如何量化皮肤和化妆品的色彩特性？

虽然在化妆品或肤色、发色、光泽评估中，基于视觉或触觉的感官检查依然占据主流，而且人眼在比较颜色上表现优异，但问题在于存在个体差异且难以留下记录。对于这些主观或感官评估，日益要求确立基于测量设备进行数值化的客观测量方法。柯尼卡美能达分享了其分光测色计根据测量物的光谱反射率迅速进行高重现性、高精度测色，且能够保留测色数据记录，实现肤色及化妆品等颜色管理定量化的事例。

基于分光测色计的皮肤颜色及化妆品定量评估

色彩与测色计
首先从色彩与测色计开始探讨。色彩由色调H（Hue）与“亮度”V（Value）、“过饱和度（彩度）”C（Chroma）三个要素（颜色的三属性）组合而成，如图1所示，可理解为将色调作为外沿，亮度作为纵轴，彩度作为从中心延伸的横轴的立体结构。

用刻度衡量色调、亮度及彩度即可实现颜色的数值化，可与任何人共同进行色彩方面的交流。一般将物体颜色或光源颜色用数值或符号表示的方法称为“色系”，使用表示颜色的三要素呈现的空间称为“色空间”。使用测色计能够轻松实现颜色数值化，并以各种色系迅速获得答案。在使用颜色的现场最大的问题在于，细微的颜色差异（色差），使用测色计即可用数值表示细微色差。

图 1　色调、亮度、彩度立体图

L*a*b* 色空间是目前在所有领域表示物体颜色时使用最为广泛的色空间。图2 是立体显示L*a*b* 色空间的示意图。即使人眼（目视）看上去相同，用测色计测量就会发现细微差异。分光测色计根据测量物体的光谱反射率系数计算颜色，不仅实现颜色数值化，还以图表显示颜色的波长成分（反射率）。分光测色计可将来自物体的反射光通过衍射光栅等进行分光，并使用多个传感器接收这些光，由此测量各波长的反射率（光量）（图3），并以图表表示。

图 2　L*a*b* 色空间立体示意

肤色的评估
通过定量评估肤色来掌握目标总体的肤色分布，在产品设计或提供合理服务上尤为重要，需要肤色测量值的领域包括图像领域（印刷、照片、广播）及照明领域、化妆品及服饰等多种行业。

在化妆品领域，肤色测量值成为化妆原料的色调设计及护肤产品效用确认等产品开发时的基准，必须掌握实际肤色状态。

基于上述观点，资生堂等使用柯尼卡美能达不同分光测色计CM-26d、CM-700d 机型，长期测量皮肤的同一部位，掌握所获皮肤数据的差异，并引入可对比数据的补偿公式，对亚洲女性的肤色分布的长期变迁进行了分析。结果发现，1991 年至2001 年的大约10 年间的数据表明女性肤色分布向高亮度、低彩度、偏黄发展，而2005 年至2015 年的大约10 年间的数据表明女性肤色分布向低彩度、偏红发展。

在化妆品领域，实际肤色测量值是颜色重现的基准，对肤色的分光特性及肤色分布的理解必不可少，基于柯尼卡美能达分光测色计的肤色测量可谓是化妆原料的色调设计及护肤产品的功效确认等产品开发基准的有效运用事例。

政府监管
随着国务院令第727 号的发布，标志着从2021 年1 月1 日开始，《化妆品监督管理条例》正式实施。其中第二十二条规定：化妆品的功效宣称应当有充分的科学依据。为贯彻落实《化妆品监督管理条例》，规范和指导化妆品功效宣称评价工作，国家药监局组织起草了《化妆品功效宣称评价规范》，自2021 年5 月1 日起施行。

《化妆品功效宣称评价规范》具体要求具有祛斑美白、防晒、防脱发、祛痘、滋养和修护功效的化妆品，应参照《化妆品祛斑美白功效测试方法》中内容进行人体功效评价试验方式进行功效宣称评价。通过“紫外线诱导人体皮肤黑化模型祛斑美白功效测试法”或“人体开放使用祛斑美白功效测试法”使用皮肤色度仪，测定皮肤的L*a*b* 颜色空间数据，以计算肤色个体类型角（individual type angle，ITA°）数值。ITA°值越大，肤色越浅，反之肤色越黑。

柯尼卡美能达推荐使用CM-26d 型号对皮肤测试区域与对照区域分别进行三次测量，记录测得L*、 a*、 b* 以计算相应的ITA°数值。也可连接颜色数据管理软件NX 直接计算得到ITA°数值。

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

基于分光测色计与专用软件的美白剂效能评估
构成人体皮肤的皮肤组织呈层结构，从最外层的角质层起，分别依次为表皮、真皮、皮下组织。表皮含有黑色素，真皮中则大量存在着含于血液中的血红蛋白，这些是构成皮肤颜色的主要因素。另外，由组成表面细微凹凸的皮沟与皮丘所构成的表面形态一般被称为“肌理”，而“皱纹”就是比这个更大的凹凸状态。这些皮肤组织的结构及状态对皮肤外观也产生重大影响。

对皮肤透明感最有影响的皮肤生理特性是肌理间隔及深度、角质层含水量、黑色素量、血红蛋白量，经过验证，透明感高的皮肤的特性为肌理深且细腻，角质层含水量大，黑色素量及血红蛋白量少⁴⁾。

图 3　分光测色计的原理

通过组合使用柯尼卡美能达的皮肤分析软件CM-SA 及分光测色计CM-26d、CM-700d 等，能够高精度测量肤色的同时可将影响皮肤透明感的黑色素量（Melanin Index） 数值化（ 图4）。

图 4 （a）基于分光测色计 CM-700d 的测色　（b）基于皮肤分析软件 CM-SA 的美白剂效能评估事例仅凭 L* 值：白色增加，a* 值：红色减少的颜色信息，无法判断美白剂的效能。由此观察黑色素指数（Melanin Index）数据，就会发现使用美白剂时黑色素指数（Melanin Index）减少

除化妆品公司、功能性食品公司、药品公司等以美白效果为目的的产品开发部门以外，还用于受托实施临床试验的公司、皮肤科、整形外科等研究机构等。本软件在分光测色计获得的光谱反射率数据的基础上通过特定算法，分别计算黑色素指数和血氧饱和度指数，不受皮肤红色成分等影响而高精度测量皮肤中的黑色素沉着量。

基于多角度型分光测色计的角度特性测量
在评估含有随角度发生颜色外观变化的金属或珍珠物质的化妆品时，通过多角度型分光测色计CM-M6 的1 方向照明与6 方向受光的照明受光，只需1次测量即可获得多角度数据。（图5）

图 5　（a）多角度型分光测色计 CM-M6　
（b）双路径光学系统

该分光测色计的测量区域较小，约为φ6mm，因此可以对曲面或小面积样品也可轻松进行高精度测量。通过采用相对于测量仪的中心轴对称配置的两个照明及受光系统的“双路径光学系统”，在测色计发生倾斜时也实现高稳定性测量。

基于亮度计的皮肤颜色及化妆品定量评估

亮度与色彩亮度计
上述测色计中内置有测量用照明光源，由于物体颜色随着照明光源发生外观变化，为测量物体颜色必须规定各种光源的典型特性，这些已在CIE（国际照明委员会）及JIS 等均有规定。就是说测色计是对压抵的目标物照射规定的光，并接收来自被测物的反射光来进行测量。

但是，还有很多希望在实际环境光照下评估皮肤颜色或化妆品的外观效果的需求。尤其是近年来随着LED 及有机EL 等替代荧光灯的下一代照明光源上市普及，“照出优美肤色” 成为照明产品设计的要求，同时在化妆品开发中，也需要考虑在这些新照明光源下肤色及化妆品的外观效果。

另外，由于人体皮肤有凹凸及胎毛，面部的不同位置的亮度有差异，外观也参差不齐，因此需要将面部皮肤整体作为一个面捕捉。对此柯尼卡美能达建议采用从远处（非接触方式）将面部皮肤整体作为一个面进行测量评估的“二维色彩亮度计”。

二维色彩亮度计采用等同于人类视觉灵敏度的XYZ 滤光片与高像素CCD，能够以高分辨率正确地进行目标物亮度分布、色度分布的二维测量，由于可在短时间内高效测量各种显示屏或光学设备的亮度不均、色度不均而被广泛使用，并大幅缩短从测量到评估的作业时间。在皮肤评估中使用该亮度计，不仅可将面部整体捕捉为一个面，还可以把其中的每个块，即像素的颜色与亮度定量化以评估皮肤亮度分布。

皮肤及化妆品评估中的亮度测量必要性
亮度对皮肤透明性的影响
皮肤亮度分布会影响皮肤的年龄认知，但皮肤亮度信息如何影响透明感还不明确，花王等为考察皮肤亮度信息对透明感的影响，使用100 位亚洲女性的定量控制颜色信息的皮肤图像，实施了主观评估实验，结果发现皮肤的平均亮度越高，皮肤透明感认知也越高。这表明反射率高的皮肤，或在照度高的照明下观察会提高皮肤的透明感认知⁵⁾。以绝对值评估皮肤亮度分布的柯尼卡美能达二维色彩亮度计被认为有助于这些研究中的定量评估。

亮度对化妆品保湿效果的影响
角质层位于皮肤最上层，在脸颊处只有10μm 左右的极薄组织。由于角质层所含的水分及油分对皮肤状态产生重大影响，作为测量皮肤水分量及油分量的既有方法包括直接测量官能团的方法，或利用水分或油分导致电气特性等物理特性变化的现象来间接测量的方法等，但间接方法具有测量值受到水分及油分以外影响的缺点，而红外分光法、近红外分光法、拉曼分光法等直接测量法存在设备昂贵、用法及分析法繁杂的课题。

另一方面，要评估化妆品涂抹后的变化及出汗等以秒为单位时刻变化的水分及油分状态，需要满足①直接测量水分及油分，②为减少对皮肤的影响，应采用非接触方式，③实时测量皮肤状态，④为评估皮肤上的水分及油分分布状态必须将皮肤整体作为一个面测量等要求事项的测量法。为此资生堂采用将在长波长区域仍有灵敏度特性的Extended-InGaAs 近红外相机与可均匀照射面部整体的新开发的专用扩散照明组合使用的简便易操作的水分及油分高灵敏度可视化系统，实现了皮肤上水分及油分可视化，以及化妆品保湿效果的评估⁶⁾。

从获得的图像可以观察到随着涂抹化妆水部位的水分量增加亮度值会下降，同样在油分区域随着油分量增加亮度值也会下降。在将化妆水、乳液涂抹部位的选择区域平均亮度值以从涂抹前的变化量表示的区块，刚涂抹之后的只涂化妆水、化妆水+乳液的任意组合的样品的亮度变化量均增加，就是说虽然水分量增加了，但之后随着时间经过，亮度值在只涂化妆水时在5 分钟后，而某个乳液+化妆水的组合则在10 分钟后渐渐接近涂抹前状态，另一个化妆水+乳液的组合则在90 分钟后仍保持高水平，就是说维持水分量高的状态。由此可以证明利用亮度数值数据足以比较不同样品的水分量根据时间引起的变化情况。

采用二维色彩亮度计能够简单地对皮肤上水分及油分分布状态及其经时变化等进行定量观察及评估。此外，柯尼卡美能达将继续通过持续开发、提供定量评估皮肤颜色、光泽、质感的解决方案，为化妆品行业的研发提供综合支持。

参考文献：
[1] 柯尼卡美能达株式会社编“阅读颜色的故事”
[2] 资料图像提供：柯尼卡美能达日本株式会社
[3] 菊地久美子、片桐千华、吉川拓伸、沟上阳子、矢口博久：基于分光测色计的肤色测量与日本女性的长期肤色变迁、日本色彩学会期刊、第40 卷、第6 号、2016 年、195-205.
[4] 桑原智裕：皮肤透明感测量、光学、39 卷 11 号（2010）524-528．
[5] 西牟田 大、五十岚崇训、冈嶋克典：亮度与颜色对皮肤透明感的影响、影像信息媒体学会期刊、Vol.68、No.12、2014、ppJ543-J545.
[6] 江川麻里子：皮肤水分及油分的高灵敏度可视化、MEDICAL IMAGING TECHNOLOGY Vol.30 No.1 January 2012.

来源：柯尼卡美能达

来源：荣格-《 国际个人护理品生产商情》

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