雖然在化妝品或膚色、發(fā)色、光澤評估中，基于視覺或觸覺的感官檢查依然占據(jù)主流，而且人眼在比較顏色上表現(xiàn)優(yōu)異，但問題在于存在個體差異且難以留下記錄。對于這些主觀或感官評估，日益要求確立基于測量設(shè)備進行數(shù)值化的客觀測量方法?？履峥滥苓_分享了其分光測色計根據(jù)測量物的光譜反射率迅速進行高重現(xiàn)性、高精度測色，且能夠保留測色數(shù)據(jù)記錄，實現(xiàn)膚色及化妝品等顏色管理定量化的事例。

基于分光測色計的皮膚顏色及化妝品定量評估

色彩與測色計
首先從色彩與測色計開始探討。色彩由色調(diào)H（Hue）與“亮度”V（Value）、“過飽和度（彩度）”C（Chroma）三個要素（顏色的三屬性）組合而成，如圖1所示，可理解為將色調(diào)作為外沿，亮度作為縱軸，彩度作為從中心延伸的橫軸的立體結(jié)構(gòu)。

用刻度衡量色調(diào)、亮度及彩度即可實現(xiàn)顏色的數(shù)值化，可與任何人共同進行色彩方面的交流。一般將物體顏色或光源顏色用數(shù)值或符號表示的方法稱為“色系”，使用表示顏色的三要素呈現(xiàn)的空間稱為“色空間”。使用測色計能夠輕松實現(xiàn)顏色數(shù)值化，并以各種色系迅速獲得答案。在使用顏色的現(xiàn)場最大的問題在于，細微的顏色差異（色差），使用測色計即可用數(shù)值表示細微色差。

圖 1　色調(diào)、亮度、彩度立體圖

L*a*b* 色空間是目前在所有領(lǐng)域表示物體顏色時使用最為廣泛的色空間。圖2 是立體顯示L*a*b* 色空間的示意圖。即使人眼（目視）看上去相同，用測色計測量就會發(fā)現(xiàn)細微差異。分光測色計根據(jù)測量物體的光譜反射率系數(shù)計算顏色，不僅實現(xiàn)顏色數(shù)值化，還以圖表顯示顏色的波長成分（反射率）。分光測色計可將來自物體的反射光通過衍射光柵等進行分光，并使用多個傳感器接收這些光，由此測量各波長的反射率（光量）（圖3），并以圖表表示。

圖 2　L*a*b* 色空間立體示意

膚色的評估
通過定量評估膚色來掌握目標(biāo)總體的膚色分布，在產(chǎn)品設(shè)計或提供合理服務(wù)上尤為重要，需要膚色測量值的領(lǐng)域包括圖像領(lǐng)域（印刷、照片、廣播）及照明領(lǐng)域、化妝品及服飾等多種行業(yè)。

在化妝品領(lǐng)域，膚色測量值成為化妝原料的色調(diào)設(shè)計及護膚產(chǎn)品效用確認等產(chǎn)品開發(fā)時的基準(zhǔn)，必須掌握實際膚色狀態(tài)。

基于上述觀點，資生堂等使用柯尼卡美能達不同分光測色計CM-26d、CM-700d 機型，長期測量皮膚的同一部位，掌握所獲皮膚數(shù)據(jù)的差異，并引入可對比數(shù)據(jù)的補償公式，對亞洲女性的膚色分布的長期變遷進行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1991 年至2001 年的大約10 年間的數(shù)據(jù)表明女性膚色分布向高亮度、低彩度、偏黃發(fā)展，而2005 年至2015 年的大約10 年間的數(shù)據(jù)表明女性膚色分布向低彩度、偏紅發(fā)展。

在化妝品領(lǐng)域，實際膚色測量值是顏色重現(xiàn)的基準(zhǔn)，對膚色的分光特性及膚色分布的理解必不可少，基于柯尼卡美能達分光測色計的膚色測量可謂是化妝原料的色調(diào)設(shè)計及護膚產(chǎn)品的功效確認等產(chǎn)品開發(fā)基準(zhǔn)的有效運用事例。

政府監(jiān)管
隨著國務(wù)院令第727 號的發(fā)布，標(biāo)志著從2021 年1 月1 日開始，《化妝品監(jiān)督管理條例》正式實施。其中第二十二條規(guī)定：化妝品的功效宣稱應(yīng)當(dāng)有充分的科學(xué)依據(jù)。為貫徹落實《化妝品監(jiān)督管理條例》，規(guī)范和指導(dǎo)化妝品功效宣稱評價工作，國家藥監(jiān)局組織起草了《化妝品功效宣稱評價規(guī)范》，自2021 年5 月1 日起施行。

《化妝品功效宣稱評價規(guī)范》具體要求具有祛斑美白、防曬、防脫發(fā)、祛痘、滋養(yǎng)和修護功效的化妝品，應(yīng)參照《化妝品祛斑美白功效測試方法》中內(nèi)容進行人體功效評價試驗方式進行功效宣稱評價。通過“紫外線誘導(dǎo)人體皮膚黑化模型祛斑美白功效測試法”或“人體開放使用祛斑美白功效測試法”使用皮膚色度儀，測定皮膚的L*a*b* 顏色空間數(shù)據(jù)，以計算膚色個體類型角（individual type angle，ITA°）數(shù)值。ITA°值越大，膚色越淺，反之膚色越黑。

柯尼卡美能達推薦使用CM-26d 型號對皮膚測試區(qū)域與對照區(qū)域分別進行三次測量，記錄測得L*、 a*、 b* 以計算相應(yīng)的ITA°數(shù)值。也可連接顏色數(shù)據(jù)管理軟件NX 直接計算得到ITA°數(shù)值。

ITA° ={arctan ( L * − 50) / b * } 180 / π

基于分光測色計與專用軟件的美白劑效能評估
構(gòu)成人體皮膚的皮膚組織呈層結(jié)構(gòu)，從最外層的角質(zhì)層起，分別依次為表皮、真皮、皮下組織。表皮含有黑色素，真皮中則大量存在著含于血液中的血紅蛋白，這些是構(gòu)成皮膚顏色的主要因素。另外，由組成表面細微凹凸的皮溝與皮丘所構(gòu)成的表面形態(tài)一般被稱為“肌理”，而“皺紋”就是比這個更大的凹凸?fàn)顟B(tài)。這些皮膚組織的結(jié)構(gòu)及狀態(tài)對皮膚外觀也產(chǎn)生重大影響。

對皮膚透明感最有影響的皮膚生理特性是肌理間隔及深度、角質(zhì)層含水量、黑色素量、血紅蛋白量，經(jīng)過驗證，透明感高的皮膚的特性為肌理深且細膩，角質(zhì)層含水量大，黑色素量及血紅蛋白量少⁴⁾。

圖 3　分光測色計的原理

通過組合使用柯尼卡美能達的皮膚分析軟件CM-SA 及分光測色計CM-26d、CM-700d 等，能夠高精度測量膚色的同時可將影響皮膚透明感的黑色素量（Melanin Index） 數(shù)值化（ 圖4）。

圖 4 （a）基于分光測色計 CM-700d 的測色　（b）基于皮膚分析軟件 CM-SA 的美白劑效能評估事例僅憑 L* 值：白色增加，a* 值：紅色減少的顏色信息，無法判斷美白劑的效能。由此觀察黑色素指數(shù)（Melanin Index）數(shù)據(jù)，就會發(fā)現(xiàn)使用美白劑時黑色素指數(shù)（Melanin Index）減少

除化妝品公司、功能性食品公司、藥品公司等以美白效果為目的的產(chǎn)品開發(fā)部門以外，還用于受托實施臨床試驗的公司、皮膚科、整形外科等研究機構(gòu)等。本軟件在分光測色計獲得的光譜反射率數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過特定算法，分別計算黑色素指數(shù)和血氧飽和度指數(shù)，不受皮膚紅色成分等影響而高精度測量皮膚中的黑色素沉著量。

基于多角度型分光測色計的角度特性測量
在評估含有隨角度發(fā)生顏色外觀變化的金屬或珍珠物質(zhì)的化妝品時，通過多角度型分光測色計CM-M6 的1 方向照明與6 方向受光的照明受光，只需1次測量即可獲得多角度數(shù)據(jù)。（圖5）

圖 5?。╝）多角度型分光測色計 CM-M6　
（b）雙路徑光學(xué)系統(tǒng)

該分光測色計的測量區(qū)域較小，約為φ6mm，因此可以對曲面或小面積樣品也可輕松進行高精度測量。通過采用相對于測量儀的中心軸對稱配置的兩個照明及受光系統(tǒng)的“雙路徑光學(xué)系統(tǒng)”，在測色計發(fā)生傾斜時也實現(xiàn)高穩(wěn)定性測量。

基于亮度計的皮膚顏色及化妝品定量評估

亮度與色彩亮度計
上述測色計中內(nèi)置有測量用照明光源，由于物體顏色隨著照明光源發(fā)生外觀變化，為測量物體顏色必須規(guī)定各種光源的典型特性，這些已在CIE（國際照明委員會）及JIS 等均有規(guī)定。就是說測色計是對壓抵的目標(biāo)物照射規(guī)定的光，并接收來自被測物的反射光來進行測量。

但是，還有很多希望在實際環(huán)境光照下評估皮膚顏色或化妝品的外觀效果的需求。尤其是近年來隨著LED 及有機EL 等替代熒光燈的下一代照明光源上市普及，“照出優(yōu)美膚色” 成為照明產(chǎn)品設(shè)計的要求，同時在化妝品開發(fā)中，也需要考慮在這些新照明光源下膚色及化妝品的外觀效果。

另外，由于人體皮膚有凹凸及胎毛，面部的不同位置的亮度有差異，外觀也參差不齊，因此需要將面部皮膚整體作為一個面捕捉。對此柯尼卡美能達建議采用從遠處（非接觸方式）將面部皮膚整體作為一個面進行測量評估的“二維色彩亮度計”。

二維色彩亮度計采用等同于人類視覺靈敏度的XYZ 濾光片與高像素CCD，能夠以高分辨率正確地進行目標(biāo)物亮度分布、色度分布的二維測量，由于可在短時間內(nèi)高效測量各種顯示屏或光學(xué)設(shè)備的亮度不均、色度不均而被廣泛使用，并大幅縮短從測量到評估的作業(yè)時間。在皮膚評估中使用該亮度計，不僅可將面部整體捕捉為一個面，還可以把其中的每個塊，即像素的顏色與亮度定量化以評估皮膚亮度分布。

皮膚及化妝品評估中的亮度測量必要性
亮度對皮膚透明性的影響
皮膚亮度分布會影響皮膚的年齡認知，但皮膚亮度信息如何影響透明感還不明確，花王等為考察皮膚亮度信息對透明感的影響，使用100 位亞洲女性的定量控制顏色信息的皮膚圖像，實施了主觀評估實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)皮膚的平均亮度越高，皮膚透明感認知也越高。這表明反射率高的皮膚，或在照度高的照明下觀察會提高皮膚的透明感認知⁵⁾。以絕對值評估皮膚亮度分布的柯尼卡美能達二維色彩亮度計被認為有助于這些研究中的定量評估。

亮度對化妝品保濕效果的影響
角質(zhì)層位于皮膚最上層，在臉頰處只有10μm 左右的極薄組織。由于角質(zhì)層所含的水分及油分對皮膚狀態(tài)產(chǎn)生重大影響，作為測量皮膚水分量及油分量的既有方法包括直接測量官能團的方法，或利用水分或油分導(dǎo)致電氣特性等物理特性變化的現(xiàn)象來間接測量的方法等，但間接方法具有測量值受到水分及油分以外影響的缺點，而紅外分光法、近紅外分光法、拉曼分光法等直接測量法存在設(shè)備昂貴、用法及分析法繁雜的課題。

另一方面，要評估化妝品涂抹后的變化及出汗等以秒為單位時刻變化的水分及油分狀態(tài)，需要滿足①直接測量水分及油分，②為減少對皮膚的影響，應(yīng)采用非接觸方式，③實時測量皮膚狀態(tài)，④為評估皮膚上的水分及油分分布狀態(tài)必須將皮膚整體作為一個面測量等要求事項的測量法。為此資生堂采用將在長波長區(qū)域仍有靈敏度特性的Extended-InGaAs 近紅外相機與可均勻照射面部整體的新開發(fā)的專用擴散照明組合使用的簡便易操作的水分及油分高靈敏度可視化系統(tǒng)，實現(xiàn)了皮膚上水分及油分可視化，以及化妝品保濕效果的評估⁶⁾。

從獲得的圖像可以觀察到隨著涂抹化妝水部位的水分量增加亮度值會下降，同樣在油分區(qū)域隨著油分量增加亮度值也會下降。在將化妝水、乳液涂抹部位的選擇區(qū)域平均亮度值以從涂抹前的變化量表示的區(qū)塊，剛涂抹之后的只涂化妝水、化妝水+乳液的任意組合的樣品的亮度變化量均增加，就是說雖然水分量增加了，但之后隨著時間經(jīng)過，亮度值在只涂化妝水時在5 分鐘后，而某個乳液+化妝水的組合則在10 分鐘后漸漸接近涂抹前狀態(tài)，另一個化妝水+乳液的組合則在90 分鐘后仍保持高水平，就是說維持水分量高的狀態(tài)。由此可以證明利用亮度數(shù)值數(shù)據(jù)足以比較不同樣品的水分量根據(jù)時間引起的變化情況。

采用二維色彩亮度計能夠簡單地對皮膚上水分及油分分布狀態(tài)及其經(jīng)時變化等進行定量觀察及評估。此外，柯尼卡美能達將繼續(xù)通過持續(xù)開發(fā)、提供定量評估皮膚顏色、光澤、質(zhì)感的解決方案，為化妝品行業(yè)的研發(fā)提供綜合支持。

參考文獻：
[1] 柯尼卡美能達株式會社編“閱讀顏色的故事”
[2] 資料圖像提供：柯尼卡美能達日本株式會社
[3] 菊地久美子、片桐千華、吉川拓伸、溝上陽子、矢口博久：基于分光測色計的膚色測量與日本女性的長期膚色變遷、日本色彩學(xué)會期刊、第40 卷、第6 號、2016 年、195-205.
[4] 桑原智裕：皮膚透明感測量、光學(xué)、39 卷 11 號（2010）524-528．
[5] 西牟田 大、五十嵐崇訓(xùn)、岡嶋克典：亮度與顏色對皮膚透明感的影響、影像信息媒體學(xué)會期刊、Vol.68、No.12、2014、ppJ543-J545.
[6] 江川麻里子：皮膚水分及油分的高靈敏度可視化、MEDICAL IMAGING TECHNOLOGY Vol.30 No.1 January 2012.

來源：柯尼卡美能達

來源：榮格-《 國際個人護理品生產(chǎn)商情》

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