数码智能皮肤分析系统

北京交通大学硕士学位论文数码智能皮肤分析系统姓名：陈峰申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：荆涛20071201ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｓｋｉｎＳ１．曲Ｇｅｐａｒａｍｅｔｍ＇ｓ，ｔｈｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓａｄａｔａｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ：ｄｉｇｉｔａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｋｉｎａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓ，ｄａｔａｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｕｓｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｈｒｅｅｍａｉｎｍｏｄｕｌｅｓ，ｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓｉｍａｇｅｓｏｆｆａｃｉａｌｓ虹皿ｃｏｍｅｔｏｃｏｔｏｒ，ｓｐｏｔ，ｏｉｌ，ｍｏｉｓｔｕｒｅ，ｗｌＪｌｌｋｌｃｓ，ｔｅｘｔｕｒｅａｎｄｐｏｒｅｓｅｖｅｒａｌｍａｊｏｒｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｓｋｉｎ翻ｌｒｆｈｃｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｄｔｈｅｆｉｒｓｔｐｈａｓｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｌｔｅｍｔｉｖｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｌｌｉｓｓｙｓｔｅｍｕｓ舒ａＵＳＢｉｎｔｅｒｆａｃｅｗｉｔｌｌｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－ｂａｓｅｄＡＤＯｖｉｓｉｔｔｏｔｈｅｄａｔａｍａｎａｇｅｍｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅＤＬＬｕｓｉｎｇｐａｃｋａｇｉｎｇｉｎｔｈｅｓｋｉｎｉｍａｇｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｒｄｏｄａｎａｌｙｓｉｓ，ｕｓｉｎｇｆｒｉｅｎｄｌｙ，ｇｒａｐｈｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｈａｔｌｅｔＵＳｅｌｌＪｈａｖｅｉｎｔｍ随ｖｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｆｏｒｔｈｅｏ．１ｒｒｅｎｔｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｓｋｉｎａｎｄｆｏｒｔｈｅｆｌｆｆｔｈｅＴｏｂｊｅｃｔｉｖｅ，ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｌｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｋｉｎａｎｄｌａｙａｓｏｌｉｄｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．１１＂ａｒｔｉｃｌｅａｌｓｏｄｏｎｅａｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｓｔｕｄｙｔｏｔｈｏｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｎｅｅｄｔｏｂｅａｄｄｒｅｓｓｅｄｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｉｎｃｏｌｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｗｉ廿ｌｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｏｂｊｅｃｔ，ＷＯｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄ，Ｉｎｄｄｅｃｔｉ伽ｏｆｔｈｅｆａｃｅｉｍａｇｅｔｅｘｔｕｒｅ，ｗｏｉｍｐｒｏｖｅｄａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｌｌｏｄｓ，ａｎｄｕｓｅｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎＭｅｔｈｏｄｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｈａｓｐｒｏｄｕｃａ：ｄｇｏｏｄｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｅｏｉｌａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｄｅｔｅ￡ｔｉｏｍＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｓｋｉｎ５ｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓ；Ｉｍａｇｅｐｒｏｃ鹤ｓｉｎｇ；Ｔｅｘｔｕｒｅａｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ＤＬＬ；Ｉｔｅｒａｔｉｖｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ；ＣＬＡＳＳＮＯ：ＴＰ３９１．４１学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：聆、乱爷导师签名：羔１卉签字日期；沙ｑ年ｆ）月＂日签字日期：ｚ・’．ｆ年ｌ｝月，；日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：两、加斧签字魄砷年堋枷致谢本论文的工作是在我的导师荆涛副教授的精心指导下完成的，论文从构思、组织到成文凝结着导师的大量心血。在这里我首先要衷心感谢荆涛老师两年来的培养、关心与教育，在读硕士学位的两年半的时间里，他在学术上给了我悉心的指导，为我创造了良好的工作环境和自由的学习氛围，使我顺利完成从课程学习到科学研究的转变，他严谨求实的治学态度、深厚的学术造诣、勤奋的工作作风、高度的责任感、正直无私的品格和崇高的思想境界，深深感染了我，让我受益匪浅。我所取得的每一点成绩和进步都离不开荆涛老师的教诲。在这两年的学习生活中，荆涛老师和李兴华老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向荆涛老师和李兴华老师表示衷心的谢意。李兴华老师和张超对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，特在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期闻，黄嫒、李欣橱、宋伟、唐晨等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。深深的感谢我的父母，多年来任劳任怨，哺育我成人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业，衷心祝福他们永远幸福、健康。最后，感谢在百忙之中为我评阅论文的专家、学者、老师，感谢所有关心，支持和帮助过我的人ｌ序本课题研究的出发点是针对目前人脸皮肤表面综合参数指标分析发展的现状与国内外皮肤分析存在的问题，提出了将综合分析的思想融入到某次检测中的方法，创建了数码智能皮肤分析系统，对现有的技术进行了整合与改进。本论文就是在学习、研究、开发和总结的基础上完成的。论文首先从总体上介绍了皮肤的组成以及皮默表面参数指标特性。接着有针对性的讲述了皮肤表面参数研究的现状，描述了皮肤表面参数研究面临的问题和存在的不足以及模式识别图像处理的概念；介绍了数码智能皮肤分析系统的优势。论文第二部分深入研究皮肤表面参数指标目前的检测技术和水平，对现有的分析技术进行了较详细的介绍，指出现有技术的不足，然后介绍本系统的各项指标和开发过程。论文第三部分是论文的重点，详细介绍了皮肤分析系统的设计和软件算法的实现原理。在这部分中首先描述了整个系统的框架和开发流程，介绍了系统的体系结构，然后对系统的数据采集模块，数据管理模块、数据分析模块进行详细介绍分析。接着就系统地算法实现原理和方法进行详细分析和阐述。最后，论文对系统进行了总结，并提出进一步研究的方向。１引言１．１项目的背景和意义随着科技的进步和人民生活水平的提高，人们对美的要求也越来越高。皮肤的状态是衡量人美不美的重要标志之一，而作为人体常常最直接裸露的面部皮肤担负着更重要的角色，健美的皮肤传递着人体的美感信息，使人产生美感。因此，皮肤（尤其是面部皮肤）的美容也就更加受到人们的关注。越来越多的人开始关心如何修饰面部皮肤的皱纹、斑点、角质等皮肤综合问题，于是疗效化妆品开始倍受欢迎。根据皮肤生理学的特点，实施皮肤护理的方法是提高皮肤美容和护理效果非常重要的内容，而传统的医学美容仅仅是靠美容医师或相关专业医师凭借其经验和病理学知识进行分析判断，由于各种主客观因素，加之影响皮肤表面状态的因素很多，诸如皮肤表面的皮脂分泌及其所构成的皮肤类型、生活习惯以及药物及化妆品的应用等，而且人的面部皮肤又因人的年龄、种族、性别、性格等多方面因素的影响而呈现出多样性，其形态、颜色、纹理等差异又相对很小，其中难免出现诊断偏差，从而影响皮肤正确科学的护理，致使尽管目前市场上的疗效化妆品种类繁多，还有相当一部分的人们对其疗效持谨慎和怀疑态度，加上当前面部皮肤的评价尚无统一的标准可行，因此人们迫切需要更精确的方法对人体皮肤进行较为客观的定量检测诊断“’。然而，目前国内对皮肤表面参数的评价在实际手段上还比较落后，一般采用与标准图像进行目视比较的方法。这种方法虽然直观，但存在一系列的问题：①目视存在主观性。对同一幅皮肤纹理图像，不同的人可能会得出不同的目视结果，即使相同的人在不同的健康状况下也可能得出不同的结果，而且②所谓的“标准皮肤纹理图像”因人而已，而且国内的“标准皮肤纹理图像”均是采用国外（尤其是西方国家）“标准”，这些标准（比如肤色）用于中国人进行皮肤分析评估不可避免的会带来误差：③实验发现，一些功能食品和化妆产品对皮肤的改善效果通常需要一定的时间，在对比抽样的测试时间内，皮肤参数指标不能用目视来区分。在国外，近年由于高新技术的发展，用激光扫描或共聚焦显微镜结合计算机图像分析识别技术进行皮肤表面结构研究，能对皮肤表面结构进行精细分析和重现皮肤的三维结构。但因其设置价格昂贵，且检测视野相对较小，使它的实际应用受到了限制０１。鉴于目前普遍存在的问题，这就需要我们提出一种科学定量的方法，即数字化方式来综合评价面部皮肤的生理状态，通过对用户面部皮肤各项指标参数的检测以及使用化妆品前后皮肤指标参数的变化，为美容世界建立评价标准，为化妆品的疗效提供客观的、令人信服的科学依据。本课题设计中采用模式识别与基于图像的数字化处理的分析手段寻找适合皮肤表面特性评价的特征参数，并建立合适的皮肤表面参数评价识别分类模型，从而对皮肤综合参数体系做出客观定量的评价，正确分类、识别出人脸面部各类皮肤特征，为面部皮肤的诊断、美容（如化妆品功效评估）和长期护理提供有力的技术支持。目前这种综合系统分析设备在国内和国际尚未有较成熟的产品，因此，此项研究具有很大的现实意义和广阔的应用前景。１．２皮肤表面分析研究发展现状１．２．１皮肤剖析人的全身表面都覆盖着皮肤，皮肤是软组织，柔韧而富于弹性，在一定的范围内可以推动和伸张。皮肤的厚度以年龄、性别、部位的不同而各不相同。皮肤是人体最大和最重要的器官．总重量约占人体的溉，皮肤内容纳了人体约ｌ／３的循环血液和约１／４的水分。皮肤是由表皮、真皮、皮下组织三部分组成的。表皮是皮上组织，它与外界接触最多，又是与化妆品关系最密切的部位，表皮虽然差不多只有普通纸那么薄，最厚处也不过ｏ．２毫米，但它们都是由下面的基底层发育而成，基底层由基底细胞和黑色素细胞组成，黑色素细胞产生黑色素，基底细胞不断地进行分裂，产生新细胞。皮肤的颜色因人而异。在同一个人身体的不同部位颜色也各不相同。皮肤的颜色取决于皮肤所含黑色素的多少和血流的快慢，被太阳晒黑后的皮肤内含黑色素较多，皮肤逐渐变黑；运动后因毛细血管扩张，血流加快，皮肤会发红。表皮又分四层，从里到外依次是基底层、有棘层、颗粒层、角质层。人的皮肤新陈代谢的周期是２８天，当新生细胞从基底层上升到角质层时，会将黑色素带到皮肤外面来，并随着老化死去的角质细胞（皮屑）的自然脱落而剥落。皮肤表皮基底层存在吞噬细胞，能将黑色素颗粒吞噬掉，并使之随着人体正常的排泄而排出体外。真皮在表皮下层，与表皮分界明显，表皮底部呈凸凹状与真皮紧密接触，真皮内部的细胞很少，主要由植物纤维结缔组织构成。其中有胶原纤维、弹性纤维２和网状纤维等，它与皮肤的弹性、光泽、张力等有很重要的关系。皮肤的松驰、起皱等老化都发生在真皮之中。图１－１皮肤组织结构Ｆｉｇｍ－ｅｌ－１ｓｈｕａ嘛ｏｆｔｈｏｓｋｉｌｌ．皮下组织在真皮下，二者之间无明显分界。皮下组织由大量脂肪组织散布于疏松的结缔组织中而构成。皮肤的颜色因人而异，在同一个人身体的不同部位颜色也各不相同。皮肤的颜色取决于皮肤所含黑色素的多少和血流的快慢，被太阳晒黑后的皮肤内含黑色素较多，皮肤逐渐变黑；运动后因毛细血管扩张，血流加快，皮肤会发红。１．２．２皮肤表面特性及指标皮肤的衰老大体表现为皮肤变薄、松弛、起皱等，在组织学上表皮、真皮及附属器都产生结构和功能改变。它和人的整体衰老一样，随增龄而逐步出现老化的过程。具有４个特点：