基于圖像處理的皮膚光澤檢測(cè)系統(tǒng)

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摘 要：人體皮膚光澤度在人們的健康指標(biāo)中占有重要地位，一個(gè)人的皮膚光澤度可以反映出他（或她）的氣色、心情等健康指標(biāo)。該系統(tǒng)需要先對(duì)圖像進(jìn)行脈沖噪聲處理，使圖像變得清晰，這就需要用到中值濾波。接著利用圖像分割將人臉與周圍環(huán)境分割開來，然后利用Retinex算法中的單尺度算法對(duì)處理后的圖片進(jìn)行計(jì)算，最終得到此人的皮膚光澤度檢測(cè)報(bào)告。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，并能得到較精確的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：圖像處理;皮膚光澤度;圖像分割;中值濾波;單尺度Retinex算法

一、皮膚光澤

（一）皮膚光澤的重要性

隨著時(shí)代發(fā)展，人們不再只停留于維持溫飽冷暖的低層次生活需求，正如新時(shí)代我國社會(huì)主要矛盾是人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾所說，人們正在向高水平生活和美好生活需求靠近。其中最明顯的一個(gè)方面，便是人們對(duì)自己的相貌很在意，購買各種護(hù)膚品、化妝品和整容整形逐漸成為時(shí)代潮流。就相貌而言，構(gòu)成相貌的最基本單位是皮膚。

皮膚是我們從出生開始就擁有的最天然的堅(jiān)實(shí)屏障，它能幫我們抵擋住外部細(xì)菌、病毒等微生物和灰塵顆粒的侵害;它能通過呼吸來維持或增加人體內(nèi)部的含氧量;它還能保證人類身體內(nèi)部各部分生物化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行和環(huán)境的穩(wěn)定;同時(shí)，還能用它區(qū)別不同的人，進(jìn)行機(jī)器識(shí)別。

皮膚光澤度是人體健康狀況的晴雨表，能實(shí)時(shí)傳遞出身體狀況和心情的信號(hào)。一個(gè)健康快樂的人會(huì)體現(xiàn)出氣色佳，皮膚有血色、自然透亮，反之則是身體欠佳或是情緒低落。就廣義而言，社會(huì)中任何一個(gè)人都比較注重他（或她）的皮膚光澤度，它在一定程度上可以反映一個(gè)人的心理健康狀況。就狹義而言，尤其是女性，平時(shí)購買護(hù)膚產(chǎn)品或是做皮膚保養(yǎng)，大多都是要保持良好的皮膚光澤度，展示自己美麗健康的形象。

（二）皮膚光澤檢測(cè)的現(xiàn)狀與弊端

對(duì)于中國這個(gè)人口數(shù)量龐大的國家來說，人們向往美好生活的需求不斷提高，對(duì)皮膚的護(hù)理和修復(fù)的關(guān)注度逐漸上升。就目前而言，最常用最普遍的方法是去專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)和購買護(hù)膚品、化妝品。這類機(jī)構(gòu)一般擁有一套或多套檢測(cè)設(shè)備，通過專業(yè)的皮膚檢測(cè)，不僅數(shù)據(jù)可靠，而且還能得到科學(xué)的護(hù)膚建議?，F(xiàn)在的市場(chǎng)上有很多名牌護(hù)膚品、化妝品，并且新興品牌越來越多，選擇使用范圍越來越廣。對(duì)于女性來講，大多數(shù)人會(huì)經(jīng)常購買護(hù)膚產(chǎn)品或者是與專業(yè)機(jī)構(gòu)約定時(shí)間去進(jìn)行皮膚護(hù)理修復(fù)，但錯(cuò)誤地使用一些化妝品往往會(huì)導(dǎo)致皮膚受損，不能及時(shí)修復(fù)，給皮膚帶來不可逆的損害。同時(shí)親自去專業(yè)機(jī)構(gòu)要花費(fèi)大量的時(shí)間、金錢和精力，購買護(hù)膚品也是一筆不小的開支，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)因?yàn)椴涣私庾约旱钠つw狀況而購買的多余的護(hù)膚產(chǎn)品和化妝品的情況。單純以了解皮膚情況為目的，這樣做成本太高，對(duì)收入不高無法負(fù)擔(dān)皮膚檢測(cè)的人而言，這不是一種最佳選擇。

因此皮膚檢測(cè)系統(tǒng)可以幫人們清楚地認(rèn)識(shí)到自己的皮膚狀況，并且可以根據(jù)這一檢測(cè)報(bào)告合理地進(jìn)行護(hù)膚產(chǎn)品的選擇和美容保養(yǎng)。

（三）創(chuàng)新點(diǎn)

對(duì)于人們來講，尤其是女性，十分在意自己的面部光澤度。大多數(shù)人都希望自己展現(xiàn)在別人面前的是面色紅潤(rùn)、氣色佳的形象。就目前而言，市場(chǎng)上還沒有一套完整的、專業(yè)的檢測(cè)皮膚光澤度的系統(tǒng)或是設(shè)備。相比之下比較可靠的專業(yè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)系統(tǒng)也收費(fèi)昂貴，而且檢測(cè)地點(diǎn)固定，被檢測(cè)者的自由受限，無法真正做到實(shí)時(shí)檢測(cè)。這一基于圖像處理的皮膚光澤檢測(cè)系統(tǒng)首先用中值濾波去除脈沖噪聲，再用圖像分割將人臉與周圍的環(huán)境分離開來，然后用Retinex算法對(duì)處理后的人臉圖片進(jìn)行計(jì)算，從而獲得自己面部皮膚光澤的相關(guān)數(shù)據(jù)，而且可以有效利用人們手邊現(xiàn)有的資源，讓人們實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，且用法簡(jiǎn)便，適用于各種類型的人。

二、系統(tǒng)處理

（一）圖像采集

圖像采集主要分為兩類：靜態(tài)圖片采集和動(dòng)態(tài)圖片采集，靜態(tài)圖片（例如：從人們所使用的有自拍功能的智能手機(jī)中篩選有人臉的相片），因采用數(shù)字信息儲(chǔ)存可以直接進(jìn)行圖像分割。動(dòng)態(tài)圖片（例如：從攝像機(jī)所錄的視頻中截取人臉的相片），所存在的各種噪聲特別是脈沖噪聲會(huì)對(duì)圖像分割造成很大的影響，因此需要先使用中值濾波器對(duì)其進(jìn)行降噪處理，盡量把類似的噪聲干擾量減到最小。降噪以后，再進(jìn)行圖像分割。

（二）圖像預(yù)處理

用手機(jī)或相機(jī)直接照出的相片或多或少會(huì)有背景、霧化、景物繁多、光線太強(qiáng)或太弱等干擾因素，要想準(zhǔn)確地得到人面部皮膚的健康檢測(cè)結(jié)果，就要將這些干擾項(xiàng)全部消除或是降到最小化。因此在進(jìn)行圖像特征提取之前，要先進(jìn)行圖像預(yù)處理，使圖像最大化地只留下人的面部，以便后續(xù)檢測(cè)，使檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

（1）中值濾波〔4-10〕。中值濾波法是一種非線性平滑技術(shù)，中值其實(shí)就是數(shù)學(xué)意義上的平均數(shù)，而這種技術(shù)的處理方式的原理就是用中值來代表某一像素點(diǎn)鄰域窗口內(nèi)的所有像素點(diǎn)灰度值。用其他辦法例如均值濾波、最大值濾波、最小值濾波等方法處理，并使脈沖噪聲平滑是一件相當(dāng)困難的事情，但如果利用中值濾波，就可以保護(hù)圖像尖銳的邊緣不被破壞，再選擇適宜的點(diǎn)來代替圖像所存在的噪聲點(diǎn)的值，在中值濾波的分類中有一種加權(quán)中值濾波，中值濾波的邊緣信號(hào)能通過它有效改進(jìn)，因此它為處理噪聲方面提供了非常大的幫助。比如人臉圖像，可以使圖像平滑，從而使圖像對(duì)比度提高，有效地凸顯出人臉部分，方便下一步操作。

均值濾波，是圖像處理方法中最常用的手段，就頻率而言，它是一種低頻濾波，顧名思義，高頻信號(hào)會(huì)在處理過程中被去除掉，可以為消除圖像尖銳噪聲提供幫助，處理后得到的圖像會(huì)有平滑效果。但使用這種均值濾波后對(duì)圖像的處理效果還需要根據(jù)Kernel數(shù)據(jù)的大小和進(jìn)行迭代的次數(shù)來判斷比較，較中值濾波而言較麻煩，而且為低頻率，有可能將中度頻率也處理掉，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。

最大值濾波、最小值濾波是兩種早期使用的圖像處理手段，較上面兩種方法而言使用較少，它們是兩種與中值濾波類似的圖像噪聲過濾方式。但用最大值或最小值來替換所有的濾波會(huì)導(dǎo)致計(jì)算誤差較大，檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。 因此，本系統(tǒng)選擇用中值濾波進(jìn)行圖像分割前的處理。