確定標準化照明的方法和相關(guān)聯(lián)的裝置制造方法
【專利摘要】一種確定人類皮膚區(qū)域的優(yōu)化照明以便允許研究其表面狀態(tài)的方法，該皮膚區(qū)域具有突起區(qū)域，該照明來自包含一個或多個光源的裝置并且在突起區(qū)域附近產(chǎn)生陰影區(qū)域，該方法包括下列步驟：根據(jù)陰影區(qū)域內(nèi)部的發(fā)光度與陰影區(qū)域外部的發(fā)光度之間的對比度來限定第一參數(shù)P1，根據(jù)發(fā)光度的均勻性來限定第二參數(shù)P2，根據(jù)第一參數(shù)P1和/或第二參數(shù)P2來限定成本函數(shù)C，尋找成本函數(shù)C的最大值。
【專利說明】確定標準化照明的方法和相關(guān)聯(lián)的裝置
[0001]本發(fā)明涉及使得能夠在皮膚區(qū)域上提供高質(zhì)量和標準化的照明以便允許研究其表面狀態(tài)的裝置。“高質(zhì)量的照明”是指允許同時獲得在針對比色方面的研究而限定的感興趣區(qū)域上的空間均勻性，和允許顯示皮膚組織的突起的定向特征的照明。
[0002]在美容和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，皮膚表面狀態(tài)的檢查是皮膚病學(xué)臨床檢查的主要步驟。在該表面的不同特征之中，關(guān)于其狀態(tài)的大部分信息在于其突起、其顏色和其反射。這些特征的顯示將取決于所使用的照明。[0003]重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)該類型的體內(nèi)觀察以便更好地接近活體的真實狀況。
[0004]FR2589242描述了基于印痕來顯示皮膚突起的系統(tǒng)。然而，該系統(tǒng)旨在惰性樣品的研究并且不允許在體內(nèi)研究皮膚表面的狀態(tài)。
[0005]FR2826857描述了一般的皮膚照明系統(tǒng)。然而，皮膚組織的突起特征的測量不是所提出的裝置的目標并且根本未對該特征的顯示而明確提到該測量。
[0006]感興趣區(qū)域上的良好照明均勻性對于避免影響評價是必不可少的。可以考慮兩個極端的照明情況。各向同性的照明會例如提供允許正確地評價顏色的在感興趣區(qū)域上的良好均勻性，但會通過消除投影而擦去突起，從而致使這后一個參數(shù)的評價變得不可能。用于顯現(xiàn)突起的有效方法包括產(chǎn)生投影。掠過的照明會通過使投影最大化并且因此烘托出該突起，但會在所研究的區(qū)域上提供中等的均勻性，從而致使顏色的評價變得困難。合適的是產(chǎn)生同時組合這兩個特征的照明。
[0007]此外，合適的是考慮所觀察的組織的反射特征。優(yōu)選的是避免光源的可見的直接反射以便避免干擾評價。[0008]許多皮膚區(qū)域可以得益于用該類型照明的檢查?？梢蕴峒?，非窮盡地，前臂、臂、面頰、腿、眼圈和眼袋的區(qū)域、眼睛的輪廓。從一般角度而言，在某些情況下，身體的任何區(qū)域都可以具有用這樣類型的照明被觀察(任何角化不良的觀察)的好處。
[0009]為了有助于觀察，將照明裝置置于皮膚組織之上。把對于最佳觀察所需的上面所描述的照明約束添加到關(guān)于裝置的物理特征的約束，裝置的尺寸和重量應(yīng)當(dāng)盡可能地低以便不對皮膚組織的狀態(tài)施加任何影響。維度方面對于允許所述裝置在全部的人體區(qū)域上安放也是重要的。
[0010]本發(fā)明的目的在于結(jié)合上面描述的所有條件，以便提供用于研究全部人體上的皮膚區(qū)域的比色方面和突起的最佳照明。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，一種確定人類皮膚區(qū)域的優(yōu)化照明以便允許研究其表面狀態(tài)的方法，該皮膚區(qū)域具有突起區(qū)域，該照明來自包含一個或多個光源的裝置并且在突起區(qū)域附近產(chǎn)生陰影區(qū)域，其特征在于包括下列步驟:
[0012]-根據(jù)陰影區(qū)域內(nèi)部的發(fā)光度與陰影區(qū)域外部的發(fā)光度之間的對比度來限定第一參數(shù)P1，
[0013]-根據(jù)發(fā)光度的均勻性來限定第二參數(shù)P2，
[0014]-根據(jù)第一參數(shù)Pl和/或第二參數(shù)P2來限定成本函數(shù)C，
[0015]-尋找成本函數(shù)C的最大值。[0016]所述成本函數(shù)可以被限定為C = a*Pl+b*P2的形式，其中a和b為實數(shù)。
[0017]尋找成本函數(shù)C的最大值可以包括其中根據(jù)至少一個下列參數(shù)的變化來研究C的變化的步驟:光源的類型、光源相對于皮膚的高度(h)、光源相對于皮膚的距離(e)、以及每個光源相對于所考慮的皮膚區(qū)域的照明角度⑷。
[0018]本發(fā)明還探討了照明人類皮膚區(qū)域的裝置，其具有根據(jù)本發(fā)明的方法確定的至少一個下列特征:光源相對于皮膚的高度(h)、光源相對于皮膚的距離(e)和每個光源相對于所考慮的皮膚區(qū)域的照明角度⑷。
[0019]有利地，至少一個光源是點狀的。
[0020]該裝置可以包含一個用于觀察的窗口。
[0021]該裝置可以包含固定至其結(jié)構(gòu)的攝影系統(tǒng)。
[0022]該裝置可以被連接至對攝影進行記錄并向遠距離用戶發(fā)送的系統(tǒng)。
[0023]該裝置可以包含使該裝置對測量區(qū)域的影響最小化的靠在皮膚上的板。
[0024]該板可以包含允許該裝置圍繞被固定至皮膚的外部元件的自動對中心的對中心部件。
[0025]該裝置可以包含 能夠發(fā)射結(jié)構(gòu)化的光的投射部件。
[0026]該裝置可以包含測量反射光的測量部件。
[0027]該裝置可以包含輔助重定位的光符號投射部件。
[0028]該裝置可以包含測量皮膚的一個或多個物理屬性的傳感器。
[0029]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在下面參照附圖進行的優(yōu)選的但沒有任何限制特征的實施方式的描述中變得清楚。在這些圖中:
[0030]圖1是透視示意圖，示出按照本發(fā)明的方法被照明的平面P的皮膚部分，
[0031]圖2是示出點光源的光強度分布的示例的示意圖，
[0032]圖3是通過具有3個點光源的線性模塊的例子舉例說明根據(jù)本發(fā)明的方法的實施的示意圖，
[0033]圖4是舉例說明光分布的示意圖，所述光分布產(chǎn)生自隨其間距而變化的3個光源的結(jié)合，
[0034]圖5是對于d = O的圖4的橫切面，
[0035]圖6是對于接近40的d的圖4的橫切面，
[0036]圖7是對于d = 100的圖4的橫切面，
[0037]圖8是在具有2個模塊和2個點光源的特別實施例的情況下與圖3相似的視圖，
[0038]圖9a和9b是舉例說明對于2組不同的幾何參數(shù)所獲得的光分布的示意圖，
[0039]圖10是舉例說明用根據(jù)本發(fā)明的裝置顯示突起的示意圖，
[0040]圖1la和Ilb是示出為了顯示對于2組不同參數(shù)的對比度而獲得的光流的例子的示意圖，
[0041]圖12和13是根據(jù)本發(fā)明的裝置的透視圖，
[0042]圖14是舉例說明固定在圖12和13的裝置的外殼上的攝影系統(tǒng)的透視圖，
[0043]圖15是與圖14相似的視圖，舉例說明獨立于外殼的攝影系統(tǒng)，
[0044]圖16是具有揭去部分的與圖12相似的視圖，舉例說明感興趣區(qū)域邊緣上刻度尺的存在，[0045]圖17是與圖16相似的視圖，舉例說明圍繞感興趣區(qū)域固定的顏色標尺的存在，
[0046]圖18是與圖16相似的視圖，舉例說明具有用于由觀察者進行比色評價的顏色標尺的旋轉(zhuǎn)盤的存在，
[0047]圖19是圖12的裝置的俯視圖，舉例說明感興趣區(qū)域的放大裝置的存在，
[0048]圖20是以更小的比例的與圖12相似的視圖，舉例說明重定位輔助投影模塊的存在，以及[0049]圖21是處于使用重定位輔助外部模塊的情況下的根據(jù)本發(fā)明的裝置的透視圖。
[0050]考慮所研究的皮膚組織的平面會位于基準平面P上，基于該基準平面P將描述本發(fā)明的特征(比較圖1)。感興趣區(qū)域可以是任何形狀的。在該文獻中給出的實施例中，考慮圍繞點O定中心的長方形區(qū)域(比較圖1)。
[0051]光線由一個或多個模塊提供。每個模塊由多個可以是點狀、線性或平面的光源組成。這些光源可以是白熾燈泡、氖燈泡、LED燈泡或放電燈泡。模塊的形狀可以是線性的、圓形的、平面的或任何形狀的。
[0052]在本說明書中，考慮模塊由點光源組成。上面所描述的約束的實施是通過考慮每個光源的光分布和通過確定相對于感興趣區(qū)域而言在光源之間和在模塊之間的相對設(shè)置的最佳幾何參數(shù)來進行的。
[0053]光源的光分布的例子在圖2上顯示。使用該類型的單一光源將顯然產(chǎn)生不均勻的照明。不同光源的結(jié)合如果其設(shè)置不正確的話也可能提供非均勻的光源。本發(fā)明使用這樣的光源:其間隔、相對于所研究表面的高度以及相對于所研究表面的法線的照明角度既允許均勻的照明又允許突起的顯示。
[0054]在一個特別實施例中，光源是白色的。由本發(fā)明所使用的波長的類型不是限制性的并且可以從紫外區(qū)到紅外區(qū)。
[0055]為了滿足上面所描述的條件，首先研究了產(chǎn)生自模塊內(nèi)的不同光源的結(jié)合的分布。通過基于3個光源的假設(shè)，圖3顯示了一個實施例，這3個光源被位與所研究的平面平行的同一直線上，具有如圖3所表示的標注為d的在各個光源之間的間隔，并且每個光源具有高斯發(fā)光度分布，其最大強度的方向由點線箭頭示意表示。每個光源的照明方向是假定的，在本實施例中是平行的。這推理可以應(yīng)用于具有任何方向的照明方向的無論什么類型的光分布。觀察到在圖3上與光源的設(shè)置線平行的標注為L的直線上的合成照明。
[0056]在圖4至7上表示了該合成照明?？梢妼τ谛〉拈g隔，3個光源的結(jié)合產(chǎn)生高斯形狀的照明。光源的間隔允許提供被壓扁的分布，直到在d = 40周圍成為最佳的分布，對于d = 40，照明在最大寬度的水平段上會是恒定的。大于該最佳間隔，將逐漸恢復(fù)對應(yīng)于每個光源的三個高斯峰。
[0057]注意，該距離d = 40對于上面描述的特別光分布是最佳的。在不同分布的情況下，該值可以改變。
[0058]本發(fā)明安排了不同光源以便獲得該最佳狀態(tài)。
[0059]注意，對于一個模塊所描述的該方法的應(yīng)用可以普及至數(shù)個模塊。因此可以設(shè)想圍繞待研究區(qū)域的數(shù)個模塊的設(shè)置可以分別或不分別地點亮。
[0060]在一個特別的實施例中，將每個由2個點光源組成的2個模塊設(shè)置在如圖8所顯示的區(qū)域的兩側(cè)。該設(shè)置允許沿著優(yōu)先方向顯示突起。[0061]在別的可能配置中，4個模塊的90°布置允許沿著2個優(yōu)先方向研究突起。[0062]一旦由優(yōu)化的模塊產(chǎn)生光的均勻性，所使用的每個模塊的設(shè)置就被優(yōu)化。所研究的參數(shù)是每個模塊相對于基準表面P的高度h、相對于點O的間距e和照明角度α。將這些參數(shù)表示在圖8上。
[0063]突起的顯示和均勻照明的產(chǎn)生是通過以相對于所研究的感興趣區(qū)域而言最佳的高度和入射角設(shè)置每個模塊來進行的。
[0064]每個參數(shù)的最佳值的確定是通過從理論角度研究感興趣區(qū)域的照明均勻性以及突起的顯示質(zhì)量來進行的。該研究借助于光學(xué)模擬工具來進行并且允許對于每個參數(shù)模擬其對所獲得照明的最終結(jié)果的影響。
[0065]當(dāng)然，可以通過裝置的實施來實驗地驗證這些理論結(jié)果。
[0066]為確定h、e和α的最佳值所使用的方法學(xué)可以是重復(fù)的。從基礎(chǔ)參數(shù)開始進行試驗。通過或者基于可視方法、或者基于代表均勻性的指示符(例如光分布的間隔類型)來研究每個參數(shù)對結(jié)果的影響。進行使用允許優(yōu)化照明的經(jīng)更新的參數(shù)的新試驗等直到結(jié)果最佳?？梢允褂脝渭冃位騆evenberg-Marquardt類型的優(yōu)化算法。
[0067]將該方法與有經(jīng)驗的醫(yī)生的觀察相結(jié)合，該醫(yī)生這一次用所獲得結(jié)果的臨床方法驗證和指導(dǎo)這些參數(shù)。最佳光功率尤其是一個特征，其不可以僅通過考慮使用者的真實觀察來進行優(yōu)化。
[0068]在對于均勻性的圖9Α和9Β上示出了對于具有2個模塊的特別實施例所獲得的光流的例子。在圖9Α的第一情況中，注意到低質(zhì)量的照明均勻性，具有中央的最大發(fā)光度點。在圖9Β的其中參數(shù)已被優(yōu)化的第二種情況下，注意到具有更低漸弱的更大的均勻性。
[0069]一旦調(diào)節(jié)了均勻性，就調(diào)整參數(shù)以便于突起的最佳顯示。該顯示通過研究位于測量區(qū)域中心的平行六面體的投影之間的對比度來進行，如圖10所表示的那樣。圖1lA和IlB表示所獲得的光流的一個例子。在所顯示的例子中，可觀察到在圖1lA的第一種情況下的
0.67的對比度，而在圖1lB的第二配置的照明中，在所描述的特別實施例中產(chǎn)生0.63的對t 匕 。
[0070]可以通過使用該對比度參數(shù)，將上面所描述的重復(fù)方法應(yīng)用于照明的優(yōu)化。此處，驗證和優(yōu)化也是通過將測量與有經(jīng)驗的臨床醫(yī)生的觀察相結(jié)合來進行的。
[0071]可注意，優(yōu)化可以通過相繼考慮均勻性和對比度，或通過同時考慮2個參數(shù)來進行。
[0072]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)完全圍繞感興趣區(qū)域，從而允許將該區(qū)域與外部照明相隔離。
[0073]在具有2套相對照明的實施例中，所述結(jié)構(gòu)可以是擁有例如圖12所示的平行六面體形狀的外殼。
[0074]外殼在皮膚上的支撐通過特別的板來實現(xiàn)。該板可以是一個圍繞感興趣區(qū)域的簡單平面，如圖13表示的那樣，或也可以是特別形狀的以便允許圍繞貼靠至皮膚的特別裝置的對中心。該特別裝置可以例如是在用共聚焦顯微鏡的皮膚測量中所使用的環(huán)。
[0075]板和外殼也可以具有特別形狀的內(nèi)邊緣以便最好地適應(yīng)其形態(tài)不是平面的區(qū)域。在面頰區(qū)域的例子中，內(nèi)曲的邊緣和板允許更好地貼靠表面以便確保感興趣區(qū)域與裝置之間的連續(xù)接觸。還可以采用可變形的撓性板。
[0076]感興趣區(qū)域的觀察可以以兩種方式來進行。[0077]在第一種情況中，觀察是直接的并且使用者通過在外殼的上面開辟的窗口看見感興趣區(qū)域，如圖12所表示的那樣 。
[0078]在第二種情況中，攝影裝置位于外殼的上面。在這種情況下可以使用數(shù)種解決方案。
[0079]可以將攝影系統(tǒng)，根據(jù)第一個實施方式，固定在外殼上，如圖14表示的那樣。在該情況下，系統(tǒng)的重量由在圍繞所觀察區(qū)域的組織區(qū)域上的外殼承受。
[0080]在第二實施方式中，攝影系統(tǒng)不被固定在外殼上。在該情況下，具有圍繞外殼的支撐的外部框架允許在感興趣區(qū)域的恒定距離處工作，如圖15表示的那樣。
[0081]攝影裝置可以是照相機、緊湊型攝影儀器或反射攝影儀器。
[0082]如果所使用的裝置是照相機，那么可以實現(xiàn)在外部屏幕上的直接可視化，具有直接使用幾何測量工具或比色評價工具的可能性。
[0083]在其中使用攝影裝置的情況下，可以將其連接至允許記錄并向遠處的使用者傳輸攝影的外部設(shè)備。傳輸可以是有線的，也可以是無線的。
[0084]在更進一步的實施例中，可以將工具設(shè)置在外殼內(nèi)部以有助于評價。
[0085]可以將刻度尺，參見圖16，放置于照明平面上以評價例如斑點或疤痕的大小。
[0086]還可以將固定的經(jīng)校準的顏色標尺定位在感興趣區(qū)域的邊緣上或內(nèi)部，以便進行攝影的比色校準，如在圖17所表示的實施方式中那樣。指定的標尺可以用于進行尤其是白平衡。
[0087]當(dāng)應(yīng)當(dāng)進行由觀察者進行的顏色評價時，可以將在其圓周上具有對應(yīng)于所希望色調(diào)的顏色標尺的旋轉(zhuǎn)盤固定在板上，如在圖18所表示的實施方式中那樣。因此使用者可以抽取不同的色調(diào)以便評價最接近于待評價區(qū)域的那個。
[0088]可以將放大裝置置于觀察窗口前，如圖19所表示的實施方式那樣。
[0089]在一個特別的實施方式中，可以將濾色器置于光源前和/或觀察窗口前。這些濾色器可以用于過濾特定的波長、使光線極化或特別是顯示特征。
[0090]在一個特別的實施方式中，可以在外殼內(nèi)部放置在感興趣區(qū)域上結(jié)構(gòu)化的光的投射裝置，所述結(jié)構(gòu)化的光可以是線性的、柵格的或任何圖案的。結(jié)構(gòu)化的光的投射允許幫助使用者評價所研究區(qū)域的突起，并且如果進行了結(jié)構(gòu)化的光的投射的記錄，那么可以用于借助于計算算法重構(gòu)所觀察的突起。
[0091 ] 在一個特別的實施方式中，可以在內(nèi)部放置測量通過觀察窗口感知的光流或反射
率的裝置。
[0092]為了便于所研究的感興趣區(qū)域上的裝置的不同時間之間的定位和重定位，可以將投射光標記的模塊固定在裝置的外殼上，如在圖20所表示的實施方式中那樣。重定位也可以通過固定在另一個結(jié)構(gòu)上并將標記投射在皮膚上的模塊來實現(xiàn)，從而允許如在圖21上所表示的實施方式中那樣放置該裝置。
[0093]在一個特別的實施方式中，可以將接觸或沒有接觸地測量皮膚的物理屬性的一個或多個傳感器與所述板進行集成以便測量例如溫度或水合作用。這些傳感器可以是電容類型的、電阻類型的或熱類型的。
[0094]所述裝置的供電可以是電池或電池組，可以通過變壓器或其他電源例如電腦的USB端口來實現(xiàn)。[0095] 該裝置允許擺脫外部的光條件。
【權(quán)利要求】
1.一種確定人類皮膚區(qū)域的優(yōu)化照明以便允許研究其表面狀態(tài)的方法，該皮膚區(qū)域具有突起區(qū)域，該照明來自包含一個或更多個光源的裝置并且在突起區(qū)域附近產(chǎn)生陰影區(qū)域，其特征在于包括下列步驟: -根據(jù)陰影區(qū)域內(nèi)部的發(fā)光度與陰影區(qū)域外部的發(fā)光度之間的對比度來限定第一參數(shù)Pl, -根據(jù)發(fā)光度的均勻性來限定第二參數(shù)P2， -根據(jù)第一參數(shù)Pl和/或第二參數(shù)P2來限定成本函數(shù)C， -尋找成本函數(shù)C的最大值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的確定人類皮膚區(qū)域的優(yōu)化照明的方法，其特征在于，所述成本函數(shù)被限定為c = a*Pl+b*P2的形式,其中a和b為實數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的確定人類皮膚區(qū)域的優(yōu)化照明的方法，其特征在于，尋找成本函數(shù)C的最大值包括其中根據(jù)至少一個下列參數(shù)的變化來研究C的變化的步驟:光源的類型、光源相對于皮膚的高度(h)、光源相對于皮膚的距離(e)、以及每個光源相對于所考慮的皮膚區(qū)域的照明角度⑷。
4.一種照明人類皮膚區(qū)域的裝置，其具有已根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的方法所確定的至少一個下列特征:光源相對于皮膚的高度(h)、光源相對于皮膚的距離(e)、以及每個光源相對于所考慮的皮膚區(qū)域的照明角度⑷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于，至少一個光源是點狀的。`
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的裝置，其特征在于包含用于觀察的窗口。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項的裝置，其特征在于包含固定至該裝置的結(jié)構(gòu)的攝影系統(tǒng)。
8.一種被連接至允許對攝影進行記錄并遠距離傳輸?shù)难b置的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項的裝置，其特征在于包含使該裝置對測量區(qū)域的影響最小化的靠在皮膚上的板。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，所述板包含允許該裝置圍繞被固定至皮膚的外部元件的自動對中心的對中心部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求4至10中任一項的裝置，其特征在于包含能夠發(fā)射結(jié)構(gòu)化的光的投射部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求4至11中任一項的裝置，其特征在于包含測量反射光的測量部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求4至12中任一項的裝置，其特征在于包含輔助重定位的光符號投射部件。
14.根據(jù)權(quán)利要求4至13中任一項的裝置，其特征在于包含測量皮膚的物理屬性的一個或更多個傳感器。
【文檔編號】A61B5/103GK103517671SQ201280018843
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月4日
【發(fā)明者】G·博伊, M·佩里克瓦, S·拉奎艾澤 申請人:佩里泰斯科公司