비접촉식 피부 진단 장비를 위한 디지털 영상처리 기법에 관한 연구

Abstract

본 연구의 목표는 피부의 상태를 객관적으로 진단할 수 있는 시스템을 개발하여 환자의 모공, 반점, 주름에 대한 상태를 정량화 하고, 이를 통하여 정확한 피부 상태 진단 및 분석을 가능하게 하는 것이다. 또한, 정량화된 피부 진단 결과를 통하여, 환자의 피부 상태를 객관적으로 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 일정 시간이 지난 후에도 피부 상태를 연속적으로 비교할 수 있도록 하여 피부 개선 및 치료용으로 나온 상품, 시술 등의 유효성을 확인할 수 있게 하고자 한다. 본 연구에서 개발된 비접촉식 피부 진단 장비 Skin Analyzer System은 촬영을 위한 hardware와, 환자 관리를 위한 Graphic User Interface(GUI), 그리고 피부 상태 평가를 위한 검출 알고리즘으로 구성되어 있다. 피부 상태의 정확한 진단과 평가를 위하여, Skin Analyzer System의 hardware는 동일한 촬영 환경 제공을 목표로 하였다. 암실에서 촬영하여 외부 광원을 차단하고, white balance 보정을 통하여 사진의 밝기를 동일하게 맞춰 주며, 촬영 시 과거에 촬영한 사진과 현재 얼굴이 overlay 되게끔 하여 지난번 사진과 최대한 동일하게 촬영 가능하도록 제작되었다. Skin Analyzer System의 GUI 는 환자의 관리가 용이하게끔 user-friendly 하게 제작 되었다. 환자의 정보를 포함한 identification(ID) 별로 관리되며, database를 사용자가 자유롭게 분류, 수정 할 수 있다. 촬영 된 사진 역시 쉽게 사용할 수 있도록 drag-drop으로 구현되었다. 환자 개별로 관심영역을 설정할 수 있으며, 촬영한 모든 사진에서 같은 영역에 자동으로 적용된다. 피부 상태의 평가는 모공, 반점, 주름, 이 세 가지에 대하여 이루어지며, 각각에 해당하는 검출 알고리즘을 개발하였다. 모공 검출 알고리즘의 경우 털을 비롯한 각종 noise를 제거한 후, 모공 크기에 해당하는 진한 영역의 위치 및 개수를 검출한다. 반점 검출 알고리즘의 경우 주변 피부색에 비하여 진한 영역을 반점으로 인식하여, 색소침착(pigmentation)된 영역의 경계를 검출하고, 개수와 면적, 진하기를 정량화 한다. 마지막으로, 주름의 경우 눈꼬리 옆의 주름을 대상으로 하여, 주름의 경계를 검출하고, 개수와 면적, 길이와 폭을 정량화 한다. 본 논문에서는 개발된 검출 알고리즘의 validation 및 verification을 위하여 두 가지 과정을 수행하였다. 첫 번째는 모공, 반점, 주름에 대한 sample들을 인위적으로 만든 후, 해당 검출 알고리즘을 적용하여 얻는 결과 값과 참값(True value)을 비교하는 것이다. 이러한 비교과정을 통하여, 검출 정확도를 측정하고 검출 알고리즘의 취약한 부분을 파악할 수 있다. 수행 결과 모공, 반점, 주름 검출 알고리즘은 artificial sample에 대해 평균 95% 이상의 정확도를 보였으며, 어떠한 특정 조건에서 검출 정확도가 감소하는지를 확인할 수 있었다. 두 번째로는 실제 환자의 피부 사진에 해당 검출 알고리즘을 적용하여, 검출 알고리즘의 결과와 임상전문의의 판독 결과를 비교하고, 이를 통하여 검출 정확도 측정 및 검출 알고리즘의 보완이 필요한 부분을 파악하는 것이다. 이 과정을 통하여 알고리즘의 취약점 및 임상전문의의 판독 결과와의 차이점을 확인할 수 있었으며, 보완 및 개선 방향을 확립할 수 있었다. 본 논문에서 제시된 비접촉식 피부 진단 장비는 hardware와 GUI, 그리고 모공, 반점, 주름 검출 알고리즘을 모두 포함하는 통합 시스템이며, 연구의 결과는 비접촉식 피부 진단 장비 및 관련 기술을 개발하는 데 유용하게 사용될 수 있을 것이다. 보다 일관된 촬영 환경을 제공하도록 hardware가 보완되고, 검출 알고리즘이 실제 피부를 보다 더 정확하게 진단할 수 있게 개선 된다면, 피부 상태의 정량화 및 객관적 평가, 그리고 정확한 비교 평가를 가능하게 함으로써 의사와 환자 모두에게 도움이 될 것이다.