型获得的单个图像中推导出样本的光泽值，方法诸如是：利用强度而被加权的高于阈值的像素的数量、镜面反射到漫反射强度转换的斜率，以及在选定的感兴趣区域中的镜面反射与漫反射背景的比率。在本文其他地方描述使用这些基于模拟的新方法估计的光泽值。在本文其他地方描述我们已经开发的用于估计光泽值的新方法的细节和这些方法背后的物理原理。

在图4中，在x轴上指示光泽度百分比，其中在0％是漫反射表面，在右边是100％镜面。在y轴上定义镜面反射与漫反射的比率(镜面反射/漫反射)。

特别地，下面提出一种方法和系统，其基于来自多个非偏振光发射器的顺序照明并且使用分段偏振检测或空间变化偏振检测，该多个非偏振光发射器以基本上等于布鲁斯特角或偏振角的照射角照射皮肤。

一种可能的方法可以基于估计高于特定阈值的白色像素的数量作为皮肤光泽的指示。但是，传感器上的白色像素的数量随着测量原型/传感器的旋转而改变。在存在皮肤结构并且使用单个发射器进行照明的情况下，当较高的阈值用于估计白色像素的数量时，光泽值对传感器的旋转角度的依赖性变得更加突出。因此，在偏振敏感相机成像中，使用一个光源仅可部分地获得具有空间变化的表面和结构性质的皮肤的光泽特性。这种依赖性是一个严重问题，因为消费者会将相机传感器随机地定位在皮肤上并且将导致光泽值的非定量估计，从而使可能提供给消费者的信息的质量恶化。

为了克服这种限制并降低光泽值对传感器旋转角度的依赖性，我们特别地提出顺序照明的多个非偏振光源(n>2)以及使用单个低成本相机传感器的s偏振检测。然而，在这种方法中，只能对一对两个非偏振光源(u1和u3的组合或u2和u4的组合，它们彼此对角相对(图5))实现优选的s偏振状态的检测，该检测作为镜面反射/光泽的指示器。这意味着当在用于检测的光路中使用具有均匀偏振性质的偏振器时，能够提供最佳偏振状态的光源的最大数量是2。图5a示出了在中间的传感器，并且u1-uv指示非偏振光源。图5a示出了检测方案，并且图5b示出了假定均匀偏振滤光器的检测方案。

特别地，本文提出了使用相机系统和用于定量测量皮肤光泽的方法，该方法基本上与传感器的旋转角度无关。特别地，可以使用来自三个以上光源(非偏振)的顺序照明以及使用单个低成本相机传感器(s偏振检测)的顺序检测。在图2a中示出了相机原型的光学布局的示意表示。

也用于原型的方面可以是例如包括：

1)白光led照明；2)非偏振照明(led的数量>3)；3)特别地，入射角～54°(即在50°-60°范围内)等于布鲁斯特角；4)led-传感器距离>5mm(范围为6mm-14mm)；5)(低成本)相机传感器，具有聚焦透镜和孔径(光阑大小为0.2mm-0.6mm)；6)相机之前的分段偏振器或空间变化偏振器。

用于估计光泽值的图像处理算法可以基于白色像素的数量或归一化到平场校正之后的最大值的沿着光轴的强度变化的斜率。本文还描述了其他方法。

当非偏振光被皮肤表面反射时，反射光的偏振性质取决于照射的角度(图6)。对反射和透射重要的两个正交线性偏振状态被称为p偏振和s偏振。p偏振(来自德语平行)光具有平行于入射平面偏振的电场，而s偏振(来自德语senkrecht)光垂直于该平面。附图标记n指示(表面的)法线，附图标记pi指示入射平面。另外，附图标记sk指示入射表面，诸如皮肤表面。附图标记s和p表示偏振。

对于等于0°或90°的照射角度，反射光将是非偏振的；对于0°和90°之间的照射角度，反射光将是部分偏振(优选为s)；并且对于等于偏振角或布鲁斯特角的照明角度，反射光将是平面偏振(s)的。

入射角(0°和90°)被称为偏振角或布鲁斯特角，在该角度处，具有平行于入射平面(p)的电场的光的反射系数变为零，并且在该角度处，具有电场矢量垂直于入射平面(s))的反射光是线性偏振的。可以基于菲涅耳方程计算偏振角或布鲁斯特角(θb)。菲涅耳方程预测，如果入射角为θb＝1/tan(n2/n1)，则具有p偏振的光(在与入射光线和表面法线相同的平面中偏振的电场)将不会被反射，其中n1是光通过其传播的初始介质的折射率(“入射介质”)，n2是另一种介质的折射率。对于空气(n1≈1)中的玻璃介质(n2≈1.5)，可见光的布鲁斯特角约为56°。对于本发明中公开的光学布局，光入射在空气-皮肤界面处，布鲁斯特角约为54°。优选的范围是50°-60°。

因此，在实施例中，可以在检测路径中使用的分段偏振器(对于较低数量的发射器，最多4到8个)或空间变化偏振器(对于更高数量的发射器，例如在12以上)。特别地，分段的数量等于发射器的数量。

当照射的角度在0°-90°之间时，可以通过使用在相机之前的s偏振器在该组件中进行滤光来增强部分偏振(优选s)反射镜面光的检测，该检测是光泽的测量。在使用多个光源的照明方案的情况下，可以使用如图7中所示的分段偏振器或空间变化偏振器。这意味着当使用四个发射器进行照明时，在用于一对光源(u2和u4)的传感器之前的偏振器的取向必须与用于从u1和u3检测的光的光路中使用的偏振器(v)的取向正交(h)。这些分段可以根据标准的低成本偏振片切割，并且可以通过旋转单独的分段而将其放置在相应的取向上以制作分段偏振器。附图标记104指示偏振器。另外，附图标记1041指示分段偏振器。

图8a-图8b指示空间变化偏振器1042，它们分别是方位角变化或径向变化。

分段偏振器可以被放置在用于检测的光路中，或者也可以通过使用标准cmos工艺的制造线栅偏振器而被印刷在相机传感器本身上。已经报道了用于偏振映射的具有6μm像素大小的高速偏振图像传感器，其由四个子像素组成，四个子像素有一个基准像素和具有0°、45°和90°取向的三个覆盖格栅的像素。

图9示意性地描绘了包括像素化线栅偏振器1043的分段偏振器1041的实施例，其具有两组具有彼此垂直的偏振取向的两个像素1044。

如上面所指示的，在使用一个或两个光源时，使用光学传感器测量具有空间变化的表面和结构性质的皮肤的光泽特性可能取决于传感器旋转角度。这可能导致光泽值的非定量估计，从而使可能提供给消费者的光泽信息的质量恶化。

因此，本文还提出了用于定量测量皮肤光泽的系统和方法，其较少地依赖于传感器的旋转角度。所提出的发明可以备选地或附加地基于使用三个以上光源(非偏振照明)和相机传感器(偏振检测)的顺序照明和检测。

特别地，我们分析了白色像素的数量相对于偏振相机成像设置中的传感器的旋转角度的改变。特别地，我们观察到：当存在结构并且当使用一个发射器进行照明时，光泽值对传感器的旋转角度的依赖性在高阈值处变得更加突出。

因此，特别地，本文提出了使用相机系统和用于定量测量皮肤光泽的方法，该方法更少地取决于传感器的旋转角度。所提出的发明(特别地，在实施例中可以)基于使用来自三个以上光源的顺序照明(非偏振照明)和使用单个低成本相机传感器的顺序检测(偏振检测)。基于从沿不同方向拍摄的多个独立图像估计的像素的平均数量来估计光泽值。在图2a中示出了相机原型的光学布局的示意表示。用于估计光泽值的图像处理方法(算法)可以基于白色像素的数量，或归一化到平场校正之后的最大值的沿着光轴的强度变化的斜率，但是其他选项也可以是可能的(见下文)。

也用于原型的方面可以是例如包括：1)白光led照明；2)具有多个发射器的非偏振顺序照明(led的数量>3)；3)入射角特别地>45°(特别地，一般在40°-80°的范围内)；4)led-传感器距离>5mm(范围是6mm-14mm)；5)(低成本)相机传感器，具有聚焦透镜和孔径(光阑大小为0.2mm-0.6mm)；6)相机之前的偏振器。

我们已经研究了光泽值(高于某个阈值的白色像素的数量)对传感器的旋转角度的依赖性(0°-360°，步长为30°)。使用相机原型进行测量，相机原型使用以顺序照明的一个和两个发射器。

·spectralon(具有均匀光学性质的漫反射标准)；

·体外(ex-vivo)皮肤(用于进行对照实验)；以及

·体内(in-vivo)皮肤(额头、皮肤类型ii)。

基于对spectralon、离体皮肤和体内测量的实验数据，我们举例说明了：通过使用采用三个以上发射器(它们以环形照明配置对称地放置(图10)，对于n＝3为三角形配置，并且对于n＝4为矩形配置，等)的顺序照明，可以最小化与使用单个发射器相关联的旋转相关的效应导致的光泽含量的低估。当同时使用多个发射器时，光泽值取决于旋转角度，效果主要由来自多个发射器的强度分布重叠的区域中的白色像素的数量贡献。在本文中，a、b和c指示以环形配置布置的光源。

为了量化光泽对传感器旋转角度的依赖性，针对不同的阈值，根据传感器旋转角度来估计白色像素的数量(图11)。图11在x轴上示出了传感器的旋转角度ra，并且y轴指示白色像素的数量n(以任意单位)。针对多个阈值，将像素的数量pol_l显示为角度的函数，其中110指示值110的阈值，并且200指示值200的阈值。附图标记mx和mn分别指示最大值和最小值。

对于给定的阈值，光泽对旋转角度的依赖性以像素的数量上的最大相对差异表示：(δ光泽)＝(max-min)/(mean(max，min)。

基于这些实验，可以得出以下结论：

-从具有均匀光学性质的spectralon估计的像素的数量表明对传感器旋转角度的依赖性较小；

-从体外和体内皮肤测量估计的像素的数量表明对旋转角度的依赖性；

-光泽值对旋转角度的这种依赖性是由于皮肤结构和表面性质的不均匀性造成的。当存在皮肤结构并且特别是在清洁之后，这种对角度的依赖性变得更加突出；以及

-与单个发射器相比，使用多个照明源可以最小化对传感器旋转角度的依赖性。当顺序地使用多个发射器(l_r)而不是同时使用多个发射器(l，r)时，这种依赖性进一步降低：

-δ光泽(unpol)(l_r)δ光泽(unpol)(l，r)<δ光泽(unpol)l，δ光泽(unpol)r，和/或

-δ光泽(pol)(l_r)<δ光泽(pol)(l，r)<δ光泽(pol)l，δ光泽(pol)r

这里，

-l：左侧的单个非偏振发射器；

-r：右侧的单个非偏振发射器；

-l，r：同时使用2个发射器(l和r)并捕获单个图像；以及

-l_r：顺序使用2个发射器(l和r)，并且基于平均值估计光泽值(l和r发射器以环形配置彼此径向相对地定位)。

结果被总结在下表中：

因此，本文提供了使用来自三个以上光源的顺序照射(非偏振照明、等角度分离)和单个低成本相机传感器(偏振检测)以最小化光泽值对传感器取向的依赖性的皮肤光泽测量系统和方法。

下面，我们报告对校准样本(镜子、校准的瓷砖、光面纸(glosspaper)、漫反射标准)进行的实验，其中光泽值的范围为0到100光泽单位。我们将利用相机测量的光泽值与利用本领域已知的其他专业设备测量的光泽值进行比较。图12示出了设备以gu为单位的读数dr，其中ds指示漫反射标准，rm指示反射镜，并且s指示光泽校准标准。在x轴上，指示了以gu为单位的校准标准的光泽。

使用专业工业光泽计gardner(g85)执行测量，以定义从0至100光泽单位(gu)的范围的测量尺度。使用具有50gu、60gu、90gu的已知基准光泽单位的确定的折射率的三种高度抛光的基准黑色玻璃标准(novo光泽仪)，来测量专业光泽计(gardner85)在较高光泽单位范围内的性能和线性度。它们被用作“校准瓷砖”或“校准标准”。没有材料能够提供具有相同表面性质并且具有足够数量样本的宽范围的光泽值。第一个校准瓷砖覆盖中高光泽值，而光面纸覆盖低光泽值。因此，在使用这些校准瓷砖校准设备之后，我们使用了在较低光泽单位范围内具有一系列光泽值的光面纸。这些校准标准为测量的角度分配了光泽单位值，并且可追溯到用于材料研究的bin标准。我们观察到利用garnder85测量的光泽值与校准光泽标准的光泽基准值之间的良好相关性。我们在镜子和漫反射标准上进行了附加的实验，以在镜子上建立100的上校准点，并且在漫反射标准上建立0的下端点。我们在镜子和漫反射标准上观察到10gu的偏移。在gardner设备中以其他照明角度(诸如20°和65°)执行的测量无法在0gu到100gu的宽范围内进行测量，因此我们使用85°的特定照明角度作为以下测量的基准。

分别使用光面纸(图13)和校准瓷砖(图14)来测量相机原型和算法在测量低光泽范围和高光泽范围时的性能和线性度。可以在第6章中找到用于基于相机图像估计光泽的不同方法的描述和平场校正的定义。利用专业设备gardner85测量的光泽单位用作水平轴中的基准值。相机读数以最大值被归一化。我们观察到不同方法的测量准确度取决于样本的光泽范围。对于较低的光泽值，斜率的测量准确度和加权的像素的数量的测量准确度高于镜面反射与漫反射比率方法的测量准确度。在具有高光泽值的样本的情况下，与斜率/角度方法相比，加权的像素的数量和镜面与漫反射比率更优越。这些观察结果与模拟的结果一致。图13在x轴上示出了光泽单位，在y轴上示出了任意单位的设备读数。附图标记s/d指示与斜率/漫反射比率有关的值；s/a指示与斜率/角度比率有关的值；并且nwp指示与加权的像素的数量有关的值。对于不同的曲线，图14使用与图13中相同的附图标记；另外，附图标记r指示基准光泽单位。

目前，根据光泽水平使用不同的照明角度。85°入射角(aoi)光泽计对10gu@60°以下的光泽差异更敏感，而20°aoi对高于70gu@60°的高光泽涂层具有更高的分辨率。这指示：在没有任何硬件修改的情况下，具有不同算法方法的一个相机设备可以用于测量0到100gu范围内的光泽值，并且可以使用加权的像素的数量的方法获得所有样本的相当好的准确度。

测量了样本的光泽，并且评估了我们的方法在利用其他专业光泽计的在校准标准上的性能。校准瓷砖和光面纸的表面性质的测量准确度是一致的。当在具有预期的不均匀表面性质和预期的低光泽值的皮肤上进行测量时，结果可能不同。

特别地，使用相机测量皮肤光泽会受到许多因素的影响，例如，皮肤颜色、皮肤隆起的程度(这取决于所施加的压力)以及皮肤表面上的皮脂、汗液等的量。肤色可能仅在蓝色、绿色或红色通道中产生对强度差异的影响，并且可以通过最终系统中的自动强度校正来补偿。光泽的可检测差异取决于样本的光泽水平，并且这些可检测差异的相关性取决于主观上将多少单位的光泽视为显著不同。当在60°测量时，这些可检测的差异取决于样本的光泽，例如在非常无光泽的表面(可能是5gu)上测量的3.0gu差异会被人眼看到，但是在更高光泽的涂层上(可能是60gu))，这种差异很难被注意到。

下面，基于rgb到灰度成像和平场校正来描述一些可能的(预)处理步骤，其可以用作下面(或上面)描述的方法的预处理步骤。假定所获得的图像不饱和。饱和图像增强图像的整体强度，因此可能会将不相关(背景)信息考虑在内。

每个摄像机捕获提供由四个非偏振光源获得的四个图像，四个非偏振光源位于右下-br、左下-bl、左上-tl和右上-tr。然后，使用这些图像来执行空间平均并最小化光泽度值与传感器的旋转之间的依赖性。

rgb到灰度：来自sensortech相机的图像是24位rgb图像。每种颜色具有8位。rgb图像中每个像素的颜色值是24位值。对于每个像素，可以通过使用24位数的部分来导出树(tree)颜色强度(位0-7表示蓝色(b)、位8-15表示绿色(g)、位16-23表示红色(r))。灰度图像是从r、g和b通道获得的平均信息，当检查rgb图像是否饱和时，应当检查单独的通道。在labview实施的算法中，通过三个(r、g和b)通道的总和获得灰度图像，即图像的最大强度可以是3×255＝765。

平场校正：平场校正(ffc)的目标是从图像去除伪像(artifacts)，该伪像由相机的像素到像素的灵敏度变化和光路中的整体强度失真导致。而且，我们使用ffc来补偿由于非偏振光导致的图像上像素强度的梯度改变。为了执行ffc，使用基准图像(诸如“spectrumon”的漫反射标准)。由于sensortech相机上有多个光源，因此会拍摄不同的基准图像，即单独地为每个发射器进行ffc。

通过将图像除以基准图像(spectralon)，然后通过将每个像素乘以基准图像的平均像素强度来完成图像的平场校正(ffc)。

下面描述了可以用于(定量)测量的一些方法。

高于阈值的像素的数量：该方法是基于镜面反射光在图像中比漫反射背景更亮的事实。重要的是图像不饱和：1)我们使用来自相机的四个非偏振光源(br、tl、bl和tr)的图像。每个图像被单独处理；2)将图像从rgb转换为灰度；3)将ffc应用于灰度图像；4)确定图像中的最大像素强度；5)对强度高于和低于最大强度的一半的像素的数量进行计数；6)结果为：(#更高的像素)/(#更低的像素)；7)平均＝(#更高的像素)/(#四个图像的结果的更低的像素)。对于更多或更少的光源，可以使用n个图像，而不是四个图像，其中n指代光源的数量。

斜率(角度)计算：该方法利用在光轴的方向上的镜面反射与漫反射过渡(transition)周围的窗口中定义的感兴趣区域中的强度分布的斜率(角度)，并且使用非偏振光源。一个完美的镜子可以使发射器的100％镜面反射集中在传感器上的一个小区域上，背景为零(噪声)，而完美的漫反射标准在ffc之后在传感器上提供几乎均匀的强度分布。斜率(角度)给出了强度作为沿光轴的距离的函数而下降的速度的指示。可以包括以下操作(也参见图15)：

1.对从相机的非偏振光源(br、tl、bl和tr)获得的四个图像中的每个图像进行单独处理；

2.将图像从rgb转换为灰度；

3.使用因子8对图像进行下采样(downsample)，以去除由皮肤结构引起的向后散射光。应用内核大小为15的中值过滤器，以进一步去除任何皮肤结构，并再次将图像上采样(upsample)到原始大小；

4.现在我们将搜索图像的热点强度。它由具有最大强度的区域表示。这通过以下步骤来完成：

a.在16x下采样图像中搜索最大强度；

b.利用该强度对图像取阈值；

c.创建二进制图像(0＝低于阈值、1＝高于阈值)；

d.使用8连接性来创建blob(二进制大对象)；

e.获得最大blob的质心；

5.在所定义的热点强度和图像中心之间定义一条线；

6.创建(#160)矩形(宽度75、高度50)，矩形的中心均匀分布在线上；

7.如果应用平场校正，则对基准图像重复步骤5、6、7并除以平场的结果；

8.在x和y坐标中引入结果，其中x对应于[1,160]的范围，并且y是平均强度。

针对由当前系统获得的图像选择指定的参数(步骤6-8)。对由其他设备获取的图像，这些参数可能需要进行附加的调整。

9.获得每个矩形中的平均强度；

10.如果该图的最大值不是x＝1，则去除该部分直到y的最大值。将剩余的图分成3部分；

11.在第一个图上计算图中的斜率。该斜率始终是负数。

a.高镜面反射应当产生高负数。

b.漫反射应当产生低负数。

12.平均四个图像获得的斜率的结果。

图15在图15a中示意性地描绘了未处理的图像；图15b示出了处理后的图像，诸如在ffc之后。图15c示出了具有最大强度mi的区域，该区域用附图标记1001指示。附图标记104指示连接第一区域1001和第二区域1002的线，第二区域1002被配置在一定距离处。沿着线104从第一区域1001移动到第二区域1002可以与沿着光轴移动窗口基本相同。图15d示出了沿着该线的强度轮廓。斜率1005和/或曲线下面的面积1006可以用作皮肤参数的测量。

镜面反射强度与漫反射强度比：在两个单独的测量通道中接收直接反射光(由镜子以相同角度引导到反射通道中)和漫反射(散射)光。在假定光在所有角度(漫反射通道)上以相同方式散射的情况下，在0°(完全垂直在测量表面上方)测量散射/漫反射光。这些镜面反射分量和漫反射分量在空间上是分离的，但在相同的传感器平面上检测，并且使用宽带波长照明和宽范围的照射角度和检测角度。该方法是基于计算镜面反射点周围的感兴趣区域中的强度与漫反射背景的强度之比。这些感兴趣的区域类似于用于基于斜率(角度)估计光泽的区域。因此，镜面反射强度与漫反射强度的比率给出了具有高光泽值的样本的最大值，诸如镜子(～1)。

特别地，在该方法中，具有最高反射的区域的平均强度与漫反射区域的平均强度进行比较。

1.在具有最高镜面反射的矩形区域上，计算平均强度；

2.类似地，在具有最大漫反射的矩形区域上，计算平均强度；以及

3.所计算的比率是强度的比率(步骤1/步骤2)

偏振差分成像方法(类似samba的方法)：除了非偏振照明通道之外，该方法可以使用偏振通道信息。皮肤顺序地被偏振光和非偏振光照射，并使用偏振相机传感器对其进行检测。基本上，该方法的测量原理是基于偏振差分成像，并且与专业光泽测量设备(诸如samba)中使用的那种类似。然而，在本文中，我们使用非偏振光和偏振滤光器。对于我们在类似samba的方法中的计算，我们使用偏振和非偏振光源。非偏振光源具有镜面反射分量和漫反射分量，而偏振光仅具有漫反射分量。为了获得镜面反射分量，从非偏振图像中减去偏振图像。

1.将来自pol_br和pol_tl的图像与unpol_br和unpol_tl的图像一起处理。

2.将图像从rgb转换为灰度。

3.将ffc应用于灰度图像。

4.为了进一步处理，我们通过其对称性转换图像，即最大反射应当在右上(tr)。

pol_br和unpol_br图像通过水平对称性进行转换，而pol_tl和unpol_tl通过垂直对称性进行转换。

5.对于每四个图像，在200×200的矩形内计算平均强度，该矩形位于图像的中心。矩形被选择成使得只有漫反射。利用这些强度值，可以补偿图像之间的光强度。矩形的大小是为当前系统预定义的。

6.计算2个比率

a.比率_br＝强度pol_br/强度unpol_br

b.比率tl＝强度pol_tl/强度unpol_tl。

7.将非偏振图像除以它们的比率。

8.添加偏振图像，产生仅1个偏振图像。

9.添加非偏振图像，产生仅1个非偏振图像。

10.减：非偏振-偏振。

11.对整个结果图像计算平均强度及其标准偏差。

12.samba结果平均值/stdev。

blob的平均大小和blob的最大大小：该方法是基于图像中找到的blob(二进制大对象)的平均大小和最大大小，并且比光泽与量化油性有关的皮肤特性更相关。皮肤光泽和油性之间的相互作用仍需要彻底了解。blob可以被看作是具有相同的特性的彼此相邻的一组像素。这些像素的强度应当高于一定水平。该方法是基于图像中油的视觉外观。可以执行以下步骤：

1.我们只使用来自非偏振光(br、tl、bl和tr)的图像。

2.将图像从rgb转换为灰度。

3.将ffc应用于灰度图像。

4.确定图像中的最大像素强度。

a.利用例如最大值的80％，或90％，或95％对图像取阈值。并且创建二进制图像(高于阈值＝1；低于阈值＝0)。

5.使用8连接性(connectivity)计算blob。

6.对所有blob计算平均大小。

7.计算最大blob大小。

8.对4个图像(利用以环形配置放置的四个光源获得)计算平均值。

高于阈值的像素的数量：该方法是基于镜面反射的强度和漫反射光的强度的差异。镜面反射更亮，并且因此可以用于在对图像取阈值之后，量化光泽度。这里，我们使用阈值范围来促进更好地区分肤色，以及创建更灵敏的方法以在没有执行ffc时考虑附加信息。当仅考虑高于指定阈值的像素强度时，可以丢弃该信息。该算法的主要缺点是必须针对特定情况调整阈值。

1.分别处理四个图像(br、tl、bl和tr)。

2.对于每个这种图像：r、g和b通道分别由使用spectralon的基准图像的r、g和b通道而被平场校正。

3.对经校正的b通道使用多个阈值{110，…180，…，220}，对r和g经校正的通道使用{120}来对图像取阈值。

4.对强度高于所选择的阈值的像素的数量进行计数

5.通过对每个br、tl、bl和tr图像计算的像素的数量进行平均，获得所得的像素的数量。

高于阈值的加权的像素的数量：该方法也是基于镜面反射的强度和漫反射的强度的差异。我们通过对图像取阈值并基于执行如下所示的步骤来选择某些rgb强度。高于特定阈值的所有像素获得相同的值(1)，与像素的实际强度水平无关。由于更亮的镜面反射对应于更高的光泽度值，因此在该方法中，我们通过其强度对预选择的像素进行加权。以下步骤描述了算法的详细信息：

1.单独地处理br、tl、bl和tr图像。

2.对于每个这种图像：如果使用ffc，则r、g和b通道由基准图像(spectralon)的rgb通道被平场校正。

3.将rgb图像转换为灰度。

4.对经校正的b通道使用多个阈值{110，…180，…，220}，对r和g经校正的通道使用{120}来对图像取阈值。

5.将高于阈值的每个像素乘以其灰度强度并将它们相加。

6.将结果以像素的数量归一化。

7.通过平均对br、tl、bl和tr图像中的每个图像计算的加权的像素的数量，获得所得的加权的像素的数量。

blob的数量/blob的平均大小/最大blob：这里，我们使用多个阈值来选择多个像素(以形成blob)，其中图像被转换为灰度并且选择95％的最大强度值。如上面所指示的，较低的阈值可能引入附加的重要信息，特别是在非均匀照明的情况下。该算法的主要步骤如下：

1.单独地处理br、tl、bl和tr图像。

2.对于每个这种图像：如果使用ffc，则r、g和b通道由基准图像(spectralon)的rgb通道被平场校正

3.对经校正的b通道使用多个阈值{110，…180，…，220}，对r和g经校正的通道使用{120}来对图像取阈值。

4.找到连接的像素并用轮廓-blob(contour-blobs)近似它。

5.blob的数量：通过平均br、tl、bl和tr图像的轮廓的数量来获得所得的blob的数量(轮廓)。

6.blob的大小：计算盒子的大小并且取平均值/取最大值。再次，通过对br、tl、bl和tr图像的平均轮廓大小/最大值进行平均来获得所得到的blob平均大小/最大值。

术语“多个”指代两个以上。

本领域技术人员将理解本文中的术语“基本上”，诸如“基本上由......组成”。术语“基本上”还可以包括具有“完全”、“彻底”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中，形容词“基本上”也可以被去除。在适用的情况下，术语“基本上”还可以涉及90％或更高，诸如95％或更高，特别是99％或更高，甚至更特别是99.5％或更高，包括100％。术语“包括”还包括其中术语“包括”意指“由......组成”的实施例。术语“和/或”特别地涉及“和/或”之前和之后提到的一个或多个项目。例如，短语“项目1和/或项目2”和类似短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。术语“包括”在一个实施例中可以指代“由......组成”，但是在另一个实施例中也可以指代“至少含有所定义的物质和任选的一种或多种其他物质”。

另外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似元件，而不一定用于描述顺序或时间顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或说明的顺序操作。

特别地，本文的设备是在操作期间被描述。如本领域技术人员所清楚的，本发明不限于操作方法或操作中的设备。

应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多备选实施例。在权利要求中，括号内的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除权利要求中所述之外的元件或步骤的存在。除非上下文明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等应当以包含性的意义解释，而不是以排他性或穷举性的意义解释；也就是说，以“包括但不限于”的意义解释。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这种元件。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件，以及借助于适当编程的计算机来实施。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由硬件的同一个项目来实施。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不指示这些措施的组合不能用于获益。

本发明还提供了一种控制系统，该控制系统可以控制该装置或设备或系统，或者可以执行这里描述的方法或过程。另外，本发明还提供了一种计算机程序产品，当在计算机(该计算机在功能上耦合到该装置或设备或系统或被该装置或设备或系统包括)上运行时，控制这种装置或设备或系统的一个或多个可控元件。

本发明还适用于包括在说明书中描述和/或在附图中示出的一个或多个特征的设备。本发明还涉及一种方法或过程，该方法或过程包括在说明书中描述和/或在附图中示出的一个或多个特征。

可以组合本专利中讨论的各种方面以提供附加的优点。另外，本领域技术人员将理解，可以组合实施例，并且还可以组合两个以上的实施例。另外，特征中一些特征可以形成一个或多个分区应用的基础。