基于LED诱导荧光光谱的皮肤检测系统研究

摘要

随着社会经济发展，美容产业快速增长，人们对美的追求日渐强烈，消费者和工业界对皮肤检测仪器设备也日益提出了更多的要求。以往的皮肤检测仪器或者是工业级的专业测量设备，虽然精度高，但价格高昂，通常一个探头针对单一功能，且有一定的操作要求，很难被一般用户所接受;或者是消费级的皮肤检测仪，虽然因价格低廉、使用方便而获得一定市场，但存在精度较低、功能有限等缺点。基于这一背景，我们尝试研发一种基于光学的无损、快速、小型、智能的面向大众的多功能皮肤检测仪器，以期该仪器可以填补这一市场空白。
　　本论文基于便携、稳定的LED诱导荧光光谱技术，结合化学计量学的建模分析方法，设计了基于光谱检测和分析的皮肤无损检测系统。该系统选用安全、高功率的波长为380nm的LED作为激发光光源，对激发产生的荧光光谱信号进行采集，并通过多元线性回归技术将光谱数据与皮肤特性参数建模，基于该模型实现对待测皮肤参数的评估。本论文所针对的皮肤特性参数为白皙度，弹性和水分。本论文在研究过程中进行了志愿者实验，累积对五十余人进行二百余人次实验。实验中对人体脸颊、小臂指定部位的皮肤进行了荧光信号的检测，并对实验结果进行了交叉验证。通过实验验证，该系统测量皮肤白皙度的平均相对误差在3％以下，弹性的相对误差在5％以下，水分的相对误差在10％左右。实验证实了这一系统在皮肤参数检测中的有效性，但考虑到水分测量结果不佳，我们追加了一轮志愿者实验，并与市售水分测试仪进行了对比。结果光谱法水分测量的相对误差约为26％，但与市场上现有的设备相比仍有一定优势。
　　此外，本论文也进行了初步的产品化工作，在结构设计、面向用户的软件编写等方面投入了大量工作。考虑到该系统面向大众用户的定位，在设计时对系统的结构进行精简、小型化设计，器材等选择以小型、低廉等为主要要求，并进行了该系统的小型化封装，该系统主体部分大小封装至65×50×47mm，外接光纤检测探头。为用户使用方便，本论文还提供了用户使用的简单易用的应用软件，该软件的框架和界面编写已完成，可以在系统完全完成获得实用化计算模型后直接投入使用。目前该系统仍在进一步研发，今后的工作将主要基于提升水分测量精度，与合作机构合作进行更多的实测对比实验，进一步压缩成本等几点开展。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题的目的及意义

1．2 课题的研究背景

1．2．1 皮肤检测技术及研究现状

1．2．2 LED荧光光谱技术的相关研究

1．3 论文主要内容

2 基于LED的荧光皮肤检测系统基本原理

2．1 引言

2．2 荧光光谱技术

2．2．1 荧光光谱基本原理

2．2．2 荧光的产生条件

2．2．3 荧光寿命

2．2．4 荧光的影响因素

2．3 皮肤参数的光学检测

2．3．1 皮肤的基本结构

2．3．2 皮肤的光学性质

2．3．3 皮肤参数的光学检测

2．4 本章小结

3 基于LED的荧光皮肤检测系统设计

3．1 引言

3．2 光学及硬件设计

3．3 电路设计

3．4 算法及软件设计

3．4．1 偏小二乘法

3．4．2 实验阶段软件设计

3．4．3 应用阶段软件设计

3．5 本章小结

4 皮肤检测的实验与结果

4．1 引言

4．2 皮肤检测实验

4．3 皮肤白皙度的检测

4．4 皮肤弹性的检测

4．5 皮肤水分的检测

4．6 本章小结

5 总结与展望

参考文献

作者简介