技术领域
本发明涉及用于评估美容产品在皮肤上的美容效果的方法。
背景技术
近来，已经开发了用于测量美容产品的美容效果的一些方法。例如，JP-A-2007-307084公开了一种用于通过测量由于由促进的血液循环所引起的皮肤颜色改变而造成的皮肤颜色的美白度的增加来评估美白效果的方法。在该方法中，美白效果通过平均血色素含量的增加率来确定。
JP-A-2008-245666公开了一种用于评估皮肤色素沉淀的方法，包括通过使用摄像机来获得用于调整白平衡的比色图表的彩色图像的步骤。该方法基于提供彩色图像的RGB信息和不教导色斑和皮肤颜色的均匀性的常规颜色参数。
然而，消费者感知是非常复杂的并且因而多种仪器参数通常用来理解消费者感到并想到什么。而且，由现有技术所获得的结果不够精确而无法理解消费者的需要。
用于评估美容产品的美容效果的常规方法主要基于由区域的光谱或者平均光谱产生的颜色信息。然而，差异可以通过基于颜色分析的方法在美容应用中利用客户感知来找到。
另一方面，与光谱角映射图分形分析结合的高光谱成像方法已经针对用于人类皮肤黑色素的非-侵入性的测量的方法和装置而被开发。例如，JP-A-2010-51589公开了一种用于测量人类皮肤中的黑色素的量的非-侵入性的方法。JP-A-2010-125288公开了一种用于通过以非-侵入性的方式使用光谱分析来创建用于黑色素瘤诊断的图像的方法。JP-A-2010-252904公开了一种用于使用光谱分析来导出用于辨别黑色素瘤的指标（index）的方法。
高光谱成像方法具有许多优点。例如，该方法是非-侵入性的、非接触的并且使得能够实现迅速的测量。此外，可以通过该方法获得分子水平上的信息。
超光谱成像方法已经主要聚焦在生物医学领域上，以用于雀斑恶性黑色素瘤的图像和浅表癌的预诊断应用的目的。然而，迄今还未在美容领域中研究超光谱成像方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于以高精度和准确度评估美容产品在皮肤上的美容效果的新方法。另一目的是提供直接链接到客户感知的新指标。
本发明的上述目的可以通过一种用于评估美容产品在皮肤上的美容效果的方法来实现，所述方法包括以下的步骤：
（i）测量应用之前的对象皮肤和参考物的表面处的漫反射光谱，以获取对象皮肤和参考物的表面处的位置信息和包括像素处的漫反射光谱的像素数据，
（ii）将美容产品应用到对象皮肤的表面，
（iii）测量应用之后的对象皮肤的表面处的漫反射光谱，以获取对象皮肤的表面处的位置信息和包括像素处的漫反射光谱的像素数据，
（iv）根据应用之前和之后的对象皮肤和参考物的表面处的漫反射光谱来确定多维向量，
（v）通过将美容产品的应用之后的对象皮肤的相对光谱长度、光谱角和熵中的任何指标与美容产品的应用之前的指标相比较来评估美容产品的美容效果，
其中
应用之前和之后的相对于参考物的光谱长度的对象皮肤的平均光谱长度使用参考向量根据应用之前和之后的对象皮肤的多维向量来确定，
光谱角使用参考向量根据应用之前和之后的对象皮肤和参考物的多维向量来确定，并且
熵根据光谱角、位置信息和像素数据来确定。
步骤（iv）中的应用之前和之后的对象皮肤和参考物的多维向量可以通过其分量是像素处的波长带处的漫反射的向量来确定。
步骤（v）中的应用之前和之后的对象皮肤的相对光谱长度（和）可以通过以下等式来确定：
其中
Lr是参考物的多维向量的平均长度，
Lsb是应用之前的对象皮肤的多维向量的平均长度，并且
Lsa是应用之后的对象皮肤的多维向量的平均长度，
其中
其中
aij是参考物的第j个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
bij是应用之前的对象皮肤的第j个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
cij是应用之后的对象皮肤的第j个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
n是波长带的总数目，并且
N是像素的总数目。
步骤（v）中的应用之前的光谱角（θbj）和应用之后的光谱角（θaj）可以通过以下等式确定：
其中
Lrj是参考物的第j个像素处的多维向量的长度，
Lsbj是应用之前的对象皮肤的第j个像素处的多维向量的长度，
Lsaj是应用之后的对象皮肤的第j个像素处的多维向量的长度，
θbj是应用之前的对象皮肤的第j个像素处的光谱角，
θaj是应用之后的对象皮肤的第j个像素处的光谱角，
aim是参考物的第m个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
bij是应用之前的对象皮肤的第j个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
cij是应用之后的对象皮肤的第j个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
n是波长带的总数目，并且
N是像素的总数目。
步骤（v）中的应用之前和之后的熵可以通过以下等式来确定：
其中
epyb是应用之前的熵，
epya是应用之后的熵，
其中
n(θb,k)是其中对应的光谱角小于θb,k的像素的数目，
n(θa,k)是其中对应的光谱角小于θa,k的像素的数目，并且
N是像素的总数目
其中
K是和之间的分段的总数目，其中。
漫反射光谱的波长可以在450至750nm的范围内。
参考物可以是内臂的皮肤。
对象皮肤可以是面部的皮肤。
美容产品可以用于局部应用。
用于局部应用的美容产品可以是皮肤护理产品、用于皮肤的化妆产品、或防晒产品。
皮肤护理产品可以选自包括如下项的组：洁面乳（cleanser）、护肤液（lotion）、面霜（cream）、凝胶（gel）、面膜（facialmask）、皮肤提亮品（skinlightener）、皮肤美白品（skinwhitener）和精华（serum）。皮肤护理产品可以用于皮肤提亮、皮肤美白、皮肤漂白或自助美黑。
根据本发明的方法可以是非-侵入性的。
根据本发明的方法可以用于评估提亮或美白效果、用于评估针对紫外线辐射的防护效果、以及用于评估化妆效果。
附图说明
图1示出了本发明中使用的装置的示例的示意图。
图2示出了安装在图1中所示的装置上的分光计的框图。
具体实施方式
深入研究后，本发明人发现，有可能提供一种用于以高精度和准确度评估美容产品在皮肤上的美容效果的方法，并且有可能提供直接链接到客户感知的新指标。
根据本发明的方法可以通过与皮肤色调相关地考虑光谱角和光谱长度来提供准确的分析结果，使得可以获得关于皮肤颜色的均匀性和美白美容产品的效果的准确信息。该方法可以实现数据质量的提高，使得消费者感知可以由于来自光谱角和光谱长度的参数而被精确理解。
此外，根据本发明的方法具有如下的有利效果：被用于根据本发明的方法的设备提供快速数据获取时间、该时间过程期间的较低数据-波动、以及较低故障频率。用于根据本发明的方法的软件提供操作者-友好界面、用于定位的简易导航、自动校准、以及误动作指示器。
下文，将更详细地解释根据本发明的用于评估美容产品在皮肤上的美容效果的方法。
[用于评估美容效果的方法]
根据本发明的用于评估美容产品在皮肤上的美容效果的方法包括以下的步骤：
（i）测量应用之前的对象皮肤和参考物的表面处的漫反射光谱，以获取对象皮肤和参考物的表面处的位置信息和包括像素处的漫反射光谱的像素数据，
（ii）将美容产品应用到对象皮肤的表面，
（iii）测量应用之后的对象皮肤的表面处的漫反射光谱，以获取对象皮肤的表面处的位置信息和包括像素处的漫反射光谱的像素数据，
（iv）根据应用之前和之后的对象皮肤和参考物的表面处的漫反射光谱来确定多维向量，
（v）通过将美容产品的应用之后的对象皮肤的相对光谱长度、光谱角和熵中的任何指标与美容产品的应用之前的指标相比较来评估美容产品的美容效果，
其中
应用之前和之后的相对于参考物的光谱长度的对象皮肤的平均光谱长度使用参考向量根据应用之前和之后的对象皮肤的多维向量来确定，
光谱角使用参考向量根据应用之前和之后的对象皮肤和参考物的多维向量来确定，并且
熵根据光谱角、位置信息和像素数据来确定。
在步骤（i）和（iii）中，应用之前和之后的对象皮肤和参考物的表面处的漫反射光谱被测量以获取对象皮肤和参考物的表面处的位置信息以及包括像素处的漫反射光谱的像素数据。在步骤（i）和（iii）中获得的漫反射光谱与二维平面中的波长相关。
为了利用分子水平处的信息，漫反射光谱的波长优选为在450至750nm的范围内，更优选为在500至750nm的范围内，其是可见-近红外光谱。可见-近红外光谱包括构成对象的分子水平处的分量的信息。
在漫反射光谱的测量中，可以扫描所有预定的空间区域。因此，存在也将获取不必要的像素数据的可能性。因此，优选地，在获取了像素数据后，在给定波长处具有预定的反射率的像素数据应当通过过滤被排除。
在根据本发明的方法中使用的参考物优选为内臂的皮肤。
在步骤（iv）中，确定来自应用之前和之后的对象皮肤和参考物的表面处的漫反射光谱的多维向量。应用之前和之后的对象皮肤和参考物的多维向量可以通过其分量是像素处的波长带处的漫反射的向量来确定。
在步骤（v）中，美容产品的美容效果通过将美容产品的应用之后的对象皮肤的相对光谱长度、光谱角和熵中的任何指标与美容产品的应用之前的指标相比较来评估。
相对光谱长度和光谱角通过在F.A.Kruse等人的“Thespectralimageprocessingsystem(SIPS)-interactivevisualizationandanalysisofimagingspectrometerdata”,(1993)RemoteSensingofEnvironment,44,第145-163页中描述的光谱角映射器（SAM）来计算。
步骤（v）中的应用之前和之后的对象皮肤的相对光谱长度（和）可以根据多维向量来确定。这些长度指示由皮肤中的黑色素含量的改变所引起的净光吸收的改变。相对光谱长度可以通过以下等式来确定：
其中
Lr是参考物的多维向量的平均长度，
Lsb是应用之前的对象皮肤的多维向量的平均长度，并且
Lsa是应用之后的对象皮肤的多维向量的平均长度，
其中
其中
aij是参考物的第j个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
bij是应用之前的对象皮肤的第j个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
cij是应用之后的对象皮肤的第j个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
n是波长带的总数目，并且
N是像素的总数目。
相对光谱长度越长，从皮肤获取的反射越多。
步骤（v）中的应用之前的光谱角（θbj）和应用之后的光谱角（θaj）可以根据多维向量的内积来确定。这些光谱角指示分子水平处的对象皮肤和参考物之间的光谱特性的质变，诸如由于黑色素和血色素量之间的平衡的改变所造成的皮肤中的组分比的差异。这些光谱角可以通过以下等式确定：
其中
Lrj是参考物的第j个像素处的多维向量的长度，
Lsbj是应用之前的对象皮肤的第j个像素处的多维向量的长度，
Lsaj是应用之后的对象皮肤的第j个像素处的多维向量的长度，
θbj是应用之前的对象皮肤的第j个像素处的光谱角，
θaj是应用之后的对象皮肤的第j个像素处的光谱角，
aim是参考物的第m个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
bij是应用之前的对象皮肤的第j个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
cij是应用之后的对象皮肤的第j个像素的第i个波长带处的漫反射分量，
n是波长带的总数目，并且
N是像素的总数目。
光谱角越小，对象皮肤越接近参考物。
熵是反映对象皮肤的表面处的分子信息的指标之一。该熵指示与皮肤的均匀性相关联的光谱角分布的宽度。步骤（v）中的应用之前和之后的熵可以通过以下等式来确定：
其中
epyb是应用之前的熵，
epya是应用之后的熵，
其中
n(θb,k)是其中对应的光谱角小于θb,k的像素的数目，
n(θa,k)是其中对应的光谱角小于θa,k的像素的数目，并且
N是像素的总数目
其中
K是和之间的分段的总数目，其中。
熵越小，皮肤的颜色越均匀。
通过设置光谱角分布中的百分比和光谱角的阈值，可以从分析中排除不感兴趣的点。对象皮肤的光谱角应当小于阈值，使得如果以某一百分比存在具有较高阈值的点，则它们将从目标点排除。
根据本发明的方法可以被用于美容产品的颜色分析和肤色分析的应用，这是通过确定（1）应用之前和之后的差异，以及（2）紧接在应用之后和美容产品的应用的任何小时数之后的差异。
根据本发明的方法是一种有益的评估工具，其通过与对象皮肤色调相关地考虑光谱角和光谱长度来提供准确的分析结果。该方法可以使用来自光谱角和光谱长度的参数实现针对精确理解消费者的感知的数据质量的提高。
[美容产品]
在根据本发明的方法的步骤（ii）中，美容产品被应用到对象皮肤的表面。对象皮肤优选为面部的皮肤。
本发明中使用的美容产品优选用于局部应用。用于局部应用的美容产品可以是皮肤护理产品、用于皮肤的化妆产品、或防晒产品。
皮肤护理产品并不特别限制，并且可以选自包括如下项的组：洗面乳、护肤液、面霜、凝胶、面膜、和精华。皮肤护理产品可以用于皮肤提亮、皮肤美白、皮肤漂白或自助美黑。
皮肤提亮品和皮肤美白品是用于应用到人体的表面以用于提亮或美白的目的的合成物，并且优选为用于局部应用在皮肤上的美容品或剂。用于局部应用在皮肤上的美容品或剂意指要应用到皮肤上的产品，并可以对应于皮肤病学药物或准药物。术语“提亮”和“美白”意指抑制黑色素的产生和/或沉积的所有效果，并且包括抑制黑色素的产生并降低已产生的黑色素。
在皮肤提亮品或皮肤美白品是美容水的情况下，美容水优选为透明的或者优选地具有均匀的外观。本文，表述“透明”意指不具有由于折射或反射所引起的任何偏离的透照性质。诸如美容水之类的合成物的透明性可以通过浊度计来测量。例如，可以采用由Hach公司制造的便携式浊度计模型2100P（商标名），以便测量合成物的透明性极限。当合成物具有范围为从0到250NTU的测量浊度值时，该合成物可以被视为透明的。
皮肤提亮品或皮肤美白品被用于美容处理过程中，所述过程包括将皮肤提亮品或皮肤美白品应用到皮肤上的步骤。特别地，该过程适于除去例如由外部因素所引起的褐色色素瑕疵和/或例如由内部因素（诸如年龄增长等）所引起的瑕疵，和/或适于提亮棕色皮肤。
本发明中使用的美容产品可以采用如下的形式：悬浮液、分散液；水包油、油包水、或多重乳液；凝胶或慕斯；油状或乳化凝胶；囊泡特别是脂质囊泡的分散液；两相或多相护肤液；喷雾；松散的、紧凑的或铸型粉；无水膏体。美容产品可以具有如下的样子：护肤液、面霜、脂、软膏、油膏、慕斯、铸型或模制的固体、或紧凑的固体。
美容产品还可以采用用于保护或护理面部、颈部、手或身体的皮肤的合成物的形式。
本发明中使用的美容产品可以包括通常在美容品中采用的成分，诸如酸、碱、盐、色素、抗氧化剂、UV吸收剂、血液循环促进剂、金属螯合剂、皮脂控制剂、粉、收敛剂、皮肤软化剂、保湿剂、表面活性剂、油、有机溶剂、硅氧烷、硅氧烷衍生物、从动物或植物导出的天然提取物、蜡等。
[装置]
将参照图1和2来描述本发明中使用的装置。在图1中，1是对象S。2是白光源，并且具有缝隙3的分光计4集成有CCD摄像机5。分光计4是配备有透射光栅的成像分光计。从测量对象的一行反射的光通过缝隙3，被成像在充当检测器的CCD摄像机5的光接收表面上，并且被分光计分散。即，CCD摄像机5的光接收表面的X轴对应于测量对象的一行的位置，并且Y轴方向是分散的光的光谱。
在图2中示出分光计4的详细结构。缝隙3由凝聚光的透镜3b和缝隙主体3a构成。此外，分光计4由两个透镜4a和4c之间的透射光栅系统的棱镜4b构成。使用EM（电子倍增）CCD摄像机、CCD摄像机5使灵敏度增强到甚至弱光。
由于该装置的光学部件如上所述那样配置，所以对象S的一行的漫反射光谱数据可以从CCD摄像机的一帧获得。该数据被输入到数据处理设备6。然后，为了得到CCD摄像机的下一帧，以短距离移动该装置的光学部件，并且将下一行的漫反射光谱数据发送到数据处理设备6。通过重复该操作，有可能获得二维平面的漫反射光谱数据。实际上，通过在与对应于X轴的测量对象表面的一行垂直的方向上移动的机构（诸如控制单元6b），光学部件基本上连续地移动，并且数据由CCD摄像机5同步地获取。
尽管未示出，在本发明中使用的装置设有一对极化板。来自白光源2的光通过极化板线性地极化，并且仅来自白光源2的垂直线性极化光分量入射在分光计4上。因此，发生在对象S的表面处的不规则反射的影响被抑制。此外，极化板的方向可以自由设定。
尽管未示出，在本发明中使用的装置具有自动对焦（AF）功能，其可以总是聚焦在测量点的中心上。因此，由频率空间中的大的不规则性所引起的阴影的影响相对地在对象S的表面上可以被抑制。
本发明中使用的装置可以将由分光计4的特性所确定的波长带中的漫反射光谱存储在每一个像素中的二维图像中。二维图像的基本长度尺度由如下的尺寸确定：由缝隙3的光学缝隙长度和分光计4的光学系统放大率所确定的测量屏幕垂直尺寸、由缝隙3的光学缝隙宽度和控制器件7的驱动器软件设定所确定的测量横向屏幕尺寸、CCD摄像机5的一个像素尺寸、以及由缝隙3的光学缝隙宽度和分光计4的光学系统放大率所确定的一个像素尺寸。关于位置的信息和漫反射光谱可以在短时间内通过垂直于光学缝隙的纵向方向的线扫描来获取。获得的目标对象的漫反射光谱的分析使得有可能绘制二维光谱图像。因此，有可能利用该装置高亮其中在漫反射光谱中光学地存在定性或定量差异的区域。还有可能通过根据漫反射光谱计算和绘制三原色元素值来重新配置伪彩色图像。
[美容应用]
根据本发明的方法可以被用于各种应用。例如，该方法可以被用于评估诸如皮肤提亮品和皮肤美白品之类的美容产品在皮肤上的提亮或美白效果。
根据本发明的方法也可以被用于评估防晒产品在皮肤上的针对紫外线辐射的防护效果。
根据本发明的方法还可以被用于评估化妆产品针对皮肤的化妆效果。
示例
将通过示例以更详细的方式描述本发明。然而，它们不应当被解释为限制本发明的范围。
[装置]
高光谱成像设备（日本东京MitakaKohki有限公司MSI-03）被用于该研究。该装置的细节如下：
光谱分辨率：1.51nm，
光谱范围：450.23-749.95nm，
测量区域：16.09mm×21.52mm，
空间分辨率：32.7μm，
测量时间：约10s，
光源的功率：150W，
波长带的总数目（n）：199
像素的总数目（N）：323736
分段的总数目（K）：80
[用于评估的参考物和对象]
一人的内臂被用作用于测量的参考物。内臂的表面处的漫反射光谱被测量以获取内臂的表面处的位置信息以及包括像素处的漫反射光谱的像素数据。
由皮肤科医生选择了在他们的面部的两侧上具有太阳斑的30个样本（model）。
[用于评估的协议]
两种产品（一种是具有作用的美白产品，并且另一种是安慰品即不具有作用的产品）被应用到样本的面部的左侧和右侧8周。样本每天早晚以标准的清洁过程清洗他们的面部。应用侧针对每一个样本随机地选择。在测试时段期间，样本被禁止使用任何其他精华。他们通常使用的其余的护肤品和化妆品保留在他们的美容例程中。
在测试之前（T0）和8周之后（T8）测量了面部的皮肤的表面处的漫反射光谱。美白产品的应用之后的相对光谱长度、光谱角和熵根据应用之前和之后的面部的皮肤和参考物的表面处的漫反射光谱来确定。
[结果]
平均光谱长度、平均光谱角和熵根据多维向量来确定，并且在表1和2中示出了针对美白产品和安慰品的这些指标。所示出的值是针对30个样本的平均。
表1T0和T8处的不具有作用的美容产品（安慰品）
T0 T8 熵 3.1±0.6 3.0±0.7 平均光谱角 3.8±1.9 3.6±1.6 平均光谱长度 1.0±0.1 1.0±0.1
表2T0和T8处的具有作用的美容产品
T0 T8 熵 3.1±0.6 3.0±0.5 平均光谱角 3.8±1.6 3.5±1.5 平均光谱长度 1.0±0.1 1.0±0.1
在表3中示出了根据表1和2中的值所计算的T0和T8之间的平均光谱长度、平均光谱角和熵的差异。
表3安慰品和美白产品之间的差异，T8-T0
安慰品 美白产品 熵 0.01±0.29 -0.08±0.29 平均光谱角 -0.06±0.90 -0.40±0.95 平均光谱长度 0.01±0.05 0.01±0.06
将安慰品的结果与美白产品的结果相比较，熵和平均光谱角显著减小。这些结果示出了面部的目标皮肤通过美白产品而被美白。