УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОЛОС, ИМЕЮЩЕЕ ДЕТЕКТОР ВОЛОС НА ОСНОВЕ СВЕТА Российский патент 2016 года по МПК G01N21/23 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к устройству для обработки волос, которое содержит детектор на основе света для обнаружения волос вблизи поверхности кожи, детектор на основе света содержит источник света для испускания оптического излучения с по меньшей мере первой длиной волны и с поляризацией падающей волны в направлении поверхности кожи, световой датчик для обнаружения света, отражаемого от поверхности кожи, световой датчик способен отдельно обнаруживать отраженный свет с поляризацией падающей волны и с отличающейся поляризацией, и для обеспечения значения PP, представляющего обнаруженный свет с поляризацией падающей волны, и значения CP, представляющего обнаруженный свет с отличающейся поляризацией, и процессор, соединенный со световым датчиком и действующий для различения между поверхностью кожи и волосом, основываясь на значении CP и PP.

Это изобретение дополнительно относится к способу обнаружения волоса вблизи поверхности и к компьютерному программному продукту для обнаружения волоса вблизи поверхности кожи.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Детектор на основе света, как используется в вышеуказанном устройстве для обработки волос, известен, например, из международной патентной заявки, опубликованной как WO 2010/106480 A1. Эта патентная заявка описывает бритвенное устройство с блоком оптического обнаружения волоса. В блоке обнаружения волоса используют два источника света для испускания света с двумя различными длинами волн и одной поляризацией падающей волны. Свет фокусируется в положении на коже пользователя. Блок визуализации обнаруживает свет, который рассеивается или отражается на коже пользователя. Когда происходит отражение света не клетками кожи, а волосом, образующим двулучепреломляющий объект, поляризация изменяется. Степень изменения поляризации, вызванной волосом, зависит от длины волны. Блок визуализации отдельно обнаруживает отраженный свет с различающимися состояниями поляризации и различающимися длинами волн. Различия в изменении поляризации в каналах с различными длинами волн используют для того, чтобы обнаруживать различия между волосом и поверхностью кожи.

Основными эксплуатационными параметрами блока обнаружения волоса являются чувствительность и специфичность. Чувствительность представляет собой меру для вероятности того, что на самом деле обнаруживают волос. Специфичность важна для того, чтобы обнаруживать различия между волосами и другими структурами, в частности, кожей. Для того чтобы дополнительно усовершенствовать известный блок обнаружения волоса, желателен детектор на основе света с более высокой чувствительностью и специфичностью. Дополнительно, из-за использования множества длин волн, известный блок обнаружения волоса представляет собой довольно сложное устройство с большим числом оптических элементов, которые должны быть превосходно юстированы для того, чтобы получить хорошо работающий блок обнаружения.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство для обработки волос вышеуказанного типа с использованием детектора на основе света для обнаружения волос вблизи поверхности кожи, причем детектор на основе света имеет повышенные чувствительность и специфичность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту изобретения, эта цель достигается посредством устройства для обработки волос вышеуказанного типа, причем детектор на основе света содержит процессор, который соединен со световым датчиком и который действует, чтобы на основе процедуры калибровки масштабировать значение CP и значение PP в соответствующие динамические диапазоны для получения масштабированного значения CP и масштабированного значения PP соответствующим образом для определения значения проекции с минимальной интенсивностью (MIP) набора из значения СР и значения РР посредством выбора наименьшего значения из масштабированного значения CP и масштабированного значения PP и для различения между поверхностью кожи и волосом на основе значения MIP.

Ввиду усовершенствованного алгоритма обнаружения, волосы, составляющие двулучепреломляющие структуры, можно обнаруживать с высокой чувствительностью и специфичностью. Недвулучепреломляющие материалы сохраняют исходное состояние поляризации падающей волны света. Свет обеспечивает меру высокого PP (параллельно поляризованного) и низкого CP (поперечно поляризованного) значения. Когда происходит отражение света волосом, составляющим двулучепреломляющий объект, поляризация изменяется, и детектор на основе света будет измерять относительно низкое значение PP (свет с неизмененным состоянием поляризации падающей волны) и относительно высокое значение CP (свет с измененным и, таким образом, отличающимся состоянием поляризации).

Если значения CP и PP масштабируются должным образом, взятие минимального из обоих значений возвращает высокое значение для волос и низкое значение для участков поверхности кожи. Большей частью, это имеет место уже для одного только значения CP, однако в некоторых случаях, с учетом неволосяных структур, значение CP может быть высоким, а значение PP низким. Следовательно, MIP подход обеспечивает более надежное проведение различий между кожей и волосом.

Эксперименты показали, что использование значения MIP является очень чувствительной и высокоспецифичной мерой для обнаружения волос, составляющих двулучепреломляющие объекты. Показано, что другие возможности, такие как определение разности или абсолютной разности между значением CP и значением PP или деление абсолютной разности на сумму обоих значений является менее успешным при различении между волосом и кожей. Доказано, что усовершенствованный алгоритм обнаружения настолько успешен, что достаточным является использование света только с одной длиной волны. Хотя использование дополнительного источника света, испускающего свет со второй длиной волны, может дополнительно повысить эффективность детектора на основе света, в нем нет необходимости. Как результат, усовершенствованный алгоритм делает возможным менее сложный, более дешевый и более надежный детектор на основе света.

Динамические диапазоны сигналов CP и PP зависят от различных обстоятельств. Например, динамические диапазоны могут варьироваться в зависимости от типа кожи и волос или от близости и угла детектора на основе света по отношению к тестируемой поверхности кожи. Динамические диапазоны также различаются от устройства к устройству. Следовательно, значения CP и PP предпочтительно масштабируют в соответствующие предварительно определенные диапазоны до вычисления отношения. Соответствующие динамические диапазоны предпочтительно определяют, основываясь на процедуре калибровки, которая включает измерение фона и диффузный стандарт. Измерение фона можно осуществлять, например, посредством фокусировки света на предварительно определяемой глубине в воде или на части кожи, для которой известно, что она не содержит двулучепреломляющее вещество. Диффузный стандарт, например, может представлять собой волос на контролируемой глубине и в контролируемом положении или сильно рассеивающие диффузные среды с известными оптическими свойствами.

Показано, что когда детектор на основе света используется для обнаружения волоса, благоприятно использовать предварительно определенный динамический диапазон для значения PP, который приблизительно в три раза шире предварительно определенного динамического диапазона для значения CP. Например, все значения PP масштабируют в [0,300] и все значения CP масштабируют в [0,100]. При этих динамических диапазонах значения CP и PP для диффузного стандарта схожи. Для других детекторов на основе света оптимальные динамические диапазоны могут отличаться.

В другом варианте осуществления устройства для обработки волос в соответствии с изобретением процессор дополнительно действует для вычисления отношения масштабированного значения CP и масштабированного значения PP и для различения между поверхностью кожи и волосом, дополнительно основываясь на вычисленном отношении. Когда происходит отражение света недвулучепреломляющим веществом кожи, сохраняется исходное состояние поляризации падающей волны света. Световой датчик измеряет высокое PP (параллельно поляризованное) значение и низкое CP (поперечно поляризованное значение). Таким образом, получаемое отношение CP/PP очень мало. Когда происходит отражение света волосом, составляющим двулучепреломляющий объект, поляризация изменяется, и детектор на основе света будет измерять относительно низкое значение PP (свет с неизмененным состоянием поляризации падающей волны) и относительно высокое значение CP (свет с измененным и, таким образом, отличающимся состоянием поляризации). Когда происходит отражение света волосом, происходит значительное повышение отношения CP/PP. Эксперименты показывают, что использование отношения CP/PP представляет собой очень чувствительную и высокоспецифичную меру для обнаружения волос, составляющих двулучепреломляющие объекты.

В примере, где все значения PP масштабируют в [0,300] и все значения CP масштабируют в [0,100], отношение CP/PP близко к нулю для кожи и приблизительно равно 1 для волос. В результате, отношение CP/PP можно использовать в качестве значения вероятности некоторого вида.

Отношение CP/PP (либо получаемое после масштабирования значения CP и PP, либо нет) предпочтительно обрабатывают с использованием различающей функции (функции дискриминации). Различающая функция предпочтительно представляет собой S-образную функцию с крутым наклоном. Результат применения различающей функции состоит в том, что получают более острый переход от двойного лучепреломления к отсутствию двойного лучепреломления. Следовательно, будет повышен контраст между недвулучепреломляющей поверхностью кожи и двулучепреломляющими волосами. Например, для различающей функции можно использовать гиперболический тангенс отношения CP/PP или линейной функции отношения CP/PP.

В предпочтительном варианте осуществления детектор на основе света дополнительно содержит блок управления для управления источником света, чтобы испускать оптическое излучение в множестве положений около поверхности кожи, и обнаружения в каждом положении отраженного света с использованием светового датчика, процессор дополнительно действует, чтобы обеспечить MIP карту, отражающую для каждого положения соответствующее значение MIP. Множество положений могут формировать одномерную линию сканирования. Множество одномерных линий сканирования может вместе формировать двумерную поверхность сканирования. Следует отметить, что MIP карта не обязательно является двумерным графическим представлением области поверхности с повышенными значениями MIP в некоторых местоположениях. MIP карта предпочтительно представляет собой список или массив со значениями MIP для множества положений.

В предпочтительном варианте осуществления устройства для обработки волос в соответствии с изобретением, процессор дополнительно действует, чтобы вычислять карту отношений посредством определения для каждого положения отношения соответствующего значения CP к значению PP, чтобы применять градиентный фильтр к карте отношений для получения карты вероятностей краев, показывающей для каждого положения вероятность присутствия края волоса, и чтобы комбинировать карту вероятностей краев и MIP карту для генерации бинарной карты, которая показывает, где предполагается наличие волос. Градиентный фильтр может представлять собой, например, производную фильтра Гаусса первого порядка. Применение подходящего градиентного фильтра к карте отношений ведет к низким значениям в областях со стабильными отношениями CP/PP. Отношение CP/PP является, например, относительно стабильным для участков кожи без каких-либо близлежащих волос. В переходах между двулучепреломляющими волосами и недвулучепреломляющей поверхностью кожи и рядом с ними градиентный фильтр создает более высокие значения. Результат применения градиентного фильтра к карте отношений, таким образом, представляет собой новую карту, которая отражает положения с более высокой вероятностью содержания края двулучепреломляющего волоса.

Хотя MIP карта обеспечивает надежную карту вероятностей, отражающую, где предполагается наличие двулучепреломляющих волос, а где нет, карта вероятностей краев показывает, где найдены края двулучепреломляющих волос. Сочетание карты вероятностей краев ведет к еще более надежному различению между двулучепреломляющими волосами и недвулучепреломляющим материалом кожи. Кроме того, информацию о вероятности краев можно использовать для определения формы обнаруженного двулучепреломляющего волоса. Это делает возможным выполнение надежного различения между различными типами двулучепреломляющих объектов. Когда для обнаружения волос используется детектор на основе света в соответствии с изобретением, предложенный алгоритм обнаружения можно использовать для различения между волосами и воздушными пузырьками, которые также могут быть двулучепреломляющими.

В дополнительном варианте осуществления устройства для обработки волос в соответствии с изобретением источник света выполнен с возможностью дополнительно испускать оптическое излучение со второй длиной волны, световой датчик выполнен с возможностью обеспечения отдельных значений CP и PP для первой и второй длины волны, и процессор дополнительно действует, чтобы комбинировать значения CP и PP для первой и второй длины волны и определять значение MIP, основываясь на комбинированных значениях CP и PP для первой и второй длины волны. Комбинированные значения CP и PP можно получать, например, посредством получения разности или отношения соответствующих значений для различных длин волн. Альтернативно, комбинированные значения CP и PP могут представлять собой отношение разности и суммы соответствующих значений для различных длин волн.

Дополнительный вариант осуществления устройства для обработки волос в соответствии с изобретением дополнительно содержит режущий волосы лазерный источник и дополнительный процессор, который связан с детектором на основе света, причем дополнительный процессор выполнен с возможностью активировать режущий волосы лазерный источник в положении около поверхности кожи, в котором детектор на основе света обнаружил присутствие волоса. В этом варианте осуществления устройство для обработки волос представляет собой так называемое бритвенное устройство на основе лазера. Другие устройства для обработки волос также входят в объем изобретения, например, эпиляционные устройства на основе света, причем световую энергию используют, чтобы перманентно или временно повреждать корни волос для достижения перманентного или временного удаления волоса, или устройства для окрашивания волос. В целом, изобретение охватывает любую обработку волос, где используется или может быть использован детектор на основе света для обнаружения присутствия волос вблизи поверхности кожи.

Изобретение дополнительно относится к способу обнаружения волоса вблизи поверхности кожи, причем способ включает в себя этапы испускания оптического излучения по меньшей мере с первой длиной волны и с поляризацией падающей волны в направлении поверхности кожи, обнаружения света, отраженного на поверхности кожи и имеющего поляризацию падающей волны, и обеспечения значения PP, представляющего обнаруженный свет с поляризацией падающей волны, обнаружения света, отраженного на поверхности кожи и имеющего отличающуюся поляризацию, и обеспечения значения CP, представляющего обнаруженный свет с отличающейся поляризацией, на основе процедуры калибровки, масштабирования значения CP и значения PP в соответствующие динамические диапазоны для получения масштабированного значения CP и масштабированного значения PP соответствующим образом, определения значения проекции с минимальной интенсивностью (MIP) набора из значения СР и значения РР посредством выбора наименьшего значения из масштабированного значения CP и масштабированного значения PP, и различения между поверхностью кожи и волосом, основываясь на значении MIP.

Изобретение дополнительно относится к компьютерному программному продукту для обнаружения волоса вблизи поверхности кожи, эта программа действует, чтобы управлять процессором для осуществления способа обнаружения волоса вблизи поверхности кожи в соответствии с настоящим изобретением.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 схематично представлен детектор на основе света для обнаружения волос, составляющих двулучепреломляющие объекты, для использования в устройстве для обработки волос в соответствии с изобретением,

на фиг. 2 представлена блок-схема последовательности операций способа обнаружения волоса в виде двулучепреломляющего объекта в соответствии с изобретением,

на фиг. 3 схематично представлен детектор на основе света для обнаружения волос, составляющих двулучепреломляющие объекты, с использованием двух различных длин волн в устройстве для обработки волос в соответствии с изобретением,

на фиг. 4-6 представлены изображения, иллюстрирующие различные этапы алгоритма обнаружения волоса в соответствии с изобретением, и

на фиг. 7 представлено примерное устройство для обработки волос в соответствии с изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 схематично представлен детектор 10 на основе света для обнаружения волос, составляющих двулучепреломляющие объекты, для использования в устройстве для обработки волос согласно настоящему изобретению. Детектор 10 на основе света выполнен с возможностью обнаруживать волосы 11 на коже 12 человека или животного. Обнаружение волоса можно использовать в аппаратах для стрижки волос (бритья) или удаления волос на основе IPL (интенсивного импульсного света) или на основе лазера.

Детектор 10 на основе света по фиг. 1 содержит лазерный источник 13 для испускания лазерного пучка, предпочтительно в ближней инфракрасной или инфракрасной части спектра. Например, можно использовать свет с длиной волны 785 или 850 нм. Поляризатор 19 используется, чтобы обеспечить световой пучок с четко определенным состоянием поляризации падающей волны. Состояние поляризации падающей волны может представлять собой состояние линейной или эллиптической поляризации. Оптические элементы 18 фокусируют поляризованный световой пучок на коже 12. Блок 16 управления, соединенный с лазерным источником 13 и/или оптическими элементами 18 (их частью), управляет точным оптическим путем лазерного пучка для управления точным положением на коже 12, которую тестируют на присутствие двулучепреломляющего волоса 11, и чтобы реализовать строки или двумерные области сканирования 12 кожи.

Когда происходит отражение света на поверхности 12 кожи, отраженный свет сохраняет свое исходное состояние поляризации падающей волны. Взаимодействие света с двулучепреломляющими волосами изменяет состояние поляризации света. В результате свет, отраженный на образце кожи/волоса, может быть частично поляризованным параллельно (PP) с падающим пучком и частично поперечно поляризованным (CP). CP компонент отраженного света представляет собой меру для вероятности того, что свет падает на двулучепреломляющий волос. В детекторе 10 на основе света по фиг. 1 оптические элементы 18 проводят свет, отраженный на поверхности 12 кожи, к поляризационному делителю 17. В поляризационном делителе 17 может использоваться, например, вращатель Фарадея. Поляризационный делитель 18 делит отраженный пучок на PP пучок, который затем фокусируется на первом световом датчике 14a, и CP пучок, который фокусируется на втором световом датчике 14b.

Процессор 15 соединен со световыми датчиками 14a, 14b, чтобы принимать сигналы CP и PP и использовать эти сигналы для различения между волосом и кожей. Процессор 15 также может быть соединен с лазерным источником 13 и блоком 16 управления для управления падающим лазерным пучком и сканированием поверхности 12 кожи.

Опционально (см. фиг. 3) используется дополнительный второй лазерный источник, испускающий свет с другой длиной волны. Как в WO 2010/106480, различия в изменении поляризации в каналах с различными длинами волн можно использовать для различения между волосом и поверхностью кожи. Когда используется множество лазерных источников и различных длин волн, дополнительные световые датчики необходимы, чтобы отдельно обнаруживать отраженный свет с различными длинами волн. Дополнительные оптические элементы необходимы для объединения, разделения и фокусирования различных световых пучков (различных длин волн и/или отличающихся состояний поляризации) в направлении поверхности кожи и подходящих световых датчиков. Дополнительные оптические элементы могут включать в себя дихроичные делители пучка для деления многоцветных световых пучков на отдельные одноцветные световые пучки.

На фиг. 2 представлена блок-схема последовательности операций способа обнаружения двулучепреломляющего волоса в соответствии с изобретением. Способ начинают с этапа 21 испускания света. На этом этапе источник света 13 испускает свет с по меньшей мере первой длиной волны, и поляризатор 19 придает свету четко определенное состояние поляризации падающей волны. Под влиянием блока 16 управления, оптические элементы 18 фокусируют испускаемый световой пучок в выбранном положении на поверхности 12 кожи.

Когда испускаемый свет достигает кожи 12, происходит его частичное отражение обратно в детектор 10 на основе света. Оптические элементы 18 проводят отраженный свет в направлении поляризационного делителя 17, причем он делится на сигнал PP и CP. На этапе 22 обнаружения PP первый световой датчик 14a обнаруживает свет с неизмененной (PP) поляризацией и обеспечивает значение PP, которое представляет обнаруживаемый свет с этой поляризацией падающей волны. На этапе 23 обнаружения CP второй световой датчик 14b обнаруживает свет с измененной (CP) поляризацией и представляет значение CP, которое представляет обнаруживаемый свет с отличающейся поляризацией.

Световые датчики 14a и 14b соединены с процессором 15, который обрабатывает получаемые значения PP и CP для обнаружения двулучепреломляющих волос. Обработка значений PP и CP по меньшей мере включает выбор наименьшего значения из значений CP и PP в качестве значения проекции с минимальной интенсивностью (MIP) на MIP этапа 24. Дополнительно, можно вычислять отношение значения CP к значению PP. Эксперименты показывают, что использование отношения CP/PP представляет собой очень чувствительную и высокоспецифичную меру для обнаружения двулучепреломляющих волос 11. Показано, что другие возможности, такие как определение разности или абсолютной разности между значением CP и значением PP или деление абсолютной разности на сумму обоих значений, менее успешны при различении между волосом 11 и кожей 12.

На этапе 25 различения процессор 15 принимает решение о том, был ли световой пучок отражен от двулучепреломляющего волоса или нет. Решение может представлять собой бинарное решение да/нет или вероятность (типично, значение между 0 и 1) нахождения двулучепреломляющего волоса в тестируемом положении. Если детектор 10 на основе света только выполняет измерение в одном положении на коже 12, решение может быть основано только на значении MIP тестируемого положения, например, посредством сравнения значения MIP с пороговым значением. На практике детектор 10 на основе света сканирует область кожи 12. Процессор 15 предпочтительно также учитывает значения MIP близлежащих положений, когда определяет вероятность нахождения двулучепреломляющего волоса в тестируемом положении.

Кроме того, отношение CP/PP можно использовать в качестве выходного значения для вероятности нахождения двулучепреломляющего волоса в тестируемом положении. Пороговое значение можно использовать для принятия бинарного решения да/нет для различения между волосом 11 и кожей 12. В более совершенной версии различающего алгоритма также осуществляют другие операции обработки данных на получаемых сигналах CP и PP. Примеры таких дополнительных операций обработки данных проиллюстрированы с помощью изображений на фиг. 4-6. В дальнейшем некоторые примеры алгоритмов обнаружения волоса (их частей) описаны для обнаружения волос в образце волоса/кожи. Когда используются детализированные алгоритмы и точные числовые параметры, следует отметить, что как функции, так и параметры можно выбирать по-разному в разных ситуациях. Например, когда выполняется поиск двулучепреломляющих объектов других типов, следует изменять по меньшей мере параметры. Однако, основные принципы, лежащие в основе способов обнаружения, описанных ниже, также можно использовать в других ситуациях, где желательно различение между двулучепреломляющим и недвулучепреломляющим материалом.

На фиг. 3 схематично представлен детектор на основе света для обнаружения волос, составляющих двулучепреломляющие объекты, с использованием двух различных длин волн. С этой целью, второй источник света 33 предусмотрен для испускания света с другой длиной волны. В детекторе на основе света можно использовать, например, длины волн 785 и 850 нм. Более высокий контраст получают, когда используются длины волн, которые не являются близкими друг к другу. Например, можно использовать свет 785 и 1400 нм. Дополнительные световые датчики 34a, 34b предусмотрены для измерения отдельных значений CP и PP для первой и второй длины волны. Процессор действует, чтобы комбинировать значения CP и PP для первой и второй длины волны и определять значение MIP на основе комбинированных значений CP и PP для первой и второй длины волны. Комбинированные значения CP и PP можно получать, например, посредством вычисления разности (CP[λ₁]-CP[λ₂], ΡΡ[λ₁]-ΡΡ[λ₂]) или отношения (CΡ[λ₁]/CP[λ₂], ΡΡ[λ₁]/ΡΡ[λ₂]) соответствующих значений для различных длин волн. Альтернативно, комбинированные значения CP и PP могут представлять собой отношение разности и суммы соответствующих значений для различных длин волн ((CΡ[λ₁]-CP[λ₂])/(CΡ[λ₁]+CP[λ₂]), (ΡΡ[λ₁]-ΡΡ[λ₂])/(ΡΡ[λ₁]+ΡΡ[λ₂])). В варианте осуществления на фиг. 3 вращатель Фарадея 17 используется для деления света с различающимися поляризациями и отведения света в соответствующие CP и PP каналы. Дихроичные фильтры 35 используют для разделения света с различными длинами волн, так что отдельные световые датчики 14a/b, 34a/b могут обнаруживать значения CP и PP для различных длин волн.

На фиг. 4-6 представлены изображения, иллюстрирующие различные этапы алгоритма обнаружения волоса в соответствии с изобретением. Следует отметить, что представленные изображения выполняют исключительно иллюстративную функцию. Для детектора 10 на основе света важны только значения, представленные с помощью изображений. Хотя детектор 10 на основе света может иметь дисплей для отображения некоторых изображений, это не является необходимым. В устройстве стрижки волос (бритвенном устройстве), например, значения вероятности можно использовать для принятия решения, когда удалять волос, и нет необходимости визуализировать такие значения вероятности.

На фиг. 4 на изображениях 51, 52 слева показаны значения CP (верхнее изображение 51) и значения PP (нижнее изображение 52), полученные при сканировании области кожи, содержащей три волоса. Значения CP 51 низки для нормальных частей недвулучепреломляющей кожи и высоки для двулучепреломляющих волос. Значения PP 52 высоки для нормальных частей недвулучепреломляющей кожи и низки для двулучепреломляющих волос.

Динамический диапазон сигналов от световых датчиков 14a, 14b может варьировать в зависимости от типа кожи и волос и, например, близости и угла лезвия относительно кожи и волос. Кроме того, сигналы датчиков могут быть зашумлены шумами датчиков. Для обработки сигналов с широким динамическим диапазоном, сигнал оцифровывают и приводят в некоторый предварительно определенный динамический диапазон. Это можно осуществлять посредством управления усилителями, которые находятся между световыми датчиками 14a, 14b и процессором 15, или посредством самого процессора 15. Масштабирование может быть основано, например, на скользящем среднем, недавнем минимуме и/или недавнем максимуме обнаруживаемых значений. В следующих примерах значения CP масштабируют в диапазон [0,100]. Кожа демонстрирует сигналы низкой интенсивности (например, 42), а волос - сигналы высокой интенсивности (например, 99). Значения PP масштабируются в диапазон [0,300]. Кожа отличается высокими интенсивностями (например, 175), а волос - более низкими интенсивностями (например, 95). Другие предварительно определенные диапазоны могут быть более эффективны в других ситуациях, например, когда проводится поиск двулучепреломляющих объектов других типов.

На CP изображении 51 обведено несколько двулучепреломляющих областей. Три из этих областей (обведены сплошными линиями) содержат волос. Две области содержат воздушный пузырек (обведены штриховыми линиями). Две другие области (также обведены штриховыми линиями) содержат другие неволосяные структуры. На PP изображении 52 только один из волос четко виден, тогда как другие два нет. Также четко видны пузырьки. В соответствии с изобретением, значения CP 51 и значения PP 52 используют для вычисления отношения CP/PP для всех тестируемых точек в сканируемой области. Преимущество использования описанных выше примерных диапазонов для значений сканирования CP и PP состоит в том, что для волоса значение CP и значение PP не слишком различаются, и отношение CP/PP для волоса близко к 1. Для областей кожи значение CP низко, а значение PP высоко, что ведет к очень низкому отношению CP/PP. Высокий контраст между кожей и волосом, получаемый таким путем, повышает чувствительность детектора на основе света.

На CP/PP изображении 53 на фиг. 4 четко видны три волоса, а также видны две неволосяные структуры. Однако пузырьки, показанные на CP изображении 51 и PP изображении 52, исчезли. На CP/PP изображении 53, таким образом, показана повышенная специфичность относительно исходных CP изображения 51 или PP изображения 52.

На фиг. 5 проиллюстрированы два этапа для дополнительной обработки значений отношения 53 CP/PP. Сначала используют различающую функцию для дополнительного повышения контраста между двулучепреломляющим и недвулучепреломляющим веществом. Различающая функция, применяемая к отношению CP/PP, представляет собой S-образную функцию с крутым наклоном между значениями отношения CP/PP, представляющим переход между двулучепреломляющим и недвулучепреломляющим веществом (в этом примере между приблизительно 0,5 и приблизительно 0,8). Например, можно использовать следующую функцию:

50 (1+tanh(3r-2)), для 0<r<0,8

50 (1+tanh(3r-0,4)), для 0,8<r<3

0, для 0>3

где r представляет собой значение отношения CP/PP.

Эффект использования такой различающей функции с крутым наклоном состоит в том, что получают более резкий переход от двулучепреломляющего к недвулучепреломляющему веществу. Следовательно, контраст между недвулучепреломляющей поверхностью кожи и двулучепреломляющими волосами будет усилен. На втором изображении 62 показан результат применения различающей функции к значениям отношения 53 CP/PP.

После применения различающей функции, градиентный фильтр можно применять к обработанным CP/PP данным 62. Градиентный фильтр определяет изменение отношения CP/PP с учетом положения. Для каждого тестируемого положения градиентный фильтр обеспечивает выходные данные, которые зависят от скорости изменения отношения CP/PP по сравнению с отношением CP/PP в близлежащих положениях. На краях двулучепреломляющих волос скорость изменения высока. Вдали от краев скорость изменения низка.

Выходные значения примерного градиентного фильтра используют для получения данных, представленных на третьем изображении 63 на фиг. 5. Этот пример получают посредством применения производной фильтра Гаусса первого порядка к обработанным данным отношения CP/PP для второго изображения 62. Результат представляет собой карту 63 вероятностей краев, показывающую для каждого положения вероятность того, что оно содержит край двулучепреломляющего волоса. Вследствие градиентной обработки, два края волоса имеют противоположные знаки.

Этап дополнительной фильтрации, например, с использованием фильтра с конечной импульсной характеристикой (FIR), можно осуществлять для обеспечения непрерывности высокой интенсивности на краях и удаления посторонних значений, не относящихся к волосам, таких как очень узкие удлиненные структуры (например, пушковые волосы). Чтобы получить карту 63 вероятностей краев по фиг. 5, используется фильтр с 10 отводами, чтобы покрыть отрезок в 40 мкм. Это гарантирует исключение ложного обнаружения как тонких удлиненных неволосяных структур, так и пушковых волос. На другом опциональном этапе обработки данных все абсолютные значения больше, чем выбранное g_c, задают равными 100, а остальные значения масштабируют в диапазон [-100, 100]. Получаемая карта 63 вероятностей краев представлена на фиг. 5. На этой карте 63 вероятностей краев четко видны три волоса (обведены).

Следует отметить, что хотя градиентный фильтр применяется в этом примере к обработанным CP/PP данным 62 второго изображения на фиг. 5, также возможно непосредственно применять градиентный фильтр к данным 53 отношения CP/PP.

На фиг. 6 представлен дополнительный пример обработки данных детектора на основе света для получения другой полезной формы. В предварительно обработанных CP данных 51 (полагая, что интенсивности масштабированы в [0,100]), кожа демонстрирует сигналы низкой интенсивности (например, 42), а волос - сигналы высокой интенсивности (например, 99). В предварительно обработанных PP данных 52 (с диапазоном интенсивности [0, 300]), кожа отличается высокими интенсивностями (например, 175), а волос - более низкими интенсивностями (например, 95). Взятие минимума из каждого набора данных для одного пикселя (также обозначаемого как проекция с минимальной интенсивностью или MIP) возвращает значение высокой интенсивности для волос и значение низкой интенсивности для областей кожи. Главным образом, это имеет место уже отдельно для CP данных 51, однако в некоторых случаях, с учетом неволосяных структур, CP данные 51 могут быть высоки и PP данные 52 низки (например, 72 против 29). Следовательно, MIP подход обеспечивает более надежное различение между кожей и волосом. Результат взятия минимума из данных CP и PP представлен на верхнем изображении 71 на фиг. 6. Как и ранее, FIR фильтр можно использовать для постобработки MIP данных 71, обеспечивая непрерывность высокой интенсивности и снижая шумы датчика. По сравнению с подходом с отношением CP/PP по фиг. 5 ясно, что эта «MIP карта» 71 эффективна для избавления от неволосяных структур и что она менее успешна при различении между волосами и воздушными пузырьками.

В предпочтительной реализации алгоритмов в соответствии с изобретением, MIP данные 71 и карту 63 вероятностей краев комбинируют, чтобы принимать окончательное решение, где на сканированном образце кожи/волос обнаружены волосы. Как рассмотрено выше, подход с отношением CP/PP, результатом которого является карта вероятностей краев, очень эффективен при различении между волосами и воздушными пузырьками, тогда как MIP подход обеспечивает эффективное различение между волосами и другими неволосяными структурами. Объединение обоих подходов приводит к алгоритму обнаружения волос с превосходной чувствительностью и специфичностью. Алгоритм для объединения обоих подходов должен проводить поиск точек с высокой вероятностью содержания волоса (= высокое значение в MIP данных 71) и с высокой вероятностью нахождения краев волоса в близлежащих положениях (= высокие значения на карте 63 вероятностей краев для близлежащих точек). Примерный алгоритм для создания такой комбинации представляет собой:

h(n)=1, если 0,7max(p_g[n-20, ..., n])+0,3p_m[n]>d_r, и

h(n)=0, еще,

где p_g[n] относится к значению вероятности краев, p_m[n] - к значению MIP и h(n)=1 - к обнаруженному волосу в местоположении n. d_r представляет собой экспериментально определяемое пороговое значение. Этот алгоритм проводит поиск положений волос, причем первый край волоса находится в пределах предыдущих 20 точек (80 мкм, если каждый этап сканирования составляет 4 мкм). Алгоритм также можно адаптировать для учета второго края волоса:

h(n)=1, если 0,3max(p_g[n-20, ..., n])+0,5p_m[n]-0,2min(p_g[n, ..., n+20])>d_e

h(n)=0, еще,

где p_g[n] относится к значению вероятности края, p_m[n] - к значению MIP и h(n)=1 - к обнаруженному волосу в местоположении n. d_r представляет собой экспериментально определяемое пороговое значение. На бинарном изображении 73 в правой части фиг. 6 представлен результат объединения MIP карты 71 и карты 63 вероятностей краев по фиг. 4. Здесь четко видны три волоса и не видны воздушные пузырьки или другие неволосяные структуры. Таким образом, комбинированный подход приводит к высокочувствительному и специфичному алгоритму обнаружения волос.

На фиг. 7 представлено примерное устройство для обработки волос в соответствии с изобретением. Представленное устройство для обработки волос представляет собой устройство стрижки волос (бритвенное устройство) 80 на основе лазера для стрижки или укорочения волос. Устройство 80 стрижки волос содержит детектор на основе света для обнаружения волос, составляющих двулучепреломляющие объекты, подобный описанному выше, со ссылкой на фиг. 1. Одинаковые номера позиций соответствуют сходным признакам. В дополнение к признакам, уже рассмотренным выше, устройство 80 стрижки волос также может содержать оптическое или контактное окно 83 и может наносить иммерсионный флюид 84. Например, флюид 84 может представлять собой флюид согласования показателя преломления, который имеет показатель преломления между таковым оптического окна 83 и таковым кожи 12. Предпочтительно, все показатели преломления являются по существу равными. Это также снижает отражение от кожи 12. Флюид 84 также может выбираться с целью охлаждения кожи 12 или обработки ее иным образом. Кроме того, хотя контактное окно 83 необязательно, оно оказывает помощь, выполняя функцию системы координат для определения положений волос 11.

В устройстве 80 стрижки волос можно не только использовать лазерный источник 13 для обнаружения волос 11, но также для их срезания. Когда лазерный источник 13 используется для срезания, лазерный источник 13 может работать на другом уровне мощности, чем при обнаружении волос. Альтернативно, отдельный лазерный источник (не показан) можно использовать для срезания волос 11.

Управление процессом обнаружения и срезания волос можно осуществлять посредством процессора 15 или посредством дополнительного процессора (не показан), который соединен с детектором на основе света и с режущим волосы лазерным источником. Процессор 15 или дополнительный процессор выполнены с возможностью активировать режущий волосы лазер в положениях около поверхности кожи, в которых детектор на основе света обнаруживает или обнаружил присутствие волоса. С этой целью обнаруживающими и режущими волосы лазерными пучками можно сканировать поверхность кожи. С этой целью специалист сможет сконструировать подходящие сканирующие средства, которые известны, например, из WO 00/062700, WO 2005/099607 или WO 2010/143108.

Следует принимать во внимание, что изобретение также распространяется на компьютерные программы, в частности, компьютерные программы на или в носителе, адаптированные для осуществления изобретения на практике. Программа может быть в форме исходного кода, объектного кода, промежуточного источника кода и объектного кода, например, в частично компилированной форме или в какой-либо другой форме, пригодной для использования в реализации способа в соответствии с изобретением. Также следует принимать во внимание, что такая программа может иметь много различных архитектур. Например, программный код, реализующий функциональность способа или системы в соответствии с изобретением, может подразделяться на одну или несколько подпрограмм. Многие различные пути распределения функциональности среди этих подпрограмм будут очевидны специалисту. Подпрограммы можно хранить вместе в одном исполняемом файле, чтобы формировать независимую программу. Такой исполняемый файл может содержать исполняемые компьютером инструкции, например, инструкции процессора и/или инструкции интерпретатора (например, инструкции интерпретатора Java). Альтернативно, одну или несколько, или все подпрограммы можно хранить в по меньшей мере одном внешнем библиотечном файле и подключать к основной программе статически или динамически, например, во время работы. Основная программа содержит по меньшей мере один вызов к по меньшей мере одной из подпрограмм. Также подпрограммы могут содержать вызовы функций друг к другу. Вариант осуществления, связанный с компьютерным программным продуктом, содержит исполняемые компьютером инструкции, соответствующие каждому из этапов обработки по меньшей мере одного из изложенных способов. Эти инструкции можно подразделять на подпрограммы и/или хранить в одном или нескольких файлах, которые можно подключать статически или динамически. Другой вариант осуществления, связанный с компьютерным программным продуктом, содержит исполняемые компьютером инструкции, соответствующие каждому из средств по меньшей мере одной из изложенных систем и/или продуктов. Эти инструкции можно подразделять на подпрограммы и/или хранить в одном или нескольких файлах, которые можно подключать статически или динамически.

Носитель компьютерной программы может представлять собой любой объект или устройство, способное нести программу. Например, носитель может включать запоминающую среду, такую как ROM, например, CD-ROM или полупроводниковую ROM, или магнитную среду записи, например, гибкий диск или жесткий диск. Дополнительно носитель может представлять собой передаваемый носитель, такой как электрический или оптический сигнал, который можно передавать через электрический или оптический кабель или с помощью радио или других средств. Когда программа реализуется в таком сигнале, носитель может быть образован таким кабелем или другим устройством или средством. Альтернативно, носитель может представлять собой интегральную схему, в которой воплощена программа, причем интегральная схема адаптируется для выполнения или для использования в осуществлении соответствующего способа.

Следует отметить, что указанные выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области смогут разработать многие альтернативные варианты осуществления, не отступая от объема приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения ссылочные позиции в скобках не следует толковать в качестве ограничения пункта формулы изобретения. Использование глагола «содержит» и его спряжений не исключает присутствие элементов или этапов, отличных от тех, что изложены в пункте формулы изобретения. Элемент в единственном числе не исключает присутствие множества таких элементов. Изобретение можно реализовать посредством аппаратного обеспечения, которое содержит несколько отдельных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на устройство, где перечислены несколько средств, несколько из этих средств могут быть осуществлены посредством одного и того же элемента аппаратного обеспечения. Сам факт того, что определенные меры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с выгодой.

Изобретение относится к устройству для обработки волос, которое содержит детектор (10) на основе света для обнаружения волос (11) вблизи поверхности (12) кожи. Детектор (10) содержит источник (13) света для испускания оптического излучения по меньшей мере с первой длиной волны и с поляризацией падающей волны в направлении поверхности кожи. Световой датчик (14a, 14b) предназначен для обнаружения света, отражаемого от поверхности кожи. Световой датчик (14a, 14b) способен отдельно обнаруживать отраженный свет с поляризацией падающей волны и с отличающейся поляризацией и обеспечивать значение PP, представляющее обнаруживаемый свет с поляризацией падающей волны, и значение CP, представляющее обнаруживаемый свет с отличающейся поляризацией. Процессор (15) масштабирует значение CP и значение PP в соответствующие динамические диапазоны для определения значения проекции с минимальной интенсивностью (MIP) посредством выбора наименьшего значения из масштабированного значения CP и масштабированного значения PP и обнаруживает различия между поверхностью (12) кожи и волосом (11) на основе проекции с минимальной интенсивностью. Изобретение позволяет повысить чувствительность и специфичность обнаружения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для обработки волос, содержащее детектор на основе света для обнаружения волос вблизи поверхности кожи, причем детектор на основе света содержит:
источник света для испускания оптического излучения по меньшей мере с первой длиной волны и с поляризацией падающей волны в направлении поверхности кожи,
световой датчик для обнаружения света, отражаемого от поверхности кожи, причем световой датчик способен отдельно обнаруживать отраженный свет с поляризацией падающей волны и с отличающейся поляризацией, и для обеспечения значения РР, представляющего обнаруживаемый свет с поляризацией падающей волны, и значения CP, представляющего обнаруживаемый свет с отличающейся поляризацией, и
процессор, соединенный со световым датчиком и действующий, чтобы
на основе процедуры калибровки масштабировать значение CP и значение РР в соответствующие динамические диапазоны, чтобы получать масштабированное значение CP и масштабированное значение РР соответственно,
определять значение проекции с минимальной интенсивностью (MIP) набора из значения CP и значения РР посредством выбора наименьшего значения из масштабированного значения CP и масштабированного значения РР и
различать между поверхностью кожи и волосом на основе значения MIP.

2. Устройство для обработки волос по п. 1, в котором соответствующие динамические диапазоны определяются на основе процедуры калибровки, включающей измерение фона и диффузного стандарта.

3. Устройство для обработки волос по п. 1, в котором динамический диапазон для значения РР приблизительно в три раза шире динамического диапазона для значения СР.

4. Устройство для обработки волос по п. 1, в котором процессор дополнительно действует, чтобы вычислять отношение масштабированного значения CP и масштабированного значения РР и различать между поверхностью кожи и волосом дополнительно на основе вычисленного отношения.

5. Устройство для обработки волос по п. 4, в котором процессор дополнительно действует, чтобы использовать различающую функцию для дополнительной обработки вычисляемого отношения, причем различающая функция представляет собой S-образную функцию с крутым наклоном.

6. Устройство для обработки волос по п. 5, в котором различающая функция содержит гиперболический тангенс вычисляемого отношения или линейной функции вычисляемого отношения.

7. Устройство для обработки волос по п. 1, в котором детектор на основе света дополнительно содержит блок управления для управления источником света, чтобы испускать оптическое излучение во множестве положений около поверхности кожи, и обнаружения в каждом положении отраженного света с использованием светового датчика, процессор дополнительно действует, чтобы обеспечивать MIP карту, показывающую для каждого положения соответствующее значение MIP.

8. Устройство для обработки волос по п. 7, в котором множество положений формируют одномерную линию сканирования.

9. Устройство для обработки волос по п. 8, в котором множество одномерных линий сканирования вместе формируют двумерную поверхность сканирования.

10. Устройство для обработки волос по п. 7, причем процессор дополнительно действует, чтобы
вычислять карту отношений посредством определения для каждого положения отношения соответствующего значения CP к значению РР,
применять градиентный фильтр к карте отношений для получения карты вероятностей краев, показывающей для каждого положения вероятность присутствия края волоса, и
комбинировать карту вероятностей краев и MIP карту для генерации бинарной карты, показывающей, где предполагается наличие волос.

11. Устройство для обработки волос по п. 1, в котором:
источник света выполнен с возможностью дополнительно испускать оптическое излучение со второй длиной волны,
световой датчик выполнен с возможностью обеспечения отдельных значений CP и РР для первой и второй длины волны и
процессор дополнительно действует, чтобы комбинировать значения CP и РР для первой и второй длины волны и определять значение MIP на основе комбинированных значений CP и РР для первой и второй длины волны.

12. Устройство для обработки волос по любому из пп. 1-11, дополнительно содержащее режущий волосы лазерный источник и дополнительный процессор, который соединен с детектором на основе света, причем дополнительный процессор выполнен с возможностью активировать режущий волосы лазерный источник в положении около поверхности кожи, на которой детектор на основе света обнаружил присутствие волоса.

13. Способ обнаружения волоса вблизи поверхности кожи, причем способ содержит:
испускание оптического излучения по меньшей мере с первой длиной волны и с поляризацией падающей волны в направлении поверхности кожи,
обнаружение света, отражаемого на поверхности кожи и имеющего поляризацию падающей волны, и обеспечение значения РР, представляющего обнаруживаемый свет с поляризацией падающей волны,
обнаружение света, отраженного на поверхности кожи и имеющего отличающуюся поляризацию, и обеспечение значения CP, представляющего обнаруживаемый свет с отличающейся поляризацией,
на основе процедуры калибровки масштабирование значения CP и значения РР в соответствующие динамические диапазоны для получения масштабированного значения CP и масштабированного значения РР соответствующим образом,
определение значения проекции с минимальной интенсивностью (MIP) набора из значения CP и значения РР посредством выбора наименьшего значения из масштабированного значения CP и масштабированного значения РР и
различения между поверхностью кожи и волосом на основе значения MIP.