面部肤色的定量分析与评价

薛 媛,陈 茜,白圆圆

(西安工程大学 服装与艺术设计学院,陕西 西安 710048)

0 引 言

肤色是人的外观形象构成的重要元素之一,面部肤色是人物形象设计、化妆品颜色控制、服装色彩搭配甚至医学疾病判定的重要依据.从20世纪开始在计算机图像学、色彩再现等领域有许多学者基于肤色展开相关课题的研究[1-2].随着人们文化、生活水平的提高,精神需求越来越突出,也更加关注个人形象.用于服装、化妆品、饰品等方面的消费不断增长,与此相关的美学研究越来越深入.色彩的测量和质量控制技术发展迅速,大量与肤色相关的研究需要肤色的客观数据,从而实现各种媒介的肤色再现.

在肤色的视感测色、感性印象、美学评价等方面有很多学者做了相关实验和调查研究,结果表明人们对于肤色的喜好倾向偏白,白度与色相、明度和彩度相关,偏黄的肤色比偏红的肤色显白,明度高、彩度低的肤色显白[3-4].肤色常随人的情绪、健康状态、季节、年龄等产生变化,研究者用分光测色计跟踪研究日本女性的肤色变化;使用高性能数码相机获取不同年龄段女性被测者的面部图像,进行色补正后选取特征点,用分光测色计测量各特征点肤色的三属性值.结果表明,随着年龄的增长,面部特别是颧骨周围肤色的明度有显著下降的趋势,另外夏季面颊的肤色相比冬季有显著变化[5-11].皮肤中黑色素和血红素会直接影响肤色的呈现效果,口红、眼影等的使用使肤色得到调整和美化,增加了肤色的白度感[12-17].在医学、化妆品、服饰搭配等领域均要考虑肤色.医学用色卡是医生在大量临床经验中靠观察总结出的可以辅助判断病情的肤色,它可能是某个病人的肤色,也可能是几个病人的综合印象,都是记忆色.科学证明,记忆色与实际色之间存在明显的色差.记忆色通常与实际测量的颜色有偏差,在基于男女肤色的记忆色调查研究中,研究者对实际测量的肤色与记忆肤色进行了比较研究,肤色存在性别差异.不同的肤色有不同的感觉印象,实际测量的肤色与记忆色存在偏差,被测个体更喜欢明度高于自身实际肤色的肤色,通常借助化妆粉底让肤色明度增加,但并不喜欢明度过高过白的肤色[18-20].

化妆品制造中必须以肤色为依据,日常生活妆所用的粉底及干粉的颜色应和肤色接近并具有更高明度.在服装的选择上,消费者根据自己的肤色选择适合的色彩,尤其是接近面部的服装色彩.日本学者所做的大量肤色研究是基于日本人的客观数据,不能代表中国人的肤色.要开展中国人的化妆品色彩研究、中国人的形象设计研究、中国人的服装色彩设计等,需要中国人的肤色数据.目前我国在肤色方面的基础研究较少,本文采用分光测色计对在校大学生的肤色进行测量,获取原始肤色数据,并运用频率直方图对肤色的三属性进行比较分析,获得适合中国人的肤色特征及中间色,为医学、化妆品及服装设计领域的色彩提供借鉴.

1 面部肤色测量方案制定

1.1 测量对象

本次测量在西安工程大学色彩评价实验室进行.被测对象为随机抽取的本科二年级女生134人,男生78人,年龄在18～21周岁,面部无大块色斑或瘢痕.因西安工程大学为省属高校,所以生源大部分为陕西籍.

1.2 测量仪器与要求

测色仪器为柯尼卡美能达便携式分光光度计CM2500d,可同时测量SCI(含反射分量)和SCE(不含反射分量),仅需1.5 s即可同时完成SCI和SCE测量.仪器可以迅速、准确、方便地捕捉到测量位置.测量口径8 mm,最小测量时间间隔3 s.

测量前首先进行零位和白板校正,然后进行仪器的参数设置.选择10°视角,光源为D65,色彩值读数选择Munsell色彩体系,以HVC值显示.设定每次连续测量3次,结果显示平均值.

1.3 测量过程

测量时,要求被测者不化妆,自然放松坐在椅子上.当被测者调整到安静状态时,选择额头中间部位的一点,用便携式分光光度计取景器盖住,开始测色.记录色彩的三属性值,采用孟塞尔色彩体系(HVC)表示肤色的色彩,记为Xi=(Hi,Vi,Ci).

2 结果与讨论

2.1 面部肤色数字化表示

传统的色彩描述用语有模糊的红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色、黑色、灰色、白色等,还有更明确一点的桃红色、绛红色、鹅黄色、土黄色、翠绿色、草绿色、墨绿色、雪青色、天蓝色、湖蓝色、藏蓝色、浅紫色、浅灰色、深灰色等.以上列举的传统色彩用语用近现代较科学的方法解释为色彩的样貌,也就是“色相”,但是远远不够,于是人们加上了深浅浓淡等修饰词.随着色彩加工技术的不断发展,人造物的色彩越来越丰富,随之产生了越来越多的色彩用语,但这些色彩用语比较随性,没有规律.

在色彩科学的研究进程中,色彩学家们提出并开发了多种色彩体系以及它们的感性效果.其中孟塞尔色彩体系属于显色色彩体系,从色彩数值直观可知色相、明度和彩度;Lab色彩体系是目前色彩质量控制以及数字化色彩传输常用的色彩体系,从数值上可以大致判断色彩的明亮度、红绿偏向和黄蓝偏向;RGB色彩体系是计算机色彩显示的系统,便于在计算机上进行色彩再现.因此本次面部肤色的测量结果首先选择孟塞尔色彩体系,并对其进行数值转换,得到Lab和RGB 2种色彩体系的色彩值,随机抽取几位被测者的肤色结果见表1.

表 1 随机抽取的肤色色彩表示示例Table 1 The skin color expression example of random samples

2.2 面部肤色数据分布特点

从面部肤色测量结果看,孟塞尔色彩体系表示法色相H中的字母都为YR,表明色相为黄中带红,通常也称为橙色.YR前面的数字越小,该色越偏向红色;反之,YR前面的数字越大,该色越偏向黄色.本次测量结果中,Hmax=7.2YR,Hmin=0.5YR;Vmax=6.8,Vmin=5.0;Cmax=4.9,Cmin=3.说明肤色偏红的趋向大于偏黄的趋向,明度在中等偏上,彩度偏下.

所测肤色的三属性参数的基本统计见表2.女生肤色色相平均值为4.55,为橙色稍稍偏红的色相;男生肤色色相平均值为3.90,也是橙色稍偏红的色相,而且比女生肤色显得更红.女生肤色的色相系数标准差稍大于男生,说明女生肤色色相离散度稍高于男生.女生肤色明度平均值为5.98,男生肤色明度平均值为5.55,均为中等偏上,且女生肤色明度稍高于男生.明度标准差很小,女生肤色的明度标准差略小于男生,说明无论男女,肤色明度高度集中,而女生肤色明度离散度稍低于男生.女生肤色彩度平均值为3.90,男生肤色彩度平均值为4.26,均为低彩度,且女生低于男生,说明男生肤色较女生肤色的色彩感更强,女生肤色显得更为柔和.彩度标准差也很小,女生肤色的彩度标准差略高于男生,说明无论男女,肤色彩度也高度集中,但女生肤色彩度离散度稍高于男生.

表 2 肤色参数基本统计Table 2 The basic statistic of skin color′s parameter

在孟塞尔色彩体系中,色相系数范围为0～10,等分色相系数,以“1”为间隔,本次测量值的色相分布如图1所示.从图1可以看出,被测女生的肤色色相主要集中在3.0YR～6.0YR之间,其中以4.0YR～5.0YR的数量为最多,居于第二位的区间为5.0YR～6.0YR.被测男生的肤色色相主要集中在2.0YR～5.0YR,其中3.0YR～5.0YR的数量更多.说明女生肤色色相以橙色和偏黄的橙色居多,男生肤色色相以橙色和偏红的橙色居多.

明度值范围为0～10,以“1”为间隔等分明度,本次测量的肤色明度分布如图2所示.从图2可以看出,肤色明度高度集中,被测女生的肤色明度集中在5～7,男生的肤色明度集中在4～7,都在中等偏上.

图 1 肤色色相频数直方图 图 2 测量的肤色明度频数直方图 Fig.1 The histogram of skin color′s hue Fig.2 The histogram of skin color′s value

为进一步了解肤色明度的分布规律,将所有明度值再次细分.本次测量的肤色明度范围为5.0～6.8,以“0.1”为间隔进行细分,明度细分如图3所示.从图3可以看出,女生肤色明度总体高于男生.女生肤色明度主要集中在5.5～6.4之间,在5.7～6.3之间更为集中;男生肤色明度主要集中在5～6.2之间,分布比较均匀.数据表明,女性明度值高于男性，因此女性肤色比男性“白”.

图 3 测量的肤色明度细分图 图 4 测量的肤色彩度频数直方图Fig.3 The subdivision graph of skin color′s value Fig.4 The histogram of skin color′s chroma

图 5 测量的肤色彩度细分图Fig.5 The subdivision graph of skin color′s chroma

彩度值的范围最初为0～12,随着色彩科学技术的发展,色彩可以加工到更加鲜艳,彩度值的范围也更加宽广,彩度最高值为17.本次测量值的彩度范围为3～4.9,因此缩小了彩度范围,以2～6为横轴区间,以“0.5”为间隔等分,绘制频数直方图如图4所示.从图4可以看出,女生肤色彩度总体低于男性.女生肤色彩度集中在2.5～4.5之间,高度集中于3.5～4之间;男生的肤色彩度集中在3～5之间,高度集中于4～4.5之间.

为了进一步了解肤色彩度的分布规律,对彩度值再次细分,以“0.1”为间隔等分,细分后的肤色彩度分布如图5所示.从图5可以看出,女生肤色彩度在3.6～4.2分布较多,男生肤色彩度在4.1～4.5分布较多,女生的肤色彩度分布比男生更为均匀.数据表明,因女性肤色要比男性柔和雅致,所以女性彩度值低于男性.

2.3 面部肤色

从本次测量肤色数据可以推测出中间肤色.由表2可知,女生肤色色相系数中位数为4.60,男生为3.90;女生肤色明度中位数为6.00,男生为5.50;女生肤色彩度中位数为3.90,男生为4.30.女生中间肤色可确定为4.60YR 6.00/3.90,男生中间肤色可确定为3.90YR 5.50/4.30.通过数值转换,可得到中间肤色的L*a*b*值与RGB值,见表3.

表 3 中间肤色的数值转换Table 3 The color value conversion of median skin color

3 结 论

(1) 肤色色相一致为橙色或偏红的橙色,并非黄色;女生肤色比男生的黄色成份更多一些.

(2) 肤色明度集中,在4～7之间;女生肤色明度高度集中在5.7～6.3之间,男生肤色明度高度集中在5～6.2,表现为通常认识的女性肤色比男性稍“白”.

(3) 肤色彩度也非常集中,在3～4.9之间;女生的肤色彩度高度集中于3.6～4.2之间,男生的肤色彩度高度集中在4.1～4.5之间,表现为女性肤色比男性更显柔和雅致.

(4) 根据本次测量结果,女生中间肤色为4.60YR 6.00/3.90,男生中间肤色为3.90YR 5.50/4.30.