KR102473493B1

KR102473493B1 - 이미지 캡쳐 디바이스 및 감지 보호 디바이스

Info

Publication number: KR102473493B1
Application number: KR1020150173720A
Authority: KR
Inventors: 막심 알렉세비치 빌렌스키
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2035-12-08
Also published as: RU2601678C2; CN107005642B; RU2014150762A; EP3235242A4; CN107005642A; KR20160072787A; EP3235242A1

Abstract

실시예들에 따라 이미지 캡쳐 디바이스 및 감지 보호 디바이스가 개시된다.
일 실시예에 따른 이미지 캡쳐 디바이스는, 피부에 광을 조사하기 위한 광원, 상기 피부에서 반사된 광에 의해 상기 피부의 이미지를 획득하는 이미지 센서, 상기 광원과 상기 이미지 센서를 둘러싸는 착탈식 감지 보호 디바이스로서, 상기 이미지 캡쳐 디바이스에 착탈하기 위한 접속부를 구비하는 상기 감지 보호 디바이스, 및 상기 획득된 이미지를 기초로 상기 피부의 특성을 처리하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

이미지 캡쳐 디바이스 및 감지 보호 디바이스{An image capturing device and a sensing protection device}

실시예들은 이미지를 캡쳐하는 디바이스 및 감지 보호 디바이스에 관한 것이다.

사람 피부에 있는 색소(chromophores)와 피부 기형을 관찰하는 분야의 많은 연구에 따르면, 광학적 접근법이 피부 상태를 관찰하는데 최적의 해결책이다. 광학적 해결책은 단순한데, 피부의 관심 영역을 조사하는 광원이 사용되고, 반사된 광을 분석함으로써 피부의 색소 분포 및 기형의 관찰이 가능하게 된다.

이러한 방법은 두 가지 방향으로 개발되고 있다. 첫째는 사람 피부로부터의 반사광 및 컬러 스펙트럼을 측정하는 방법의 정교화이고, 둘째는 피부의 진성 광학 파라미터(intrinsic optical parameters; (m _a , m _s , g, n))를 실험적으로 결정하는 방법 및 조직 내에서 광 전파 프로세스를 수학적으로 모델링하는 방법을 개발하는 것이다. 후방으로 반사된 광은 피부의 여러 구성성분(주로, 멜라닌, 헤모글로빈, 수분, 카로틴 및 빌리루빈(bilirubin))에 대한 정보를 포함한다. 피부 색소들을 서로 구별하고 피부 내에서 농도에 따른 특정 색소의 유의미한 분포를 관측하기 위한 널리 알려진 접근법은 반사율 분광학(reflectance spectroscopy)이다. 이 접근법에서, 서로 다른 파장의 광이 피부의 검사 영역에 조사된다.　 광은 피부에 조사되고, 피부 성분의 질이나 광 산란에 따라서 각각의 색소와　다른 방식으로 상호작용한다. 자외선 조사 영향에 따른 피부 이미지들 사이의 스펙트럼 차이는 태양 피부 손상을 조기에 검출하기 위하여 사용되었다.

사람의 감각 중 시각과 컬러 지각력은 아마도 가장 흥미롭다. 디지털 기술의 발전에 의해, 컬러는 더욱 이해하기 쉽게 되었다. 피부를 검사하는 광학적 방법 중에서 색 체계(color system)가 가장 발전된 방법 중 하나이다. 색 체계는 다양한 외부 자극에 대한 피부의 생리학적 반응을 기록하고 점수화하기 위하여, 나안으로 인식된 피부 컬러의 객관적 척도로서 사용되어 왔다.

사람 피부의 색소를 측정하는 종래의 장치들은 상대적으로 큰 사이즈이고, 광학 요소가 고가이며, 처리 유닛의 기능성 제약에 따라서 데이터 처리에 한계가 있고, 외부 데이터 처리 유닛(예컨대, PC)을 사용할 필요가 있다는 것이다.

본 명세서에 개시된 실시예들은 간편하고 측정환경을 일정하게 유지해서 피부의 상태를 측정할 수 있는 이미지 캡쳐 디바이스 및 이미지 캡쳐 디바이스에 탈착가능한 감지 보호 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 실시예에 따른 이미지 캡쳐 디바이스는, 피부에 광을 조사하기 위한 광원, 상기 피부에서 반사된 광에 의해 상기 피부의 이미지를 획득하는 이미지 센서, 상기 광원과 상기 이미지 센서를 둘러싸는 착탈식 감지 보호 디바이스로서, 상기 이미지 캡쳐 디바이스에 착탈하기 위한 접속부를 구비하는 상기 감지 보호 디바이스, 및 상기 획득된 이미지를 기초로 상기 피부의 특성을 처리하는 컨트롤러를 포함한다.

일 실시예에 따라 상기 감지 보호 디바이스는 내부가 광 흡수성 재료로 이루어질 수 있다.

일 실시예에 따라 이미지 캡쳐 디바이스는 광감지 요소와 백색 광원을 구비할 수 있다.

일 실시예에 따라 감지 보호 디바이스는 망원 기능을 구비할 수 있다.

일 실시예에 따라 감지 보호 디바이스는 카메라의 초점 길이에 의해 결정될 수 있다.

일 실시예에 따라 상기 감지 보호 디바이스는 상기 이미지 캡쳐 디바이스의 초점 길이에 의해 결정되는 일정한 높이를 가질 수 있다.

일 실시예에 따라 상기 이미지 센서는 가시 영역을 커버하는 스펙트럼 민감도를 가지는 컬러 광감지 요소의 배열일 수 있다.

일 실시예에 따라 상기 보호 감지 디바이스의 상기 접속부는, 자석, 슬라이드, 및 케이스 중 하나 이상을 이용하여 구현될 수 있다.

일 실시예에 따른 감지 보호 디바이스는, 이미지 캡쳐 디바이스에 마련된 광원과 이미지 센서를 둘러싸는 감지 보호 부재, 상기 감지 보호 부재를 상기 이미지 캡쳐 디바이스에 착탈식으로 접속하는 접속 부재를 포함하며, 상기 감지 보호 부재를 통해 상기 이미지 캡쳐 디바이스의 광원으로부터의 광이 피부에 조사되고, 상기 피부에서 반사된 광에 의해 만들어진 피부의 이미지가 상기 이미지 센서에서 캡쳐된다.

일 실시예에 따라 감지 보호 부재는 내부가 광 흡수성 재료로 이루어질 수 있다.

일 실시예에 따라 상기 감지 보호 부재는 망원 기능을 구비할 수 있다.

일 실시예에 따라 상기 감지 보호 부재는 카메라의 초점 길이에 의해 결정되는 연장가능한 높이를 가질 수 있다.

일 실시예에 따라 상기 감지 보호 부재는 상기 이미지 캡쳐 디바이스의 초점 길이에 의해 결정되는 일정한 높이를 가질 수 있다.

일 실시예에 따라 상기 접속 부재는, 자석, 슬라이드, 및 케이스 중 하나 이상을 이용하여 구현될 수 있다.

일 실시예에 따라 휴대용 피부 색소 측정 장치에 의해 피부 색소의 내용물을 결정하는 방법은, 백색 광원과 이미지 센서를 둘러싸는 감지 보호 디바이스의 불투명 재료를 이용하여 미리 정의된 측정 조건을 생성하는 단계, 상기 휴대용 피부 색소 측정 장치의 백색 광원을 이용하여 광을 조사하는 단계, 상기 휴대용 피부 색소 측정 장치의 광학 시스템을 이용하여 피부로부터 반사된 광을 수신하는 단계, 상기 휴대용 피부 색소 측정 장치의 이미지 센서에 의해 상기 광을 검출하고 적어도 하나의 이미지를 생성하는 단계, 상기 휴대용 피부 색소 측정 장치의 프로세서를 이용하여 각 이미지의 삼 컬러 좌표(three color coordinates)를 결정하는 단계, 상기 휴대용 피부 색소 측정 장치의 프로세서를 이용하여, 상기 미리 정의된 측정 조건에 기초하여 생물학적 티슈에서의 가시 스펙트럼 범위 전파의 시뮬레이션을 위한 수학적 모델링을 수행하는 단계, 상기 삼 컬러 좌표와 상기 수학적 모델링의 결과를 비교하는 단계, 및 상기 피부의 반사 스펙트럼으로부터 색소 내용물을 결정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따라 상기 수학적 모델링은 몬테 카를로 알고리즘을 이용하고, 몬테 카를로 알고리즘에 이용된 피부 모델은 몸의 부분에 따라 변화될 수 있다.

일 실시예에 따라 상기 몬테 카를로 알고리즘은 피부의 구조, 실험 계획의 파라미터, 측정 요소, 입사 및 검출 광의 사이즈와 모양 중 적어도 하나를 고려할 수 있다.

본 개시서에 개시된 실시예에 따르면 모바일 디바이스를 이용하여 간편하게 피부의 상태를 측정할 수 있다.

또한 본 개시서에 개시된 실시예에 따르면 측정환경을 일정하게 유지함으로써 피부의 상태를 신뢰성있게 측정할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 이미지 캡쳐 디바이스의 개략적인 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 이미지 캡쳐 디바이스의 개략적인 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이미지 캡쳐 디바이스의 다른 예이다.
도 4는 일 실시예에 따라 피부에서 반사된 광을 수신하여 이미지 처리 하는 알고리즘의 일 예를 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따라 접속부로서 자석을 이용한 감지 보호 디바이스의 일예를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따라 접속부로서 슬라이드를 이용한 감지 보호 디바이스의 일예를 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따라 접속부로서 케이스를 이용한 감지 보호 디바이스의 일예를 나타낸다.
도 8은 일 실시예에 따라 접속부로서 레그를 이용한 감지 보호 디바이스의 일예를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치를 구성하고 사용하는 방법을 상세히 설명한다. 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원서에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이제 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단은, 다양한 휴대용 기기에 마련된 광원과 카메라를 이용하여 피부의 이미지를 일정한 환경에서 측정하기 위해 감지 보호 디바이스를 마련한 이미지 캡쳐 디바이스를 제공한다.

일 실시예에 따라 감지 보호 디바이스는 휴대용 기기에 마련된 광원과 카메라를 둘러싸는 형태로 배열되어 사용될 수 있다.

그리고 감지 보호 디바이스의 본체를 불투명 재료로 만듦으로써, 피부에 조사되는 광원으로부터의 빛이 외부로 새어나가는 것을 방지하고 또한 피부로부터 반사된 빛이 외부로 새어나가는 것을 방지함으로써, 또한 외부로부터의 빛이 카메라에 영향을 주는 것을 방지함으로써, 피부의 이미지를 촬영하는데 일정한 환경을 제공하여, 촬영된 결과에 신뢰성을 높일 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단은, 후방 산란된 광의 검출을 위해 필요한 일정 조건을 제공하는 불투명 감지 보호 디바이스를 구비한 이미지 캡쳐 디바이스, 350 nm 내지 800 nm인 가시 스펙트럼 영역을 커버하고 단방향 조사(unidirectional radiation)를 하는 백색 광원의 사용과 산란광의 검출을 위한 컬러 광감지 요소 어레이(color photosensitivity elements array)의 사용, 신체의 임의 부위(피부 타입이나 지방층의 두께 변화 등)도 검사할 수 있는 가능성, 및 검사 영역이 대면적(10 cm2)인 것이다. 감지 보호 디바이스를 사용하면, 언제라도 동일 조명 상태와 검출 모드에서 이미지를 검출할 수 있다. 따라서 이미지의 컬러 좌표를 가시 영역 내 실제 물리적 파장과 연관시킬 수 있다.　　

감지 보호 디바이스의 임의 형태 및 망원 기능(telescopic function)에 의해, 플래시와 캠코더를 구비한 임의의 모바일 디바이스에 이 감지 보호 디바이스를 사용할 수 있다. 감지 보호 디바이스를 구성하는 불투명 재료에 의해, 어떠한 외부 조건(자연광, 인공광, 광 부족 등)에서도 피부 색소의 농도를 측정할 수 있다. 광원의 불안정성(배터리 전위의 변동, 소스 스펙트럼 강도의 변화, 먼지 등)을 보상하기 위하여, 이미지의 기준 백색(예컨대, BaSO4)에 대해 규준화(normalization)가 이용될 수 있다.　 모든 플랫폼에 대한 적용할 수 있는 본 발명의 범용성은 감지 보호 디바이스의 높이를 변화(망원 기능)시킬 수 있으므로 확보된다.

도 1은 일 실시예에 따른 이미지 캡쳐 디바이스의 개략적인 도면이다.

도 1을 참조하면, 이미지 캡쳐 디바이스 100는 광원 유닛 101, 렌즈 103와 광감지 요소 배열 102을 구비한 이미지 센서, 처리 유닛 104, 디스플레이 유닛 105및 감지 보호 디바이스 106을 포함한다.　

광원 유닛 101은 백색광을 피부에 조사한다. 이미지 센서 102는 산란된 광을 검출하고, 처리 유닛 104은 검출된 광을 전기 신호로 변환한다. 전기 신호는 디지털 이미지이고, 처리 유닛 104에서 미리 결정된 이미지 처리 알고리즘으로 데이터 처리된 후 디스플레이 유닛 105에서 디스플레이된다.

감지 보호 디바이스 106은 일정한 검출 조건 예를 들어, 검출기/광원과 검사하려는 관심 영역 사이의 일정한 각도, 주변 광의 배제 등 일정한 검출 조건을 제공할 수 있다.

감지 보호 디바이스 106은 불투명일 수 있다. 이러한 불투명 특성은 일정한 측정 조건을 정의하는 중요한 특징이 될 수 있으며 이와 같이 함으로써 주위 광이 배제되어 광 수송의 계산에 고려될 수 있다.

감지 보호 디바이스 106은 임의의 형상과 망원 기능을 가지며, 광흡수 재료로 내부가 코팅될 수 있다.　 코팅 면의 타입(반사 또는 흡수)는 광 수송 계산을 위한 중요한 파라미터인데, 피부 색소 내용물은 스킨 타입과 현재의 상태에 의존하기 때문이다. 흡수 코팅면이 사용되면, 랜덤한 반사들의 기여가 최종 스킨 이미지의 컬러를 변경시키기 때문에, 모든 재반사된 광 성분을 배체하는 것이 가능하다. 반사 코팅면의 경우에, 모든 반사들의 기여를 고려하는 것이 가능한데 이는 계산 알고리즘의 변경을 가져올 수 있다. 표면의 반사나 흡수 특성은 광을 반사하거나 광을 포함시키는 양극의 특성으로서 개시된 실시예들을 둘 중 어느 하나를 고려할 수 있다.

개시된 실시예들에서 감지보호 디바이스의 내부에 흡수 코팅을 이용한다면, 4-5% 를 넘지 않는 가시 범위에서의 반사 계수를 갖도록 할 수 있고, 반사 코팅을 이용한다면, 95-99% 보다 작지 않은 가시 범위에서의 반사계수를 갖도록 설정할 수 있다.

광원의 불안정성(배터리 전위의 변동, 소스 스펙트럼의 변화, 보호 코팅의 상태 변화, 먼지 등)을 보상하기 위하여, 표준 백색(BaSO4)의 기준 이미지에 대한 규준화가 이용될 수 있다. 점 또는 다른 피부 형성물과 같은 작은 패턴은 무시할 수 있고, 또한,　배터리 전위 변동, 소스 스펙트럼 강도 변화, 먼지 등의 영향을 무시할 수 있다.

일 실시예에 따라 감지 보호 디바이스 106은 임의의 형상을 가질 수 있고, 감지 보호 디바이스 106의 높이는 이미지 캡쳐 디바이스 카메라 렌즈의 초기 초점 길이 및 시야(field of view; 즉, 검사되어야 하는 피부 영역)에 대한 요구 사항에 의해 결정될 수 있다.　 감지 보호 디바이스 없이 이미지 캡쳐 디바이스로 멜라린과 홍반 항상성을 측정할 수 없는데, 측정 절차는 캡처링용 일정 각도, 노출 부족 등의 검출을 위한 일정한 조건을 요구하기 때문이다.

일 실시예에 따라 감지 보호 디바이스의 높이를 감소시키기 위해 이미지 캡쳐 디바이스에 이용된 광학 시스템의 후방 초점 길이(back forcus length)를 감소시킬 수 있다. 후방 초점 길이는 표면으로부터 후방 포커스까지의 거리를 말한다. 감지 보호 디바이스의 높이의 감소는 0.5cm까지 가능하다. 이를 위해 광학 시스템을 가진 이미지 캡쳐 디바이스에 초점 감소기(focal reducer)를 부가할 수 있다. 광학의 관점에서 초점 감소기는 초점 거리의 감소가 다음과 같은 등식에 의해 계산될 수 있는 정렌즈(positive lens)이다.

R=1-D/FR

여기서 R은 감소된 초점 거리 계수, D는 이미지 플레인까지의 거리, FR은 렌즈의 초점 거리이다. 예를 들어, 초점 거리가 100mm 인 렌즈를 이미지 플레인으로부터 20mm 의 거리에 놓는다면, 초점 거리의 감소(1-20/100=0.8)를 얻을 수 있다. 마크로 이미지 검출을 위한 무색 렌즈(achromatic lens)도 이용될 수 있다.

이미지 캡쳐 디바이스 105는 광원과 이미지 센서를 구비하여 광을 조사하고 조사된 광으로부터 반사된 광을 검출할 수 있으며 프로세서를 구비하여 검출된 광을 신호 처리할 수 있는 장치라면 어떠한 장치라도 좋다. 예를 들어 이미지 캡쳐 디바이스 105는 휴대폰, 스마트폰, 스마트 워치, 태블릿 디바이스, 노트북 디바이스 등을 포함할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 휴대용의 이미지 캡쳐 디바이스 105에 일정한 측정 조건을 제공할 수 있는 감지 보호 디바이스를 이용함으로써, 외부 광 조건에 의한 측정 에러를 감소시키고, 작은 휴대용 사이즈의 디바이스를 이용함으로써 사용성을 증대시키고, 디바이스의 구성을 동적으로 함으로써 측정 영역을 용이하게 위치시킬 수 있다. 또한 어떠한 외부 광이나, 또는 외부 광의 부재 또는 어떤 스킨 타입과 같은 어떤 환경 조건에서라도 색소 내용물을 모니터링하고 이미지 캡쳐링의 일정한 각도를 유지하는 것이 가능하다.

도 2는 일 실시예에 따른 이미지 캡쳐 디바이스의 개략적인 도면이다.

도 2를 참조하면, 이미지 캡쳐 디바이스는, 광원 201, 광감지 요소 배열 202, 카메라 렌즈 203, 처리 유닛 204, 디스플레이 유닛 205, 및 감지 보호 디바이스206를 포함한다.

피부 207가 도시된다. 피부 내 멜라닌과 헤모글로빈의 함량에 관한 데이터를 획득하는 2 단계가 있다. 피부 이미지의 컬러 좌표를 정의하는 단계와, 획득된 값을 수학적 모델링의 결과와 비교하는 단계이다. 컬러 값은 멜라닌과 헤모글로빈 농도의 특정 비와 일치할 것이다.

도 3은 일 실시예에 따른 이미지 캡쳐 디바이스의 다른 예이다.

도 3을 참조하면, 이미지 캡쳐 디바이스는, 광원 유닛 301, 렌즈 303와 감지 보호 디바이스 306을 구비한 광감지 요소 배열 302인 이미지 센서, 처리 유닛 304, 및 디스플레이 유닛 305을 포함한다.

이미지 센서는 추가로 광학 요소 306 A&B를 구비하여, 감지 유닛의 초점 길이를 감소시킴으로써 감지 보호 디바이스의 높이를 감소시킬 수 있다. 감지 보호 디바이스 306은 광학 요소로 구현된다. 렌즈 306A는 이미지 캡쳐 디바이스 카메라의 초점 길이를 감소시켜서 감지 보호 디바이스를 더욱 소형화할 수 있다. 산란판 306B는 균일한 표면 조사를 가능하게 한다. 렌즈 306A와 산란판 306B는 감지 보호 디바이스에 일체화될 수 있다. 감지 보호 디바이스은 내면이 기준 백색인 커버를 구비할 수 있다.

이상과 같이, 피부 영역 이미지의 알려진 컬러 좌표를 사용해, 사용자 디지털 사진에서 피부의 스펙트럼을 획득할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따라 피부에서 반사된 광을 수신하여 이미지 처리 하는 알고리즘의 일 예를 나타낸다.

다양한 알고리즘이 피부 이미지의 컬러 좌표를 결정하고, 획득된 컬러 값들을 피부의 시뮬레이션 데이터와 비교하고, 피부 내 헤모글로빈과 멜라닌의 농도를 추정하기 위하여 사용될 수 있다.

측정할 피부 영역에 디바이스의 감지 보호 디바이스가 있는 면을 댄다. 다음, 사용자는 특수 소프트웨어(Special SoftWare; SSW)을 사용해 피부 면을 몇 장 촬영한다.

즉, 백색광원은 광을 조사하고, 이미지 캡쳐 디바이스의 광학계는 피부에서 산란된 광을 수집한다. 피부의 컬러 특성의 양(밝기)과 질(컬러)은 색채 시스템(colorimetric system)을 사용해 결정한다. 각 피부 이미지의 화소마다 3개의 컬러 좌표(R,G,B) 410가 피부 반사도를 측정하는 색채 시스템에 의해 결정된다. 수취된 좌표는 MKO1931(Yxy) 색채 시스템의 컬러 좌표 X,Y,Z 430로 변환되고,　 단순비(simple ratio)를 사용하는 MKO1976(L* a* b*) 색채 시스템의 L* a* b*로 변환된다. 사람 피부의 헤모글로빈과 멜라닌의 함량은 역 몬테카를로 시뮬레이션에 기초한 알고리즘을 사용해 추정된다.　 신체의 다른 부분을 고려하면, 피부의 적어도 2개 층 모델은 이 알고리즘을 사용한다.　 피부의 반사 계수는 스펙트럼 가시 범위에서 몬테카를로 방법을 사용해 결정된다. 그 후, 스펙트럼은 컬러 좌표 시스템에서 재계산되고, 실험적으로 얻어진 피부 반사도 데이터와 비교되어, 컬러 좌표와 그 좌표에 상응하는 스펙트럼의 일치가 찾아진다. 이로써, 피부 내 멜라닌과 헤모글로빈의 함량을 예측할 수 있다.

SSW에서, RGB 값은 디바이스-독립적 컬러 시스템이고 통상의 RGB 작동 공간(NTSC, sRGB 등)과 호환성이 있는 컬러 공간에서 3자극 값(tri-stimulus values)들로 변환된다.　 사람 피부 모델에 대한 광 수송 몬테카를로 시뮬레이션(MCS)은 3자극 XYZ 값들과 멜라닌과 혈액 농도 사이의 관계를 특정하는데 사용된다.　

생물학적 조직을 통해 관통하는 광의 스펙트럼 구성은, 프로브 지오메트리 및 입사 광 조사의 다양한 파라미터를 포함하는 특정 실험 조건 뿐만 아니라, 주어진 조직내에서 색소들의 집중과 공간적 분포에 따라 달라진다.

본 실시예들을 지원하는 알고리즘에서는 인간 피부 및 피부 컬러 계산의 가시적 반사 스펙트럼의 시뮬레이션을 위해 특별히 개발된 계산 기술이 이용될 수 있다. 계산 데이터는, 측정을 위해 용이하게 액세스 가능한 인간 몸의 서로 다른 부분드을 통해 아주 동적인 측정을 이용하여 얻어진 실험 데이터와 비교된다. 실제 검사 조건에서의 넓은 범위 및 조직의 아주 복잡한 구성 조직으로 인해 어떤 일반적인 분석적 해결책은 가능하지 않을 수 있다. 따라서 확률적인 몬테 카를로 모델링이 이용될 수 있다.

서로 상호작용하는 오브젝트로서 광자 및 조직 구조적 성분의 설명을 가능하게 하는 오브젝트 오리엔트 MC 모델링이 이용될 수 있다. 오브젝트 광자는 오브젝트 매체 (또는 매체 층)을 통해 전파하고, 셀이나 혈관, 콜라겐 파이버 같은 구성요소들과 상호작용한다. 오브젝트에 의한 매체의 이러한 표현은 생물학적 구조의 3D 공간 변화를 제공하는 실제 조직 모델을 개발하는 것이 가능하다. 전송 스펙트럼을 시뮬레이하기 위해 멀티레이어 조직 모델이 적용될 수 있다. 종래로부터 알려진 모델은 근육과 뼈 구조를 포함하여 17 층으로 확장될 수 있다.

MC 시뮬레이션은 검출된 광자 패킷의 10 ¹⁰을 이용한 실험에 사용된 검사 지오메트리를고려할 수 있다. RGB 컬러 값 뿐만 아니라 CIE XYZ(CIE 1976 L*a*b) 좌표의 스펙트럼 파워 분포의 변환은 스탠다드 CIE 2^o옵저버 및 갤럭시 노트 4 WLED 일루미넌트(Galaxy Note 4 WLED illuminant)를 이용한 삼자극 값을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어 혈액 및/또는 멜라닌 내용물의 변화 및 혈액 산소량의 변화로 인한 조직 컬러의 변화의 효과를 관찰하는 것은 실제적인 진단 목적 및 바이오엔지니어링 응용을 위해 이용될 수 있다. 이러한 변화는 MC 모델을 이용하여 정량화되고 특징지어질 수 있다.

일 실시예에 따라 광검출의 일정한 조건에서 특별히 제작된 렌즈 후드를 이용하여 스킨 이미징이 수행되고, 광 검출 및 광원의 알려진 조건하에서 광 수송의 숫자적인 실험이 수행되고, 결과로서 스펙트럼의 수 및 피부에서의 색소이 서로 다른 내용물에 대한 컬러 좌표값들이 나오고, 획득된 컬러 좌표는 숫자적인 모델링으로 얻어진 컬러 좌표 및 대응 스펙트럼과 비교된다.

비교 데이터는 특정 스킨 이미지에서의 멜라닌과 혈액의 농도에 관한 정보를 담고 있다. 따라서 좌표 비교후에 일치가 발견되면 색소 농도를 알아내는 것이 가능하다.

RGB 값들과 피부 색소 농도 사이의 관계:

디지털 카메라가 획득한 피부면 이미지 내 한 픽셀의 RGB 값들은 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서,

는 CIEXYZ 컬러 시스템의 3자극 값들이고, (...)^T는 벡터의 전치(transposition)를 나타낸다. L1은 XYZ 값들을 상응하는 RGB 값들로 변환하는 변환 매트릭스이고, 작업 공간(NTSC, PAL/SECAM, sRGB, 등)에 사용할 수 있다. l , E(l), 및 O(l)는 각각 파장, 조사체의 스펙트럼 분포(절대 갤럭시 다이오드 스펙트럼, 포토메트릭), 및 사람 피부의 확산 반사 스펙트럼(diffuse reflectance spectrum)이다. x(l), y(l), 및 z(l)는 CIEXYZ 컬러 시스템에서 컬러 매칭 함수들이다. 적분은 가시 파장 영역(400에서 700 nm)에서 실행된다. 피부 조직이 멜라닌을 함유하는 표피와 혈액을 함유하는 진피로 구성된다고 가정하면, 피부 조직 O의 확산 반사는 다음과 같이 표현될 수 있다.　

여기서, I ₀ 는 표준 반사광 강도이고, I 는 검출된 광의 강도이다. P( ms , g, l) 는 측정 모드뿐만 아니라 산란 특성에도 영향을 받는 경로 길이 확률 함수이다. ms , ma, g, 및 l 는 각각 산란 계수, 흡수 계수, 이방성 인자(anisotropy factor), 및 광 경로 길이이다. 첨자 m, b, e, 및 d는 각각 멜라닌, 혈액, 표피 및 진피를 가리킨다. 각 색소의 흡수 계수는 그 농도 C와 흡광 계수(extinction coefficient; e)의 곱으로 표현된다. 즉, m _a = Ce. 따라서 RGB 값들은 C _m , 과 C _b 의 함수로 표현될 수 있다. 후술하는 절차는 RGB 이미지에 기초하여 피부 색소 농도를 예측하는데 사용된다. 먼저, 피부 이미지 내 각 픽셀의 RGB 값들 410은 매트릭스 N1 420에 의해 XYZ 값들 430로 변환된다.　

매트릭스 N1은 24 컬러 칩들(color chips)을 구비한 컬러 검사 표준의 측정에 기초하여 결정되어야 한다. 상기 표준은 특정 조명 및 상응하는 반사 스펙트럼 하에서 각 칩에 대한 CIEXYZ　 값들을 주는 데이터와 함께 제공된다. X,Y,Z의 값들은 매트릭스 N2440에 의해 Cm 과 Cb로 변환된다. 다음, 피부 조직 내 광수송용 MCS는 Cm과 Cb의 다양한 값들로, 400 내지 700 nm의 파장 범위에서 5nm 간격으로 확산 반사 스펙트럼 O(l)을 계산하고, 상응하는 X,Y,Z를 획득한다. 이 MCS에서, 멜라닌에 대한 흡수 계수 Cm는 표피에 m _a , m 으로서 입력된다. 혈액에 대한 흡수 계수 Cb는 진피에 m _a ,db 로서 입력된다. 표피와 진피의 층 두께는 각각 0.05와 5.05mm로 설정된다. 각 층의 굴절률은 1.4인 것으로 가정한다. 그 후, XYZ 값들은 시뮬레이션된 O(l)에 기초하여 계산된다. 이 계산은 색소 농도와 XYZ 값들에 대한 데이터 집합을 획득하기 위하여, Cm, Cob 및 Cdb 450 의 여러 조합에 대하여 수행된다. 이 데이터 집합을 다중회귀분석(multiple regression analysis)하면, Cm 및 Cb에 대한 2개의 회귀 방정식이 아래와 같이 얻어진다.

회귀 계수 ai,bi(i=0,1,2,3)는 각각 Cm, Cb에 대한 XYZ 값들의 기여를 반영하고, 4*3 메트릭스 N2의 요소로서 사용된다. 따라서 3자극 값에서 색소 농도로 N2를 이용한 변환은 아래와 같이 표현된다.

매트릭스 N1, N2가 결정되면, Cm과 Cb의 이미지는 MCS를 사용하지 않고 재구축될 수 있다. 제안된 기법이 기존 해결책과 다른 점은 고유 실험 조건(unique experiment conditions)을 추가하고 또한 갤럭시 다이오드(Galaxy diode) 고유의 전체 스펙트럼을 추가했다는 점이다.

이상 설명된 바와 같은 감지 보호 디바이스 및 이미지 처리 알고리즘을 통하여 피부에 광을 조사한 지 수초 이내에, 이미지 캡쳐 디바이스는 연구 대상인 피부 영역의 색소 함량에 관한 정보를 표시할 수 있다.

일 실시예에 따라 이미지 캡쳐 디바이스는 피부 영역의 컬러 정보 뿐만 아니라, 썬번을 입을 가능성에 대한 경고, 사용자 피부를 보호하기 위한 조언 등을 더 표시할 수 있다.

사용자에게 정보를 제시하는 방식 및 사용자에게 제공되는 정보 타입은 다양하게 결정될 수 있다. 컬러의 농도는 수치나 2D 컬러 분포 맵으로 제시될 수 있다.

또한 일 실시예에 따라 피부 상태에 관한 정보는 의사나 미용전문가에게 전송될 수 있다. 예를 들어 이미지 캡쳐 디바이스에 미리 의료기관에 관한 정보를 등록해두고, 이미지 캡쳐 디바이스에서 피부의 상태를 측정하여 측정 데이터가 발생할 때마다 이미지 캡쳐 디바이스는 자동으로 피부 상태 정보를 등록된 의료기관으로 전송할 수 있다.

감지 보호 디바이스를 이미지 캡쳐 디바이스에 부착하는데 다양한 방법이 있다.

이미지 캡쳐 디바이스와 감지 보호 디바이스는 다양한 접속부를 구비한다.

일 실시예에 따라 이미지 캡쳐 디바이스와 감지 보호 디바이스를 접속하는 접속부는 자석을 포함할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따라 접속부로서 자석을 이용한 감지 보호 디바이스의 일예를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 이미지 캡쳐 디바이스 501의 후면커버 503아래에는 금속판 502이 있다. 이 경우, 감지 보호 디바이스500은 감지 보호 디바이스 505의 일부로서 금속판 502와 자석부 504를 포함할 수 있다. 자석부 504를 통해 감지보호 유닛 500을 이미지 캡쳐 디바이스 501에 부착할 수 있다.

또한 자석부 504는 광원을 통과시키기 위한 홀 506, 및 피부로부터 반사된 광을 통과시키기 위한 홀 507을 구비할 수 있다.

일 실시예에 따라 이미지 캡쳐 디바이스와 감지 보호 디바이스를 접속하는 접속부는 슬라이드를 포함할 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따라 접속부로서 슬라이드를 이용한 감지 보호 디바이스의 일예를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 감지 보호 디바이스 604은 이미지 캡쳐 디바이스 601에 고정하기 위한 슬라이드 602,603를 접속부로서 구비한다.

감지 보호 디바이스 604에 구비된 슬라이드 603을 이미지 캡쳐 디바이스 601의 후면에 마련된 슬라이드 홈 602에 슬라이드식으로 끼움으로써 감지 보호 디바이스 604와 이미지 캡쳐 디바이스 601을 접속시킬 수 있다.

일 실시예에 따라 이미지 캡쳐 디바이스와 감지 보호 디바이스를 접속하는 접속부는 케이스를 포함할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따라 접속부로서 케이스를 이용한 감지 보호 디바이스의 일예를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 감지 보호 디바이 스702은 폰 케이스 703에 구현될 수 있다. 이 경우, 감지 보호 디바이스 702은 플라스틱 케이스 703의 일부이다.

일 실시예에 따라 이미지 캡쳐 디바이스와 감지 보호 디바이스를 접속하는 접속부는 레그를 포함할 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따라 접속부로서 레그를 이용한 감지 보호 디바이스의 일예를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 감지 보호 디바이스 802는 감지 보호 디바이스 802를 이미지 캡쳐 디바이스 801에 부착할 수 있는 레그 803을 구비할 수 있다.

이상 설명된 실시예들은 사용자 피부의 멜라닌과 혈액 함량을 예측하기 위한 디바이스로서 사용될 수 있다. 멜라닌과 혈액 함량에 관한 정보를 통해 사용자는 썬번닝의 시간을 추정하고, 장래의 태닝(tan) 레벨을 예측할 수 있다. 또한, 본 디바이스는 임의의 불투명 고체 재료의 절대 컬러 값(absolute color values)을 추정하는데 사용될 수 있다.　　　　　　　

설명된 실시예들은, 적절한 광 조사를 통한 셀프 선 버닝을 위해 피부의 광학 특성을 측정하는데 이용될 수 있다.

설명된 실시예들은, 약 또는 피부학에 관련된 것으로, 피부 상태의 진단은 티슈내에 멜라닌, 헤모글로빈 및 다른 바이오 몰큘의 공간 분포 및 내용에 관한 관한 객관적인 정보를 얻는데 이용될 수 있다.

인간 피부의 광학 파라미터에 대한 양적인 평가는 피부과 의사에게 중요한 정보를 제공할 수 있고 피부 질병 진단학, 화학이나 UV 조사 및 온도와 같은 환경적 요소 영향에 의한 조사에 이용될 수 있다.

본 명세서에 기재된 전자 장치의 동작 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

전술한 명세서에서, 본 개시 및 장점들은 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 하지만 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 다양한 변경과 변화를, 아래 청구항에 개시된 바와 같은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 용이하게 달성할 수 있다. 따라서 본 상세한 설명과 도면은 제한적 의미가 아니라, 본 개시의 설명적 예시들로 간주되어야 한다. 이러한 가능한 모든 수정은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims

이미지 캡쳐 디바이스에 있어서,
피부에 광을 조사하기 위한 광원,
상기 광원의 전면에 배치된 산란판,
상기 피부에서 반사된 광에 의해 상기 피부의 이미지를 획득하는 카메라를 포함하는 이미지 센서,
상기 카메라의 전면에 배치되어 상기 카메라의 초점 거리를 감소시키도록 구성된 렌즈,
상기 광원, 상기 산란판, 상기 이미지 센서 및 상기 렌즈를 둘러싸는 착탈식 감지 보호 디바이스로서, 상기 이미지 캡쳐 디바이스에 착탈하기 위한 접속부를 구비하고, 상기 렌즈에 의해 조절된 길이를 갖는 상기 감지 보호 디바이스, 및
상기 획득된 이미지를 기초로 상기 피부의 특성을 처리하는 컨트롤러를 포함하는 이미지 캡쳐 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 감지 보호 디바이스는 내부가 광 흡수성 재료로 이루어진, 이미지 캡쳐 디바이스.
제1항에 있어서,
광감지 요소와 백색 광원을 구비한 이미지 캡쳐 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 감지 보호 디바이스는 망원 기능을 구비한, 이미지 캡쳐 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 감지 보호 디바이스는 카메라의 초점 길이에 의해 결정되는 연장가능한 높이를 가지는, 이미지 캡쳐 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 감지 보호 디바이스는 상기 이미지 캡쳐 디바이스의 초점 길이에 의해 결정되는 일정한 높이를 가지는, 이미지 캡쳐 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 이미지 센서는 가시 영역을 커버하는 스펙트럼 민감도를 가지는 컬러 광감지 요소의 배열인, 이미지 캡쳐 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 보호 감지 디바이스의 상기 접속부는, 자석, 슬라이드, 및 케이스 중 하나 이상을 이용하여 구현되는, 이미지 캡쳐 디바이스.
감지 보호 디바이스에 있어서,
이미지 캡쳐 디바이스에 마련된 광원, 상기 광원 전면에 배치된 산란판, 카메라를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 카메라 전면에 배치되어 상기 카메라의 초점 거리를 감소키시도록 구성된 렌즈를 둘러싸는 감지 보호 부재,
상기 감지 보호 부재를 상기 이미지 캡쳐 디바이스에 착탈식으로 접속하는 접속 부재를 포함하며,
상기 감지 보호 부재를 통해 상기 이미지 캡쳐 디바이스의 광원으로부터의 광이 피부에 조사되고, 상기 피부에서 반사된 광에 의해 만들어진 피부의 이미지가 상기 이미지 센서에서 캡쳐되고,
상기 감지 보호 부재는 상기 이미지 캡쳐 디바이스의 상기 렌즈에 의해 조절된 길이를 갖는, 감지 보호 디바이스.
제9항에 있어서,
상기 감지 보호 부재는 내부가 광 흡수성 재료로 이루어진, 감지 보호 디바이스.
제9항에 있어서,
상기 감지 보호 부재는 망원 기능을 구비한, 감지 보호 디바이스.
제9항에 있어서,
상기 감지 보호 부재는 카메라의 초점 길이에 의해 결정되는 연장가능한 높이를 가지는, 감지 보호 디바이스.
제9항에 있어서,
상기 감지 보호 부재는 상기 이미지 캡쳐 디바이스의 초점 길이에 의해 결정되는 일정한 높이를 가지는, 감지 보호 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 접속 부재는, 자석, 슬라이드, 및 케이스 중 하나 이상을 이용하여 구현되는, 감지 보호 디바이스.
휴대용 피부 색소 측정 장치에 의해 피부 색소의 내용물을 결정하는 방법에 있어서,
백색 광원과 이미지 센서를 둘러싸는 감지 보호 디바이스의 불투명 재료를 이용하여 미리 정의된 측정 조건을 생성하는 단계,
상기 휴대용 피부 색소 측정 장치의 백색 광원을 이용하여 광을 조사하는 단계,
상기 휴대용 피부 색소 측정 장치의 광학 시스템을 이용하여 피부로부터 반사된 광을 수신하는 단계,
상기 휴대용 피부 색소 측정 장치의 이미지 센서에 의해 상기 광을 검출하고 적어도 하나의 이미지를 생성하는 단계,
상기 휴대용 피부 색소 측정 장치의 프로세서를 이용하여 각 이미지의 삼 컬러 좌표(three color coordinates)를 결정하는 단계,
상기 휴대용 피부 색소 측정 장치의 프로세서를 이용하여, 상기 미리 정의된 측정 조건에 기초하여 생물학적 티슈에서의 가시 스펙트럼 범위 전파의 시뮬레이션을 위한 수학적 모델링을 수행하는 단계,
상기 삼 컬러 좌표와 상기 수학적 모델링의 결과를 비교하는 단계, 및
상기 피부의 반사 스펙트럼으로부터 색소 내용물을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 수학적 모델링은 몬테 카를로 알고리즘을 이용하고, 몬테 카를로 알고리즘에 이용된 피부 모델은 몸의 부분에 따라 변화되는, 방법.
제15항에 있어서,
상기 몬테 카를로 알고리즘은 피부의 구조, 실험 계획의 파라미터, 측정 요소, 입사 및 검출 광의 사이즈와 모양 중 적어도 하나를 고려하는 방법.