本發(fā)明屬于人體皮膚紋理研究技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種定量分析人體皮膚角質(zhì)層水分含量變化的方法。

背景技術(shù)：

皮膚是人體重要的器官之一，如同人體的屏障，它包含很多重要功能。當(dāng)人類的審美觀念還停留在表面上的視覺感受，皮膚便成為了生活中審美的一種重要判別標(biāo)準(zhǔn)。而皮膚角質(zhì)層的水分含量是判別皮膚是否健康的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，較之含水量低的皮膚，皮膚角質(zhì)層水分含量高，則皮膚呈現(xiàn)水潤光澤的狀態(tài)，會使人看起來十分年輕，因此，建立一套科學(xué)地，準(zhǔn)確地，簡單快捷的分析人體皮膚角質(zhì)層水分含量變化的方法，是皮膚美容和功效化妝品研究領(lǐng)域亟需解決的問題和研究的重要內(nèi)容。

目前對人體皮膚角質(zhì)層水分含量的判別方法主要有兩種：一種是最常用的通過肉眼的直接觀察和手部觸摸來感覺皮膚含水量的變化，這種通過視覺和觸覺來判別的方法，對于水分含量發(fā)生明顯變化的情況可以做出判斷，但是當(dāng)皮膚水分含量變化不是很明顯時(shí)，在判別準(zhǔn)確度和精度方面就存在了嚴(yán)重的局限性；另一種方法，是通過測量儀器，例如：ramanspectroscopy和opto-thermaltransientemissionradiometry(otter)來通過采集到的數(shù)據(jù)分析人體皮膚角質(zhì)層水分含量的變化，這種方法雖然較之前一種方法在準(zhǔn)確度方面得以很大提升，但是只能測出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，不能提供直觀的可以展現(xiàn)皮膚在不同水分含量下的圖片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種定量分析人體皮膚角質(zhì)層水分含量變化的方法，該方法首先采用fingerprintsensor作為測量工具，fingerprintsensor不僅對人體皮膚角質(zhì)層水分含量的分析十分準(zhǔn)確，而且還可以提供皮膚在不同水分含量情況下的圖片，給此項(xiàng)研究提供了很直觀的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)，本方法還將灰度共生矩陣算法運(yùn)用于采集到的不同水分含量情況下的人體皮膚圖片，找到了判斷人體皮膚角質(zhì)層水分含量變化的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種定量分析人體皮膚角質(zhì)層水分含量變化的方法，該方法包括以下步驟：

s1：采集人體皮膚在不同水分含量情況下的圖片；

s2：對采集到的不同水分含量情況下的皮膚圖像進(jìn)行預(yù)處理；

s3：運(yùn)用灰度共生矩陣算法，計(jì)算圖像的能量，對比度，熵和相關(guān)性特征參數(shù)的變化；

s4：建立灰度共生矩陣的特征參數(shù)與人體皮膚角質(zhì)層水分含量變化的關(guān)系。

進(jìn)一步，在步驟s1中，運(yùn)用基于電容的fingerprintsensor采集人體皮膚在不同水分含量情況下的圖片，確保圖像的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步，在步驟s2中，采用直方圖均衡化來對用fingerprintsensor采集到的人體不同水分含量情況下的皮膚圖像進(jìn)行灰度增強(qiáng)，進(jìn)而改善圖像的對比度和清晰度。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明運(yùn)用基于電容的fingerprintsensor來采集皮膚在不同水分含量情況下的圖片，這種方法簡單快捷，具有無創(chuàng)性，十分安全，fingerprintsensor不僅對人體皮膚角質(zhì)層水分含量的分析十分準(zhǔn)確，而且還可以提供皮膚在不同水分含量情況下的圖片，給此項(xiàng)研究提供了很直觀的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)，本發(fā)明還將灰度共生矩陣算法運(yùn)用于采集到的皮膚在不同水分含量情況下的圖片，通過計(jì)算圖像的能量，對比度，熵和相關(guān)性等特征參數(shù)的變化，建立了灰度共生矩陣的特征參數(shù)與人體皮膚角質(zhì)層水分含量變化的關(guān)系，對人體皮膚角質(zhì)層水分含量的研究給出了很好的技術(shù)參考，對皮膚美容和功效化妝品研究領(lǐng)域也提供了很強(qiáng)的技術(shù)支持。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為本發(fā)明所述方法的流程示意圖；

圖2為兩處不同皮膚在不同時(shí)刻的圖片：a)沒有進(jìn)行浸泡的皮膚b)經(jīng)過浸泡的皮膚；

圖3為兩處不同皮膚提取到的圖片用灰度共生矩陣對其提取得到的四組不同特征向量的曲線圖(control指沒有進(jìn)行浸泡的皮膚；soakedskin指進(jìn)行過浸泡實(shí)驗(yàn)的皮膚；(a)能量、(b)熵、(c)對比度、(d)相關(guān)性)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖1為本發(fā)明所述方法的流程示意圖，如圖所示，本發(fā)明提供的定量分析人體皮膚角質(zhì)層水分含量變化的方法具體包括以下步驟：s1：運(yùn)用基于電容的fingerprintsensor采集人體皮膚在不同水分含量情況下的圖片；s2：采用直方圖均衡化來對用fingerprintsensor采集到的人體不同水分含量情況下的皮膚圖像進(jìn)行灰度增強(qiáng)，進(jìn)而改善圖像的對比度和清晰度；s3：運(yùn)用灰度共生矩陣算法，計(jì)算圖像的能量，對比度，熵和相關(guān)性特征參數(shù)的變化；s4：建立灰度共生矩陣的特征參數(shù)與人體皮膚角質(zhì)層水分含量變化的關(guān)系。

下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

本方法首先使用fingerprintsensor來采集數(shù)據(jù)和圖片。fingerprintsensor具備256×300個(gè)像素矩陣，每個(gè)像素的每空間分辨率為50微米。它的總共測量范圍區(qū)域是12.8×15微米。每一個(gè)像素本質(zhì)上都是一個(gè)電容感應(yīng)器。電容傳感器主要生成一個(gè)皮膚表面的電容圖像，在每一幅圖像中，每一個(gè)像素都可以由0-255的8位灰度值表示，對于所有的測量來說它的測量持續(xù)時(shí)間都被限制在5s，本發(fā)明運(yùn)用基于電容的fingerprintsensor來采集皮膚在不同水分含量情況下的圖片，這種方法簡單快捷，具有無創(chuàng)性，十分安全，fingerprintsensor不僅對人體皮膚角質(zhì)層水分含量的分析十分準(zhǔn)確，而且還可以提供皮膚在不同水分含量情況下的圖片，給此項(xiàng)研究提供了很直觀的科學(xué)依據(jù)。

在本實(shí)施例中，選取一名健康的女性志愿者(亞洲人，31歲，體重約112斤)左手前臂內(nèi)側(cè)兩處相鄰的皮膚進(jìn)行測試，其中一處皮膚在室溫下，浸泡在水中30分鐘，然后擦干，另一處皮膚不進(jìn)行浸泡，一直保持原狀。用fingerprintsensor分別在兩處皮膚，并且同時(shí)采集數(shù)據(jù)和圖片，采集的時(shí)間點(diǎn)分別為浸泡實(shí)驗(yàn)開始前，皮膚浸泡30分鐘后剛擦干的時(shí)候，然后分別繼續(xù)于擦干后5，10，15，20，30分鐘采集數(shù)據(jù)和圖片。

圖2為沒有進(jìn)行過浸泡的皮膚和進(jìn)行過浸泡實(shí)驗(yàn)的皮膚用fingerprintsensor分別在相同的時(shí)間點(diǎn)采集到的電容灰度圖片，圖片中顏色較深的地方，說明含水量較高。從兩處不同皮膚采集到的圖片對比可以看出，沒有進(jìn)行過浸泡的皮膚，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，含水量幾乎不會發(fā)生變化，所以在整個(gè)過程中采集到的圖片基本呈現(xiàn)完全相同的狀態(tài)；而另一處進(jìn)行過浸泡的皮膚，在浸泡前，含水量和臨近選取的不進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)的皮膚基本接近，所以兩處皮膚的圖片也近乎相同，但是浸泡實(shí)驗(yàn)后，皮膚角質(zhì)層含水量增加明顯，所以從圖片上反映出來，深度明顯增加，而之后的時(shí)間，隨著水分的流失，皮膚含水量又逐漸恢復(fù)到之前的狀態(tài)，圖片也呈現(xiàn)出了和最初接近的情況，所以采集到的圖片可以很好的反映皮膚角質(zhì)層水分含量和及其變化情況。

圖片處理：

本方法首先采用直方圖均衡化來對用fingerprintsensor采集到的電容灰度圖像進(jìn)行灰度增強(qiáng)，進(jìn)而改善它的對比度和清晰度。直方圖均衡化作為一種基本的對比度調(diào)整的方法，在現(xiàn)在的研究中經(jīng)常被用到。一般利用這種方法來增加對應(yīng)圖像的局部對比度，特別是在圖像內(nèi)有用數(shù)據(jù)的對比度非常接近的情況下。通過此種形式，在直方圖上亮度就有了非常好的分布。通過這種方法實(shí)現(xiàn)了在不影響整體的對比度的前提下對局部的對比度進(jìn)行增強(qiáng)，通過對亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)便可以達(dá)到同樣的目的。直方圖均衡化處理的核心內(nèi)容為把原始圖像的灰度直方圖從相對聚集的某處灰度區(qū)間替換為在全部灰度范圍下的均勻分布。其具體的實(shí)施方法便是對圖像采取非線性拉伸的方式，從而將其像素值再次分配，像素的具體數(shù)量不會隨著灰度變化而變化。直方圖均衡化的提出為將給定目標(biāo)的直方圖變成均勻化分布的圖像提供了可能。

然后，利用灰度共生矩陣算法處理圖片。圖3為對兩處不同皮膚提取到的圖片用灰度共生矩陣對其提取得到的四組不同特征向量的曲線圖，分別為：能量，熵，對比度和相關(guān)性。從第一幅關(guān)于能量的曲線圖3(a)可以看出，沒有進(jìn)行過浸泡實(shí)驗(yàn)的皮膚，含水量幾乎沒有變化，因此皮膚的紋理情況在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中也幾乎保持不變，所以能量值呈現(xiàn)一個(gè)比較平穩(wěn)的狀態(tài)；而另一處浸泡過的皮膚，浸泡后的能量值呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，這是因?yàn)?，隨著浸泡后皮膚角質(zhì)層水分含量的明顯升高，皮膚的紋理從圖片上看灰度分布的均勻程度降低，而能量是對圖片灰度分布均一性的度量，圖片灰度分布均勻，則能量值高，反之，灰度分布不均勻，則能量值低，所以相對浸泡前的圖片，浸泡后皮膚紋理的圖片灰度分布的均勻程度降低，能量值下降；浸泡實(shí)驗(yàn)之后，隨著皮膚水分的逐漸揮發(fā)，在最后測量得到的能量值也基本與剛開始測量，即未進(jìn)行浸泡前皮膚的能量值近似。另外需要指出，從進(jìn)行過浸泡實(shí)驗(yàn)的皮膚能量曲線圖可以發(fā)現(xiàn)，剛完成浸泡實(shí)驗(yàn)后，皮膚的能量值隨皮膚水分的明顯增加而呈顯著下降趨勢，之后在擦干后的第5分鐘，能量值又有一個(gè)很明顯的增加，可以看出這名被測試者的皮膚雖然獲取水分的能力很強(qiáng)，但是這位被測試者皮膚的水分流失速度也很快，僅5分鐘，就流失了剛吸收進(jìn)去的大部分的水分，說明這名被測試者的皮膚鎖水能力較差。

圖3(b)是兩處測試部位的熵值變化的情況，熵和能量成反比的關(guān)系，所以從曲線圖上看，與第一幅圖呈現(xiàn)了相反的值和變化趨勢。皮膚浸泡后，紋理圖片的對比度下降，所以從圖3(c)上體現(xiàn)對比度在浸泡后成大幅度下降，之后呈上升的趨勢，圖3(d)相關(guān)性的變化與對比度也呈現(xiàn)相反的變化狀態(tài)。在其他方面，熵，對比度，相關(guān)性也與能量一樣，可以很好的體現(xiàn)皮膚角質(zhì)層水分含量，并且與皮膚角質(zhì)層水分含量的變化及皮膚的鎖水能力建立聯(lián)系。

綜上所述：本發(fā)明運(yùn)用基于電容的fingerprintsensor來采集皮膚在不同水分含量情況下的圖片，這種方法簡單快捷，具有無創(chuàng)性，十分安全，fingerprintsensor不僅對人體皮膚角質(zhì)層水分含量的分析十分準(zhǔn)確，而且還可以提供皮膚在不同水分含量情況下的圖片，給此項(xiàng)研究提供了很直觀的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)，本發(fā)明還將灰度共生矩陣算法運(yùn)用于采集到的皮膚在不同水分含量情況下的圖片，通過計(jì)算圖像的能量，對比度，熵和相關(guān)性等特征參數(shù)的變化，建立了灰度共生矩陣的特征參數(shù)與人體皮膚角質(zhì)層水分含量變化的關(guān)系，對人體皮膚角質(zhì)層水分含量的研究給出了很好的技術(shù)參考，對皮膚美容和功效化妝品研究領(lǐng)域也提供了很強(qiáng)的技術(shù)支持。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。