ASCH VAPOSCAN經皮水分流失測量儀在皮膚水合作用視覺評估中的量化校準作用

2024年12月豐橋工業(yè)大學Yuya Hasegawa研究團隊在《Journal of the Optical Society of America A》上發(fā)表了題為“Visual cues for moisture perception of facial skin: a pilot study on the effects of enhancing high-spatial-frequency components of skin lightness to decrease perceived moisture levels in young Asian observers"的文獻。該研究聚焦面部皮膚“水分"這一視覺屬性，探究了影響皮膚水分感知的視覺線索，重點分析了增強皮膚亮度的高空間頻率成分對年輕亞洲觀察者感知皮膚水分水平降低的作用。

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摘要

面部皮膚紋理是反映個人印象和健康狀況的重要視覺線索。本研究聚焦“水分"這一視覺屬性，探究了影響皮膚水分感知的視覺線索。實驗刺激材料為不同拍攝角度、有無化妝狀態(tài)下，面部整體、臉頰、眉部三個區(qū)域的面部圖像。參與者采用五點量表，對呈現(xiàn)的刺激材料的水分感、光澤度和吸引力三項視覺屬性進行評分。實驗1的結果顯示，評分結果與CIELAB色彩空間中各通道的直方圖統(tǒng)計特征存在相關性，且該相關性會隨實驗條件和面部區(qū)域的不同而變化，其中臉頰部位的水分感知與L*通道的方差呈負相關。隨后，在實驗2的模擬皮膚狀態(tài)下，以及實驗3中因潔面后護膚方式或底妝不同產生的不同皮膚狀態(tài)圖像中，研究人員通過增強皮膚亮度的高空間頻率成分得到了相似的評分結果。這些實驗證實，被試感知到的皮膚水分感和吸引力會下降，而感知到的光澤度會上升，且這些結果與通過圖像處理模擬降低水分感知水平的圖像相關聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)表明，皮膚亮度的高空間頻率成分可作為判斷皮膚水分感知水平降低的視覺線索。

實驗材料與使用儀器

實驗材料

1. 實驗1采用23名日本女性（20歲13人、40歲1人、50歲3人、60歲6人）的面部皮膚圖像，涵蓋無妝、僅涂粉底和畫眉毛的化妝兩種狀態(tài)，以及0°正面、45°斜角兩個拍攝角度，裁剪出面部整體、臉頰、眉部三個區(qū)域，共276張圖像；實驗2選用實驗1中無妝正面的臉頰圖像進行圖像處理；實驗3以2名20歲日本女性為模特，在4個不同時間點結合不同護膚、底妝方式采集圖像，含面部整體、臉頰及經高空間頻率成分增強處理的干燥臉頰圖像，共192張。

2. 實驗參與人員為來自日本豐橋技術科學大學和九州大學的亞裔年輕學生，實驗120人（男女各10人，平均年齡23.0±3.2歲）、實驗221人（男10人女11人，平均年齡22.7±3.3歲）、實驗320人（男女各10人，平均年齡22.4±3.1歲），均為正?；虺C正后正常視力。

實驗儀器

1. 圖像采集設備：NIKON D850相機、Andoer SLH3超級燈座；

2. 刺激呈現(xiàn)設備：EIZO CG319X、EIZO EV2450顯示器；

3. 皮膚物理參數(shù)測量設備：ASCH VAPOSCAN經皮水分流失測量儀、SKICON-200EX-USB

4. 實驗與分析工具：MATLAB R2021a、Psychtoolbox3.0，MATLAB R2024a。

ASCH VAPOSCAN經皮水分流失測量儀

實驗過程

本研究共設計三個心理物理學實驗，層層遞進探究面部皮膚水分感知的視覺線索，所有實驗均在暗室中進行，參與者在距離顯示器70cm處借助頦托完成評分任務，評分采用1（低）至5（高）的五點量表，評價維度為水分感、光澤度、吸引力。

實驗1：探究皮膚水分感知的視覺線索及相關圖像統(tǒng)計特征

1. 向參與者呈現(xiàn)276張不同面部區(qū)域、拍攝角度、化妝狀態(tài)的圖像，每輪試驗先經0.5秒灰色背景刺激間隔，再呈現(xiàn)圖像直至參與者完成評分；

2. 每位參與者完成828次試驗，試驗按視覺屬性和面部區(qū)域分為9個模塊，模塊順序平衡，內部試驗隨機，每46次試驗設置休息；

3. 采用MATLAB R2024a對評分結果取平均值，通過雙因素重復測量方差分析，探究拍攝方向、化妝狀態(tài)與面部區(qū)域對各視覺屬性評分的影響，并分析評分與CIELAB色彩空間中L*、a*、b*通道的均值、方差、偏度等直方圖統(tǒng)計特征的相關性。

實驗2：驗證增強皮膚亮度高空間頻率成分對水分感知的影響

1. 選取實驗1中無妝正面的臉頰圖像，通過傅里葉變換等圖像處理步驟增強皮膚亮度的高空間頻率成分，模擬皮膚干燥狀態(tài)，設置原始、低、中、高四個干燥程度梯度；

2. 每位參與者完成276次試驗，按視覺屬性分模塊呈現(xiàn)圖像，模塊順序平衡，內部試驗隨機，每92次試驗休息；

3. 計算不同圖像處理條件下的平均評分，通過單因素重復測量方差分析，分析干燥程度對水分感、光澤度、吸引力評分的影響。

實驗3：驗證視覺線索的穩(wěn)健性及與皮膚物理參數(shù)的關聯(lián)

1. 采集2位模特在不同時間、護膚/底妝方式下的面部圖像，裁剪出面部整體、臉頰圖像，并對臉頰圖像進行與實驗2高梯度一致的干燥化處理，共得到192張實驗圖像；

2. 同時使用ASCH VAPOSCAN經皮水分流失測量儀測量模特皮膚的TEWL、角質層含水量、油脂含量等物理參數(shù)；

3. 每位參與者完成576次試驗，按面部區(qū)域/處理狀態(tài)分模塊呈現(xiàn)圖像，模塊順序平衡，內部試驗隨機，每64次試驗休息；

4. 計算不同條件下的平均評分，通過單因素重復測量方差分析分析實驗條件對視覺屬性評分的影響，并分析評分結果與皮膚物理參數(shù)之間的相關性。

結論

1. 皮膚水分感知與年齡相關，被試感知到的皮膚水分感會隨年齡增長而降低，且面部整體的水分感、光澤度、吸引力評分均高于臉頰和眉部區(qū)域，正面拍攝的圖像比斜角拍攝更易讓觀察者感知到皮膚水分，化妝僅對皮膚吸引力評分有提升作用，眉部區(qū)域無妝狀態(tài)下的水分感和光澤度評分更高。

2. CIELAB色彩空間的光亮度相關統(tǒng)計特征是皮膚水分感知的重要視覺線索，其中臉頰部位的水分感知與L通道方差呈強負相關，均值L與水分感知正相關，偏度L與水分感知負相關，且臉頰部位的紅度（均值a）、黃度（均值b*）越高，水分感知越低。

3. 增強皮膚亮度的高空間頻率成分會降低觀察者感知到的皮膚水分感和吸引力，同時提升感知到的光澤度，該視覺線索具有穩(wěn)健性，在不同圖像樣本集中均能觀察到相同的感知變化規(guī)律。

4. 觀察者對皮膚水分的視覺感知與皮膚實際的物理水分參數(shù)（經皮水分流失、角質層含水量等）無強相關性，說明皮膚水分感知是獨立的視覺現(xiàn)象，受視覺特征影響更大，而非皮膚實際的生理水分含量。

5. 皮膚亮度的高空間頻率成分是判斷皮膚水分感知水平降低的關鍵視覺線索，相較于單純改變L*通道方差，針對性增強高空間頻率成分對降低水分感知的效果更明顯，且皮膚水分感與通透感存在視覺相似性，二者會隨干燥感知增強同步下降，但觀察者仍能區(qū)分自然皮膚的水分感與通透感。

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