Система и способ для медицинского мониторинга и обработки посредством косметического мониторинга и обработки

Система и способ для медицинского мониторинга и обработки посредством косметического мониторинга и обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Ссылка на родственные заявки

Приоритет настоящей заявки заявлен на основании предварительной заявки на патент США №60/708118, поданной 12 августа 2005 г. заявителями настоящего изобретения.

Область техники

Настоящее изобретение относится к мониторингу человеческого тела для обнаружения атрибутов, являющихся основанием для профилактического или терапевтического медицинского ухода или лечения, и более конкретно, - к автоматизированной системе и способу, применяемым для медицинского мониторинга и обработки участка кожи.

Описание известного уровня

Мониторинг наружной поверхности человеческого тела является распространенным методом для выявления состояний, указывающих на заболевание или на повышение риска заболевания. Например, врачи осматривают пациентов, чтобы обнаружить меланому, а затем быстро назначить курс лечения этого заболевания. Таким же образом они могут обнаружить солнечный ожог на коже пациента и рекомендовать ему воздерживаться от избыточного пребывания на солнце, чтобы предотвратить будущее развитие меланомы или другого вида рака кожи. Кроме того, врачи могут обследовать топологию поверхности кожи женщины и обнаружить высокую вероятность того, что у женщины имеется рак груди, чтобы назначить дополнительные обследования и соответствующее лечение.

Медицинские обследования могут выполняться визуально или с помощью различной медицинской аппаратуры. В некоторых случаях визуальные обследования могут быть более эффективными, чем аппаратные, так как человеческий глаз воспринимает как отражательную способность, например цвет, так и топологию поверхности, например бугорки и углубления, чего не могут многие механические приборы. Эта возможность иногда позволяет глазу идентифицировать те медицинские проблемы, которые пропускают или не могут интерпретировать аппаратные средства. Например, многие автоматизированные системы медицинского мониторинга не способны анализировать топологию поверхности.

При регулярных обследованиях можно определить исходный уровень физических характеристик пациента, что позволит обнаружить отклонения от него. Преимущество такого мониторинга пациентов состоит в том, что раннее выявление и лечение заболеваний и потенциально опасных состояний повышает степень успешного лечения. Например, ежедневный детальный анализ кожи пациентов на наличие признаков рака кожи может существенно повысить возможность избежать возникновения рака кожи или остаться в живых. Кроме того, обнаружение белых пятен у людей с темной кожей, например у многих афроамериканцев, может указывать на наличие внутреннего рака. Регулярные обследования кожи могут способствовать обнаружению множества других заболеваний и проблем со здоровьем, включая акне, волдыри, синяки, шрамы, желтуху, варикозные вены и инфекции, а также их успешному излечению.

Однако частоту обследования пациентов обычно ограничивает высокая стоимость обследований врачами вручную, а также с применением дорогой медицинской аппаратуры. Ежедневное наблюдение пациентов обычно стоит слишком дорого, чтобы его проводить, за исключением тех случаев, когда серьезное заболевание уже возникло и пациент был госпитализирован. Практикующие врачи обычно рекомендуют пациентам проходить общие обследования раз в год или даже реже. Специалисты также обычно наблюдают пациентов через большие интервалы времени, например раз в год, полгода или три месяца. Хотя пациентам рекомендуется проводить самостоятельные обследования более регулярно, у них зачастую нет опыта и дисциплины для успешного обнаружения медицинских проблем. В результате, многие заболевания остаются необнаруженными до тех пор, пока они не станут менее восприимчивы к лечению.

Таким образом, существует потребность в автоматизированной системе и способе, которые бы позволили проводить частый медицинский мониторинг наружной поверхности человеческого тела по характеристикам отражательной способности и топологии поверхности, идентифицировать медицинские проблемы и информировать о них, а также в одном варианте осуществлять лечение этих проблем при необходимости.

В данном контексте термин "изменяющее отражательную способность вещество" или "ИОВ" относится к любому соединению, пригодному для изменения отражательной способности другого материала, и более подробно поясняется ниже. Некоторые примеры ИОВ включают в себя чернила, красители, пигменты, отбеливающие вещества, вещества, вызывающие химические изменения, а также другие вещества, которые могут изменять отражательную способность человеческой кожи и другие признаки. Термины "краситель" и "прозрачные красители" используются в данном описании для краткого представления любого ИОВ.

Краткое описание сущности изобретения

Настоящее изобретение позволяет решить описанные выше и другие проблемы. Описание настоящего изобретения будет представлено ниже в качестве примера, не имеющего ограничительного характера.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения определяют визуальные атрибуты участка кожи путем электронного сканирования этого участка и анализируют сканированные данные в вычислительной среде.

В одном варианте сканирование обеспечивает данные об отражательных свойствах кожи. Эти данные используются для идентификации признаков и мониторинга изменений отражательной способности или морфологии в течение времени.

В одном варианте сканирование обеспечивает данные отражательных свойств и данные профиля поверхности. Эти данные используются для идентификации признаков и мониторинга изменений отражательной способности или морфологии в течение времени.

Еще одним аспектом настоящего изобретения является создание карты участка кожи и последующее использование этой карты для определения положения устройства мониторинга относительно кожи. Эту карту можно также использовать для сравнения изображений, полученных в первый момент времени, с изображениями, полученными во второй момент времени, для выявления изменений отражательной способности или формы.

В настоящей заявке фраза "струйная технология" относится, в общем, к известной технологии печати с регулированием параметров капли, при которой наносящее устройство может регулировать каждую отдельную наносимую каплю вещества. Наиболее пригодным методом для применения в настоящем изобретении является капельно-импульсный метод ("drop on demand"), который представляет собой подгруппу методов печати с регулированием параметров капли. В настоящем описании фраза "струйный принтер" для краткости используется для обозначения любой формы технологии струйной печати.

Следующий аспект изобретения заключается в точном нанесении одного или более медицинских препаратов на кожу в зависимости от локальных отражательных свойств кожи.

Термин "медицинский препарат" широко используется в настоящей заявке и означает любой материал или соединение, оказывающее благотворное влияние на участок кожи. Медицинский препарат может быть фармацевтическим соединением, лекарством, травой, увлажняющим веществом или другим материалом, который приносит какую-либо пользу коже.

Эти и другие аспекты, существенные признаки и преимущества изобретения достигаются с помощью предложенных системы и способа. Согласно настоящему изобретению компьютеризированная система определяет атрибуты участка человеческой кожи. Идентифицированные атрибуты могут относиться к отражательной способности и указывать на такие признаки, как светлые и темные пятна неправильной формы, старческие пятна, шрамы и синяки, или другие поверхностные или подповерхностные признаки. Идентифицированные атрибуты могут также относиться к топологии поверхности кожи, например глубине, чтобы обеспечить более точное улучшение таких неровностей поверхности, как бугорки и морщины. Медицинские препараты можно наносить в соответствии с идентифицированными признаками, например добавить красное ИОВ на красном участке, или противоположно им, например добавить зеленое или синее ИОВ на красном участке, согласно идеализированным моделям привлекательности.

Аспектом настоящего изобретения является сбор и анализ данных на различных длинах волн (цвете), чтобы получить базу для детального анализа признаков кожи. Некоторые признаки кожи можно идентифицировать по характеристикам, проявляемым этими признаками на различных длинах волн.

Нанесение медицинских препаратов на пиксельном уровне обеспечивает гораздо более высокую точность, чем известные способы, что позволяет уменьшить количество наносимого материала. В некоторых случаях эта точная доставка медицинских препаратов в конкретные участки повышает эффект препарата, не вызывая при этом побочных эффектов, связанных с его систематическим нанесением. Например, лекарственный препарат против акне можно эффективно наносить на пораженные участки кожи, вместо того чтобы принимать его перорально.

В одном варианте настоящего изобретения наносящее устройство, содержащее сканер и струйный принтер, делает один проход над участком кожи. Оно сканирует кожу, идентифицирует проблемы, вычисляет количество и распределение медицинского препарата и быстро наносит его на кожу.

В следующем варианте наносящее устройство создает первую карту признаков кожи и идентифицирует представляющие интерес признаки. Затем оно создает вторую карту признаков кожи во второй момент времени и идентифицирует представляющие интерес признаки. Эти две карты сравниваются для мониторинга изменений в признаках.

В этом варианте делается подробный скан какой-то области человеческой кожи, например лица, ноги или руки. Этот скан получают путем целенаправленного освещения вспышками множества источников света, расположенных в известной конфигурации, и сканирования небольшого участка кожи при включенных и выключенных источниках света. Посредством сравнения показаний различных источников света можно определить отражательную способность и профиль поверхности кожи.

Данные, полученные из скана, включают в себя отражательные характеристики кожи. Эти характеристики можно использовать для создания детальной карты кожи, которая содержит как отражательную способность, так и морфологию поверхности кожи. Эту детальную карту можно использовать для создания плана коррекции для избирательного нанесения медицинского препарата.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложены автоматизированная система и способ, обеспечивающие частый медицинский мониторинг наружной поверхности человеческого тела по характеристикам отражательной способности и топологии поверхности.

Другим аспектом настоящего изобретения является создание автоматизированной системы и способа, которые идентифицируют медицинские проблемы на наружной поверхности или подповерхности человеческого тела путем мониторинга.

Еще один аспект изобретения заключается в создании автоматизированной системы и способа, которые информируют о медицинских проблемах на наружной поверхности или подповерхности человеческого тела, идентифицированных путем мониторинга.

Следующий аспект настоящего изобретения заключается в создании автоматизированной системы и способа, которые позволяют наносить медикаменты на идентифицированные проблемы наружной поверхности человеческого тела при необходимости.

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут понятными после ознакомления со следующим описанием и прилагаемыми чертежами. Согласно настоящему изобретению система и способ, которые сканируют участки человеческого тела для идентификации непривлекательных характеристик и выполнения косметических улучшений, модифицированы для медицинского мониторинга и, факультативно, лечения. Создается трехмерная модель внешней поверхности человеческого тела, и сканированные данные анализируются по характеристикам отражательной способности и топологии поверхности для идентификации патологических признаков. Так как люди используют косметическую систему широко и часто, можно создать исходный уровень состояния пациентов посредством частого мониторинга в течение длительного периода времени, что позволит быстро идентифицировать потенциально опасные изменения относительно базового уровня и информировать о них. При необходимости можно автоматически наносить медикаменты точно на пораженные участки для их лечения. Можно наносить регулируемые и точно направляемые дозы медикаментов для уменьшения риска возникновения нежелательных побочных эффектов. Можно также наносить лекарства на большой участок кожи в течение длительного периода времени для достижения желаемого результата лечения.

Краткое описание чертежей

Представленный ниже вариант осуществления настоящего изобретения будет описан только в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых

фиг.1 изображает структурную схему рабочей среды, в которой можно применить варианты настоящего изобретения для нанесения ИОВ на кожу;

фиг.2 изображает структурную схему рабочей среды, в которой можно применить варианты настоящего изобретения для нанесения ИОВ на кожу с обменом данными по сети;

фиг.3 изображает структурную схему рабочей среды, в которой можно применить варианты настоящего изобретения для нанесения ИОВ на кожу с обменом данными по сети и применением портативного наносящего устройства;

фиг.4 изображает структурную схему использования красного, желтого и синего ИОВ;

фиг.5 изображает структурную схему рабочей среды, в которой можно применить варианты настоящего изобретения с помощью модульного портативного наносящего устройства для нанесения краски на кожу;

фиг.6 изображает алгоритм выполнения способа с применением системы нанесения;

фиг.7 изображает алгоритм выполнения способа настройки системы нанесения;

фиг.8 изображает алгоритм выполнения способа программирования в варианте нанесения для печати на коже;

фиг.9 изображает алгоритм выполнения способа создания печатаемого улучшающего изображения;

фиг.10 иллюстрирует, как трехмерный объект преобразуется в карту двумерной поверхности в компьютерной модели;

фиг.11 изображает алгоритм, иллюстрирующий процесс определения принципов привлекательности;

фиг.12 изображает схему, иллюстрирующую освещение участка сверху с изменениями текстуры поверхности;

фиг.13 изображает схему, иллюстрирующую характеристики или признаки на трехмерном изображении лица человека;

фиг.14 изображает перспективную схему, иллюстрирующую признаки на двумерной карте лица человека;

фиг.15 изображает перспективную схему, иллюстрирующую характеристики или признаки на двумерной карте лица человека;

фиг.16А-Е изображают графики отражательной способности, освещенности и печатаемого улучшающего изображения по линии А-А' на двумерной карте лица человека по фиг.14;

фиг.17 изображает трехмерное лицо человека, которое было улучшено посредством печати ИОВ согласно печатаемой карте улучшения;

фиг.18 иллюстрирует схематически характеристики трехмерной ноги человека с соответствующей отражательной способностью, полученные через спектральную базу на двумерной карте, и печатаемое улучшающее изображение;

фиг.19 изображает схематически трехмерную ногу человека, которая была улучшена посредством печати ИОВ согласно печатаемому улучшающему изображению;

фиг.20А-В иллюстрируют схематически характеристики трехмерной груди человека с соответствующей отражательной способностью, полученные через спектральную базу на двумерной карте;

фиг.21 схематически иллюстрирует выполнение множества проходов сканирования и нанесения;

фиг.22А-С схематически иллюстрируют эффекты нанесения ИОВ для улучшения внешнего вида старческой веснушки;

фиг.23 изображает обобщенный график соотношения визуальной выгоды и разрешающей способности;

фиг.24 изображает алгоритм, иллюстрирующий общие этапы, применяемые в настоящем изобретении;

фиг.25 изображает в обобщенном виде конфигурации непривлекательных признаков в полосах RGB;

фиг.26 изображает схематически разделительный колпачок на сенсоре;

фиг.27 изображает структурную схему рабочей среды, в которой можно применить варианты настоящего изобретения для нанесения ИОВ на кожу с обменом данными по сети и при использовании наносящего устройства, содержащего кабину;

фиг.28 изображает обобщенный график более слабых и более сильных средних частот;

фиг.29 изображает структурную схему рабочей среды, в которой можно применить варианты настоящего изобретения для нанесения ИОВ на кожу с обменом данными по сети и при использовании блоттерного наносящего устройства;

фиг.30 изображает структурную схему рабочей среды, в которой можно применить варианты настоящего изобретения для нанесения ИОВ на кожу с обменом данными по сети и при использовании портативного наносящего устройства с изогнутой поверхностью;

фиг.31 изображает алгоритм координации картографирования кожи на пиксельном уровне;

фиг.32 изображает алгоритм координации нанесения ИОВ на пиксельном уровне;

фиг.33 изображает алгоритм, иллюстрирующий процесс применения методов улучшения;

фиг.34 изображает алгоритм, иллюстрирующий процесс определения целевой глубины сканированного участка;

фиг.35 изображает алгоритм, иллюстрирующий процесс определения целевого освещения сканированного участка;

фиг.36 изображает структурную схему наносящего устройства, содержащего кабину;

фиг.37 изображает схематически простой пример сглаживания кожи;

фиг.38 изображает схематически пример сглаживания за несколько проходов;

фиг.39 изображает схематически пример лицевой карты;

фиг.40А-В изображают примерные схемы расположения СИД и сенсоров для получения данных отражательной способности и ориентации кожи;

фиг.41 изображает схематически распознавание признаков;

фиг.42 изображает схематически пример распознавания признаков;

фиг.43 изображает схематически художественную стратегию для нанесения ИОВ;

фиг.44 изображает пример вращающегося принтера для блоттерного наносящего устройства;

фиг.45 изображает пример текстового изображения, иллюстрирующий кажущуюся глубину, и

фиг.46 изображает алгоритм, иллюстрирующий процесс коррекции;

фиг.47А изображает вид сбоку одного варианта ручного устройства для пятен на коже;

фиг.47В изображает вид спереди устройства по фиг.47А;

фиг.47С изображает вид сверху поперечного сечения по линии А-А' на фиг.47В.

фиг.48 изображает алгоритм, иллюстрирующий способ медицинского мониторинга и факультативного лечения;

фиг.49 изображает алгоритм, иллюстрирующий способ идентификации медицинских проблем;

фиг.50 изображает диаграмму, иллюстрирующую количество образцов, собранных у человека для медицинского мониторинга за год с помощью различных методов сбора данных;

фиг.51 изображает структурную схему, иллюстрирующую рабочую среду для настоящего изобретения с элементами информирования; и

фиг.52 изображает структурную схему, показывающую использование второго резервуара с медицинскими соединениями и второй печатающей головки струйного принтера для нанесения медицинских препаратов в косметической системе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА - ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОСМЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ИЗМЕНЯЮЩИХ ОТРАЖАТЕЛЬНУЮ СПОСОБНОСТЬ ВЕЩЕСТВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭТОЙ КОСМЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОГО МОНИТОРИНГА

Следующее подробное описание изобретения представлено для его более ясной иллюстрации. Однако специалистам будет понятно, что изобретательский замысел настоящего изобретения не ограничен этими конкретными подробностями. На структурных схемах также показаны для ясности общеизвестные элементы, но только в качестве примеров, не ограничивающих настоящее изобретение. Кроме того, порядок осуществления процессов, последовательность их нумерации и наименования представлены для иллюстрации и не ограничивают настоящее изобретение.

В данном варианте описан косметический способ улучшения внешней привлекательности участка человеческой кожи, предложенный в одновременно рассматриваемых заявках, поданных заявителями настоящего изобретения. Как будет более подробно описано ниже, в одном варианте настоящего изобретения косметическая система адаптирована для использования при медицинском мониторинге кожи. Ее преимущество заключается в возможности частого мониторинга кожи во время косметических процедур без дополнительных усилий. В другом варианте многие методы сканирования, картографирования и нанесения, описанные для косметической системы, адаптированы для устройства для медицинского мониторинга.

Как показано на фиг.24, этот косметический способ содержит следующие основные этапы.

• Этап 900 - Распределение участка кожи на множество фрекселей.

• Этап 910 - Измерение по меньшей мере одного оптического атрибута каждого из множеств фрекселей.

• Этап 920 - Определение из оптических атрибутов фрекселей по меньшей мере одной измеренной характеристики кожи, влияющей на внешнюю привлекательность.

• Этап 930 - Определение желаемого состояния этой характеристики кожи.

• Этап 940 - Нанесение по меньшей мере одного изменяющего отражательную способность вещества на конкретные фрексели для изменения измеренной характеристики кожи в целях достижения желаемого состояния данной характеристики кожи. Этот этап можно модифицировать для нанесения одного или более медицинских препаратов в настоящем изобретении.

Распределение области кожи на множество фрекселей

В данной заявке термин "фрексель" ("frexel") означает небольшую пикселеобразную область кожи. Термин "кожа" относится не только к коже на поверхности тела человека, но также, в более широком смысле, к любому признаку человека, который можно улучшить косметическим путем, например к ногтям и волосам. Фрексель может соответствовать небольшой части веснушки или другого признака кожи, или может соответствовать участку кожи, который не имеет особых признаков. Таким образом, фрексель относится к коже, а не к независимой системе координат.

Термин "фрексель" предполагает, что измеряемый элемент находится не на плоской, а на трехмерной поверхности. Область кожи состоит из множества фрекселей. Например, при использовании разрешения 300 точек на дюйм (11,8 точек на мм) фрексель может иметь ширину и высоту около 1/300-ой дюйма (0,085 мм), что составляет около 90000 фрекселей на кв.дюйм (140 фрекселей на кв.мм). Поверхность тела человека может иметь миллионы фрекселей.

Благодаря распределению кожи на фрексели настоящее изобретение позволяет сканировать и наносить ИОВ для улучшения, соответствующего более высокому уровеню способности человеческого зрения различать детали.

Фиг.23 изображает обобщенный график соотношения визуальной выгоды 450 и разрешающей способности 452 в точках на дюйм. Целевое разрешение в интервале 50-300 точек на дюйм (2-11,8 точек на мм) обеспечивает гораздо лучшее разрешение, чем существующие косметические методы, а также преимущества в выполнении корректировок в зависимости от реальных и желаемых характеристик кожи, не говоря уже о дополнительном преимуществе автоматического нанесения. Известные методы нанесения косметики кистями, трубчатыми аппликаторами и пальцами дают гораздо более крупное разрешение. Например, тонкая кисточка имеет разрешение приблизительно около 20 точек на дюйм (0,8 точек на мм).

Измерение по меньшей мере одного оптического атрибута каждого из множества фрекселей

Сканирование

Как показано на фиг.1, в одном варианте наносящее устройство, содержащее сканер 220, перемещается по участку кожи 302, чтобы сканер 220 мог электронным путем записать данные об одном оптическом атрибуте, таком как отражательная способность, для каждого из множества фрекселей. Участком кожи 302 может быть, например, лицо.

Сканирование позволяет получать изображения при различных частотах для получения полезных данных. Например, можно получить данные об отражательной способности в конкретном цвете, например красном, чтобы помочь определить конкретную характеристику кожи для улучшения. Сканирование может также обеспечить данные для определения других характеристик кожи, например топологии поверхности, на основании угла отражения от множества источников света.

В одном варианте для сканирования используется двумерная матрица. В других вариантах может использоваться линейная матрица.

Звуковые сигналы

В одном варианте можно использовать одно или более сигнальных средств, таких как звуковые, световые или вибрационные, для индикации завершения достаточного сканирования.

Сенсоры

В одном варианте сканер 220 содержит сенсор и четыре СИД, расположенных в известной конфигурации внутри корпуса. Обычно каждый СИД включается и выключается таким образом, чтобы позволить воспринять по меньшей мере одну оптическую характеристику для каждого источника света. В одном примере можно выполнить 120 захватов в секунду, по 30 от каждого источника, что позволит быстро получить большое количество данных о коже. Эти данные можно затем использовать для определения характеристик отражательной способности на различных длинах волн, а также профиля поверхности кожи. В одном варианте захваченные изображения можно усреднить для эффективности.

В одном варианте сенсор содержит затеняющие шаблоны на СИД, полезные для определения относительного положения сенсора.

В одном варианте можно использовать монохроматический сенсор с матрицей Байера. Можно также использовать другие компоновки СИД и сенсоров.

Анализ сканированных данных

Сканированные данные содержат информацию об

• отражательной способности кожи и

• положении кожи относительно сенсора и признаках кожи.

В одном варианте алгоритм 230 нанесения помещает сканированные данные в полосы пространственной частоты и использует распознавание образов для их анализа, чтобы определить рельеф участка кожи 302 и размеры, которые требуют нанесения ИОВ 264. Процесс, используемый для определения этих размеров, будет подробно описан ниже.

Алгоритм 230 нанесения использует анализ для создания в программе карты 232 нанесения для участка кожи 302, которая сохраняется в памяти 250 для потенциального использования в будущем.

Оптические атрибуты

Отражательная способность, являющаяся мерой отражения кожи, не зависит от освещенности. Освещенность является мерой количества света, попадающего на кожу. Показание света не зависит от показания топологии поверхности.

В одном варианте определенные оптические атрибуты, такие как величина отражательной способности каждого фрекселя, можно определить прямо из сканированных данных. В другом варианте сканированные данные преобразуются по меньшей мере в одну полосу пространственной частоты для анализа. В еще одном варианте сканированные данные можно преобразовать во множество полос пространственной частоты, такие как красная, зеленая и синяя полосы (RGB).

На фиг. 16А-Е показаны образы двумерного лица 232, показанного на фиг.14, после того как данные были введены в одиночные полосы пространственной частоты для определения атрибутов альбедо 348 и освещенности 352.

Альбедо

Альбедо представляет собой процент отражения падающего света от поверхности объекта. В случае электронного сканирования альбедо представляет собой RGB значения сканированного участка кожи. В настоящей заявки термин "реальное альбедо" означает альбедо, наблюдаемое до коррекции, а термин "целевое альбедо" относится к желаемой отражательной способности кожи, обеспечивающей улучшение внешнего вида этого участка кожи. В одном примере целевое альбедо определяется из одной или более стратегий коррекции, включающих в себя общее сглаживание, улучшение конкретного признака и художественные стратегии.

Верхняя полоса на фиг.16 представляет реальное альбедо по линии А-А' на двумерной карте 232 поверхности на фиг.14. Подъем кривой реального альбедо указывает на светлое пятно 408. Глубокий резкий спад кривой указывает на неровность 412, такую как шрам. Часть неправильной формы идентифицирует веснушку 410.

Освещенность

Освещенность - это падающий свет, достигающий единицы площади поверхности объекта, и она зависит от угла падающего света относительно поверхности.

Полосы пространственной частоты также графически отображают реальную освещенность или затенение 352, показанное на фиг.16, двумерной карты 232 поверхности, показанной на фиг.14.

Данные отражательной способности и освещенности и вычисления

В одном примере данные фрекселей, полученные при сканировании области кожи, можно представить следующим образом:

[(x_s,y_s,z_x,α_s,β_s,γ_s),

(x_f,y_f,z_f,α_f,β_f,γ_f),

{(refl)_A,(refl)_N,(refl)_S,(refl)_E,(refl)_W}]

Термин {(refl)_A,(refl)_N,(refl)_S,(refl)_E,(refl)_W} представляет отражательные данные для фрекселя i в условиях окружающего освещения для каждого из четырех источников света, таких как СИД, которым произвольно присвоены имена "север", "юг", "восток", "запад" для облегчения обсуждения. Можно использовать другие количества источников света, например три, однако для математических выкладок проще использовать четыре источника света. Термин (refl) представляет одну или более точек данных для измерения отражательной способности. Мера отражательной способности для длины волны является произведением некоторой константы, освещенности и альбедо для данной длины волны:

Отражательная способность = k * освещенность * альбедо

Например,

Отражательная способность (красный) = k (красный) * освещенность(красный) * альбедо(красный).

Константа зависит от нескольких факторов, включая скорость линзы, чувствительность камеры или сенсора, характеристику пропускания светофильтра, коэффициент усиления аналогового усилителя, цифровой коэффициент усиления, применяемый программой, и другие факторы. Константа k обычно измеряется и корректируется так же, как эти эффекты корректируются константой коррекции или калибровкой камеры. Значение константы обычно можно определить во время калибровки, когда освещение от СИД предположительно зафиксировано, и альбедо вычисляется на основании этого предположения.

Отражательная способность является не абсолютной, а только мерой того, что выходит из камеры.

Сенсором типично является камера без усилителя, цифрового преобразователя или корпуса линзы. В одном варианте сенсором служит твердотельный МОП-сенсор с линзой и связанным с ним электронным оборудованием.

Данные фрекселей можно обрабатывать для определения отражательной способности и освещенности для каждого источника света, и эту информацию можно использовать для определения отражательной способности и профиля поверхности.

В одном примере отражательная способность является средним значением для всех измерений. Отражательную способность можно определить из известной яркости источников света, таких как СИД. Освещенность - это известный свет, умноженный на косинус угла падающего света относительно нормали.

При получении данных отражательной способности существует проблема, состоящая в том, что под некоторыми углами может иметь место блеск, препятствующий получению точных показаний. В одном примере блеск или глянцевость можно исключить с помощью поляризационных материалов, обеспечивающих перекрестную поляризацию СИД. В других примерах сенсор можно преднамеренно расположить под относительно большим углом, таким как 60 градусов, для исключения блеска.

Определение положения

Положение фрекселя относительно сенсора или системы координат

Термин (x_f,y_f,z_f,α_f,β_f,γ_f) может представлять расстояние фрекселя i от сенсора, или может представлять абсолютное положение и ориентацию фрекселя относительно системы координат. В одном примере определение расстояния от фрекселя до сканера можно выполнять в два этапа. На первом этапе можно осуществить приблизительное механическое измерение, например, постоянной высоты сенсора над кожей. На втором этапе можно осуществить измерение первой оптической производной для точной подгонки. В одном примере точная подгонка вычисляется путем измерения угла относительно поверхности. В другом варианте точная подгонка может быть выполнена с помощью двух источников света, чтобы отправить две контрольные точки или координатные сетки для обнаружения сенсором.

Грубая механическая оценка

В одном варианте сенсор можно прикрепить к шлему или стационарной кабине, чтобы можно было определить положение сенсора относительно шлема или кабины.

В другом варианте, показанном на фиг.26, сенсор 278 можно снабдить колпачком 280 для сохранения средней высоты сенсора 278 над кожей.

В следующем варианте сенсор может стартовать из известного положения и отслеживать свои движения для оценки положения. Этот сенсор может измерять угол относительно самого зонда для определения формы признака поверхности относительно постоянно изменяющейся плоскости зонда.

Можно использовать шарнир для обеспечения ориентира в пространстве. Можно использовать слежение, чтобы следить за положением руки или ручного сканера в пространстве. Шарнирный узел может обеспечить регулярный обратный сигнал, как это делается в стереокартографировании или GPS относительно спутников, например в авиаопылении.

Тонкая оптическая регулировка

Для более тонкой регулировки можно использовать оптические средства. Например, первую производную компоненты z кожи можно получить из затенения посредством многократных освещений и затенений от зондов. Первая производная может дать меру угла поверхности.

В одном примере три источника света посылают различные образы. Цвет и затенение обеспечивают данные для определения рельефа поверхности, чтобы можно было получить карту затененного рельефа от СИД.

Ориентация фрекселя

Ориентацию фрекселя можно определить путем определения наклона фрекселя относительно двух ортогональных осей. Ориентация фрекселя и его соседей является показателем действительной локальной текстуры поверхности кожи. Одним аспектом настоящего изобретения является возможность измерения и компенсации как локальных отражательных свойств, так и локальной текстуры поверхности.

В этом примере четыре источника света названы "север", "юг", "восток" и "запад". Сенсор получает данные, когда каждый источник света включен, а остальные источники выключены. Сенсор может также получать данные для окружающего освещения со всеми выключенными источниками света.

Наклон фрекселя можно определить путем сравнения измерений "севера" и "юга". Разность между этими измерениями связывается с наклоном фрекселя по оси восток-запад. Разность между измерениями "востока" и "запада" связывается с наклоном фрекселя по оси север-юг.

Обычно требуется выполнение гамма-коррекции путем преобразования данных в линейное пространство. Гамма-коррекция аппроксимируется путем извлечения квадратного корня выходных данных обычными гамма-2 камерами.

Источники света

На фиг.40А-В показана конфигурация источников света, которую можно использовать в одном варианте настоящего изобретения. В этом примере используется четыре источника света: СИД_N, СИД_S, СИД_E, СИД_W. Источники света размещены в ромбовидной конфигурации, а сенсор находится в центре компоновки СИД. Эта конфигурация упрощает математический анализ для вычисления профиля поверхности.

Среднее освещение

В одном варианте полезно использовать концепцию среднего освещения. Среднее освещение - это средний угол и рассеяние света, достигающего конкретной поверхности. Оно является определением того, как затенены неровности поверхности. Например, среднее освещение для всего тела осуществляется сверху, и типичная ориентация головы - вертикальная, поэтому бугорок на щеке обычно затенен снизу. У ребенка на пляже бугоро