HSV色彩空间罐斑颜色特征研究

孔林涛，夏国坤

(天津科技大学理学院，天津 300457)

HSV色彩空间罐斑颜色特征研究

孔林涛，夏国坤

(天津科技大学理学院，天津 300457)

中医拔罐技术通过负压作用改变局部皮肤血液分布进行治疗时形成罐斑.对健康群体实施低强度常温拔罐，在HSV色彩空间中，分析此类罐斑颜色特征.结果表明：与正常皮肤相比，罐斑的h参量具有明显变化，f参量基本不变，h直方图重心变化不明显；而病变红斑的颜色特征不同，其f参量变化较大，h直方图重心左移.

HSV色彩空间；罐斑；皮肤

皮肤颜色特征能够反映人体的健康状态，通过皮肤颜色特征分析可以进行无损检测和客观化测量.皮肤红斑颜色特征已有不少研究，得到了可用于分割的参数[1].但影响皮肤颜色特征变化的多个因素独立作用情况还不清楚，进一步分析各因素的作用情况对于区分病变的种类和程度将起到重要作用.

中医治疗的拔罐技术已有悠久历史[2]，治疗后留下的罐斑与人体的状态有直接而紧密的联系.罐斑的产生与施罐温度、负压值和持续时间有关，与施罐部位、受罐者年龄、性别和身体健康情况也存在关系[3-5].但对罐斑的颜色特征尚无色度学角度的分析.将施罐时间、强度和温度设置到合适条件，会出现局部轻度充血的罐斑，本文对健康人群实施此强度的拔罐，研究此种罐斑的颜色特征，并与皮肤病变红斑的颜色特征进行比较，以便寻找表征皮肤病变红斑充血外的颜色特征.

1 实验原理

1.1 人类皮肤颜色原理及其光学特性

Dawson等[3]和 Diffey等[4]建立的人类皮肤组织结构模型被广泛采用.该模型将皮肤从外向内分为：角质层、表皮层、真皮层及皮下组织.

表皮层的厚度为 0.027～0.150,mm[5]，主要包括角化细胞、黑素细胞、郎格罕氏细胞.光在表皮层中传播，发生散射和吸收.表皮层的吸收特性主要来自一种生色团——黑色素.

表皮层下是真皮层，厚度为 0.6～3,mm[5]，光在该层传播时发生散射和吸收.其本身又分为：乳秃状真皮层和网状真皮层.它们由致密、不规则的包括神经和血管的组织构成.表皮层中血液的比例为0.2%～7%.血色素是在血细胞中存在另外一种生色团.由于血色素的吸收特性导致血液呈现红色，其在血液中的质量浓度为 134～173,g/L.在人体动脉中，有 90%～95%的血色素是氧合血色素；在静脉中，超过 47%是去氧合血色素.这两类血色素分别称为：氧合血红蛋白和去氧合血红蛋白，两者的吸收特性有轻微的差异.

真皮层的底层是由皮下脂肪组织构成的，它对可见光的吸收可以忽略.通常不将其视为皮肤的组成部分，真皮层厚度在身体的各个部位不同.真皮底层中沉积的大量细胞成串排列的形成白脂肪.由于这些白脂肪的沉积，大部分的可见光被反射回去.

1.2 实验装置及影响测量的因素

实验装置[6]如图 1所示.所用光源是 150,W 卤素灯(SCHOTT公司，ACEI型，能提供模拟CIE D65的照明，色温为 3,200,K)，通过环形光纤均匀地投射到被测量的皮肤表面.为了减小光源温度的影响，光源箱中加入了红外滤光片.为避免环境光的影响，在镜头前面(光源前方)安装了一个长 270,mm 的黑色遮光套筒.数码相机采用SONY F717.

图1 实验装置Fig.1 Diagram of the experimental setup

不同个体的皮肤颜色有较大差异，同一个体不同部位也有差异.主要影响因素有[7]：皮肤部位、身体姿势、血管的舒缩、神经内分泌的变化及疾病、温度、皮肤局部外用制剂和探头的压力等.要测试独立因素的变化，需保证影响皮肤颜色的其他因素没有变化.

1.3 HSV色彩空间及坐标平移

HSV色彩空间[6]的色度分量具有明显的皮肤聚类性，因此被广泛地应用于与皮肤有关的图像分割、图像检索、人脸检测等领域.HSV色彩空间把颜色表示成色度(hue)、饱和度(saturation)和亮度(value 或brightness)3个分量(文中 3个分量分别用 h、s、v表示)，它们独立感知颜色变化，其中色度 h对同一颜色属性的物体具有比较稳定和较窄的数值变化范围，常被作为识别的基本参量.

黄种人皮肤图像的色度 h集中在 0～0.2和0.8～1两区域内，因此统计平均值就会落在中间非红色区域，不能正确反映颜色分布情况.本文所用的HSV色彩空间对色度 h进行了平移，将所有点色度加 0.2，对于超过 1的情况，移到坐标轴最左边，即减去1，得到新的色度h的分布图.

坐标平移使色度分布连续化，在进行求平均值时，不会产生完全不同颜色的结果，能够保证结果与视觉效果相一致；平移的幅度没有特别的规定，能够保证色度分布连续即可，从 0.2～0.7均可，一般采用0.2.平移幅度对区分病变和正常皮肤没有影响.

1.4 拔罐原理

中医拔罐治疗的历史悠久，但拔罐治疗的机理多数为中医理论解释，没有量化和客观化的数据分析，更没有同皮肤组织的属性及变化关联起来.常见的定性描述为：拔罐的负压导致局部迅速充血、淤血，甚至毛细血管破裂，红细胞被破坏，引起自身溶血而出现罐斑，溶血现象是一种良性刺激[8].结合皮肤结构的表述为：皮肤处在正常状态时，皮下组织中的毛细血管网、小静脉和动脉中的血量维持在一个正常水平，皮肤的颜色也维持在一个正常范围.当皮肤处于负压状态时，毛细血管中血色素的浓度发生变化，毛细血管的直径增大，血流量也增加，皮肤局部充血，出现罐斑.而施罐时间和负压大小对罐斑的颜色有较大影响，当拔罐刺激较强时，可形成瘀斑，或水泡等，皮肤发生的变化远不止局部充血的程度.

当实验条件设置为施罐 5,min、压力－0.03,MPa时，为最佳刺激量，能保证毛细血管充分充血而不破裂[9].而当负压达到－0.04,MPa及以上时，毛细血管就会破裂，皮肤出现瘀斑[10].

2 实验设计

2.1 实验对象及相关设置

(1)实验对象：17～20岁的20名健康学生，其中10名男生，10名女生；无感冒发烧等异常情况；实验前平静约15,min；施罐部位无红肿、压痛等情况.

(2)施罐部位：前臂内侧，左右手不限；坐姿施罐.拔罐器为北京康达五洲医疗器械生产的康祝拔罐器，B4型罐.

(3)施罐方法：保证抽气阀畅通，在不用连接管的情况下满程抽气一次；留罐时间5,min.

(4)采集内容：采集该环境下灰板的图像；采集未施罐时皮肤图像各 2张；采集施罐后 1～2,min后的皮肤图像；24,h后仍有罐斑者，另采集图像2张.

实验装置与皮肤零接触，实验持续时间较短，保证施罐前后，仅有局部皮肤充血变化，其他因素不发生变化.

2.2 负压计算

B4型罐容积V1约 60,mL，一次满程的抽气体积变化ΔV约34,mL，考虑皮肤变形 ΔV ′约4,mL影响，施罐过程中，温度不变，罐内压强为

即一次满程抽气形成的负压约为-0.033,MPa，能保证毛细血管充分充血而不破裂.

3 实验现象及分析

施罐后 20名实验对象均有罐斑出现，深浅程度不一；同一对象的罐斑颜色分布不均；实验 24,h后，18名实验对象罐斑完全消失，2名女生仍有罐斑，这说明两女生的施罐负压强度大，出现毛细血管破裂溶血现象；有罐斑者均为女生，占女生人数 20%，验证了罐斑情况与性别相关.

随机选取 10例实验对象，对施罐前后的数据进行比较，结果见表1—表3.

表1 正常皮肤参数Tab.1 Parameters of normal skin

表2 罐斑皮肤参数Tab.2 Parameters of plaque

表3 数据对比Tab.3 Data comparison

h参量在施罐前后区分明显，数值减小；f(f=(s+v)/2)参量施罐后变化较小，可以认为基本不变；参量s和v变化无规律.

图2为随机选取的3名实验对象施罐前后h的直方图对比，其中横坐标为色度 h，纵坐标为相应色度的像素点数量.可见，h直方图重心无明显偏移，基本呈对称分布.

图2 h直方图比较Fig.2 Data comparison of h histogram

在同样的实验条件下采集病变皮肤的红斑图像，其f参量数值明显小于正常皮肤，且相应的h直方图的重心呈不对称分布，重心偏左[6].两种情况相差较大.因此，可以通过色度 h的直方图分布规律辨别皮肤红斑图像和正常皮肤的罐斑图像，f参量作为参考.

4 结 语

对健康群体实施低强度常温拔罐，分析局部充血的罐斑色度特征，并与施罐前同一部位图像的数据进行比较.结果表明，与正常皮肤相比，罐斑皮肤图像色度 h的数值减小，其直方图分布无明显变化，呈对称分布，f参量基本保持不变，这与病变红斑图像的变化规律完全不同.因此，可以通过色度 h的直方图分布规律辨别皮肤红斑图像和正常皮肤的罐斑图像，f参量作为参考.,,,

［1］尚可可，刘迎，路毅行. HSV色彩空间中的肤色特征及其新的识别参量[J]. 光电子·激光，2007，18(11)：972–974.

［2］赵学敏. 本草纲目拾遗[M]. 北京：人民卫生出版社，1963：22.

［3］Dawson J B，Barker D J，Ellis D J，et al. A theoretical and experimental study of light absorption and scattering by in vivo skin[J]. Physics in Medicine and Biology，1980，25(3)：695–709.

［4］Diffey B L，Oliver R J，Farr PM. A portable instrument for quantifying erythema induced by ultraviolet radiation[J]. British Journal of Dermatology，1984，111(1)：663–672.

［5］Anderson R，Parrish J. The optics of human skin[J].Journal of Investigative Dermatology，1981，77(1)：13–19.

［6］孔林涛，夏国坤，刘迎. HSV色彩空间皮肤红斑特征研究 [J]. 天津科技大学学报，2009，24(5)：65–67.

［7］Corcuff P，Pierard G E. Skin imaging：state of the art at the dawn of the year 2000[J]. Curr Probl Dermatol，1998，26(1)：1–11

［8］未秋平，冯强. 罐斑产生机制探讨[J]. 实用中医药杂志，2008，24(1)：54–55.

［9］田宇瑛，秦丽娜，张维波. 不同拔罐负压对皮肤血流量影响的初步观察[J]. 针刺研究，2007，32(3)：184–185.

［10］赵喜新，童伯瑛，王雪霞，等. 时间和压力因素对拔罐罐斑颜色影响的初步观察[J]. 中国针灸，2009，29(5)：385–388.

Study of Characteristics of Plaque due to Cupping in HSV Color Space

KONG Lintao，XIA Guokun
(College of Science，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China)

Traditional Chinese medical cupping technique can change the blood distribution of skin by negative pressure treatment，and plaque due to cupping is left. Some healthy people underwent certain low pressure cupping and the features of their pot spot color were studied in HSV color space. Results show that，compared with normal skin h parameter has obvious changes，f parameter is essentially constant，and histogram gravity change of h parameter is not obvious.But the erythema of diseased skin is different.f parameter often changes visibly，and the distribution center of h parameter tends to move left.

HSV color space；plaque due to cupping；skin

TP391.41

A

1672-6510(2012)02-0070-04

2011–10–28；

2012–01–19

天津市教委理工类项目(20080812)

孔林涛（1979—），男，山东烟台人，讲师，klt8341@tust.edu.cn.

常涛