消費習慣通常需要觀看實際商品全貌以及目前網路購物便利，使用者已經能夠輕易在家 中上網透過觀看影像達到消費目的。網路購物的強大商機，也促使部份化妝品公司於官方網 站上提供彩妝模擬系統協助使用者了解商品效果進一步達到網路商品銷售，不過該系統目前 往往只提供以拍攝完成的人像影像，或是採用建模軟體製作出的人像顯示於顯示器上讓使用 者觀看接近實際的彩妝效果，但由於不同膚色、彩妝品材質以及非使用者本身的影像，目前 發展的彩妝模擬系統無法提供最接近實際彩妝的效果讓使用者觀看。因此，本研究拍攝不同 人像上妝前後的影像，並且量測實際化妝品塗抹於皮膚上的反射率等資訊，進而建立化妝品 色度資訊資料庫，透過未上妝影像模擬上妝，進而預期上妝情況。並且，隨著立體顯示器發 展趨勢，使用者家庭中擁有立體顯示器也是將可預期的，因此本研究也加入立體成像原理，
將以拍攝的上妝前及上妝後左右眼影像製作成立體影像於立體顯示器上顯示，以達到讓使用 者觀看接近實際的立體彩妝影像。
本研究之目的為發展一套彩妝模擬系統，系統包括使用者可輕易選擇自己的人像顯示、
提供化妝品色度資訊資料庫、色度資訊顯示與色差值顯示等部分，此彩妝模擬系統可以進一 步發展為裸眼立體顯示之型態呈現。
文獻探討
這裡將提出與本研究相關的原理，包括膚色在 L*a*b*色彩空間中的色彩資訊、立體成像 原理將個別敘述如下。
(一) 膚色探討
顯示器上膚色喜好色之研究，一直都是相當重要的議題。因此，在本篇研究當中，我們 沿用了吳欣穎研究中指出東方人膚色色相角範圍約為 50 度左右[1]，以及 Hsu 針對膚色之喜 好色所研究得知的結果[2]，歸納出膚色之喜好的分布範圍明度(L*)約在 55 至 80 之間、彩度 (C*)為 15 至 25 之間、色相(h)約在 40~55 度之間，並且於該篇研究中也定義了一個類似於 CIELAB 色彩空間的 LSN(明度/膚色/非膚色，lightness/skin/non-skin)座標系，而此部分所提 到的數據資料，將於我們的系統當中做使用作為參考值使用。
(二) 立體成像原理
人眼之所以能看得到立體影像，主要為人的兩眼之間的距離，而這段距離約為 6.5 公分，
因此當人眼觀察景物時，因這段兩眼距離的關係，加上觀看物品受到周遭環境光源或陰影等 影響，以至於左右兩眼看到不同角度的景象，這種造成兩眼視覺上的差異稱為「像差 (disparity)」，這些景象經由人眼觀察進而傳達至視網膜再傳至大腦，進而因為左右兩眼影像 的些微差距進而讓大腦產生立體感。
四、 研究方法
(一) 色彩空間轉換人眼感知色彩必須有三項條件：光源、物體及人眼。透過光源能量分布、物體反射率以 及人眼配色函數等三種因素在可見光波段進行積分，進而可以得到色彩三刺激值(XYZ)。不 過，透過三刺激值並沒有辦法輕易分析色彩，因此需要將三刺激值轉換到不同的均等色彩空 間(CIELAB, CIELCh)。CIELAB 中的 L*代表明度、a*代表紅綠色軸、b*代表黃藍色軸；CIELCh 的 L*也代表明度，Cab*為彩度，h 為色相角。
為了讓顯示器能夠準確的再現色彩，顯示影像中的 RGB 訊號值必須經過正規化、光電 變換曲線轉換和線性轉換等過程，才能計算得到正確的色彩三刺激值，圖一為顯示器色度轉 換流程圖。
圖 一 顯示器色度轉換流程
(二) 數位影像膚色分佈範圍
數位影像於顯示器上顯示主要透過 RGB 訊號，因此本研究透過前述色度轉換流程，將 RGB 訊號經由正規化、階調複製曲線、線性轉換以及色度轉換至 CIELAB 空間。因此，數 位影像中的各個像素點的 RGB 訊號值經由前述轉換至 CIELAB 空間。在此，將文獻探討章 節的膚色探討所提及的參考值加入此部分，膚色之喜好的分布範圍明度(L*)約在 55 至 80 之 間、彩度(C*)為 15 至 25 之間、色相(h)約在 40~55 度之間，透過前述參考值於 CIELAB 空間 找出膚色分佈範圍，並且參考 Hsu 研究中所提到的類似 CIELAB 的對立色色空間 LSN(明度/
膚色/非膚色，lightness/skin/non-skin)，將 a*b*平面旋轉指定角度，則旋轉後 a*的軸為 s*軸(膚 色軸，skin axis)，b*軸旋轉後的軸稱為 n*軸(非膚色軸，non-skin axis)，a*b*平面經由旋轉後
為 s*n*平面。 該項考量之下，我們使用了 Topcon SR-UL1R 分光輻射度計(tele-spectroradiometer)測量置放 於實際光源底下的標準白板，進而運算可得知光源能量分布，將反射率(化妝品塗抹於皮膚)、
光源能量分布(拍攝環境的環境光)以及人眼配色函數進行計算，並且將計算得到化妝品色刺 激值轉換到不同的感知色彩空間，以便於後續實驗中使用以及分析。
圖 二 反射光示意圖
表 一 量測儀器
儀器名稱 圖示 型號 量測對象 量測項目
手持式分光光 度計
Konica Minolta CM-700d
未上妝皮膚、
上妝後皮膚
頻譜反射率、色 度值、色紅素 量、黑色素量
低亮度分光放 射儀
Topcon SR-UL1R
環境光照射之 標準白板
頻譜反射率、色 度值
(四) 測試影像拍攝流程
圖 三 CM-700d 量測膚色示意圖 圖 四 本研究所使用化妝品(粉底液、隔離霜)
圖五為拍攝現場示意圖，光源分別以 45 度角照射被攝物，以及上方一盞吸頂燈，前方 為 3D 攝影機及測量儀器位置。圖七為拍攝流程示意圖，在光源調整並且暖燈後，在被攝位 置放置標準白卡(X-rite ColorChecker white balance card)使用攝影機拍攝以設定自訂白平衡，
同樣位於攝影機位置放置 Topcon SR-UL1R 分光輻射度計，透過儀器量測光源所照射的標準 白卡，進而可以反向計算出原始光源能量分布。
圖 五 拍攝現場示意圖 圖 六 X-rite ColorChecker White balance card
圖 七 拍攝流程圖
(五) 系統流程
圖七為開發之系統介面，圖八為系統流程圖。首先開啟未上妝膚色影像，由於要達到準
確跨媒體色彩複製，必須清楚掌握各種設備的色彩特性，因此我們將輸入的測試影像套用相 機設備特性檔(ICC profile)，而後將影像中的 8-bit RGB 色彩訊號量轉換至三刺激值，然後將 影像的三刺激值轉換到 CIELAB 色彩空間。根據文獻 Hsu [2]所提到的膚色喜好色色相角約 在 40~55 度之間，透過在二維平面中直角坐標的列向量對於原點做逆時針旋轉。在此根據吳 欣穎[1]所提到的東方人膚色色相角為 50 度，將此角度代入旋轉矩陣，計算得知需偏移的角 度，將測試影像 a*與 b*資訊透過旋轉矩陣得到的偏移角度相乘，可以得到類似於 CIELAB 色
彩空間的座標系統。新的座標系統是根據 Hsu 研究中所提出並訂為 LSN(明度/膚色/非膚色，
lightness/skin/non-skin)類似於 CIELAB 色彩空間的座標系[2]。
我們根據 Hsu 所提到的膚色喜好色色相角約在 40~55 度 [2]。因此，系統採用同樣的數 據，藉由膚色範圍找出測試影像中的膚色區域，將膚色區域中心的 a*、b*資訊與化妝品的 a*、 b*資訊進行色度距離計算，而膚色區域內的各個膚色點依據前述距離，進行膚色偏移，以達 到膚色模擬上妝的情況。匯入上妝影像，同樣套用相機設備特性檔，並且轉換至 CIELAB 色 彩空間，選取模擬上妝影像的膚色區域以及實際上妝影像的膚色區域，將膚色區域視為色 塊，採用 CIE94 色差公式進行計算，取得膚色區域的色差平均值、色差最大值。
圖 八 開發系統介面
圖 九 系統流程圖
(六) 立體影像製作
在本研究中立體影像製作為透過 3D 攝影機錄影擷取而得，拍攝測試影像之攝影機型號 為 Panasonic AG-3DA1。透過 Adobe Premiere 剪輯軟體，進行影像編輯工作，一張完整的 3D 影像是透過左右眼各一張 side-by-side 影像所組成的，因此在影像編輯上，將拍攝影像在寬 度比例更改成 50%，將左右兩眼影像分別置於畫面左右兩邊，而後將影像(影片)匯出。
圖 十 Panasonic 3D 攝影機 圖 十一 軟體介面
五、 實驗結果
實驗結果可以得到如表二(中段)模擬上妝影像。透過 CIE94 色差公式，將模擬上妝部份 膚色區域以及實際上妝的部分膚色區域進行計算比對，由表三(右段)未上妝、模擬上妝與實 際上妝膚色於 CIELAB 色彩空間部分看出實際上妝膚色 a*b*分布區域皆相當接近實際上妝的 a*b*分布區域，僅在 No.2 號人像座落點接近程度並不明顯。
表 三 上妝前與上妝後膚色色彩特徵
(左) 上妝前與上妝後膚色光譜反射率分布曲線 (右)L
*a
*b
*色彩空間膚色分布區域
No.1
表 二 實驗結果：(a)模擬上妝前影像，(b)模擬上妝後影像，(c)實際上妝影像
No. (a)模擬上妝前 (b)模擬上妝後 (c)實際上妝
No.1
No.2
No.3
No.2
No.3
透過表四的色差平均值以色差最大值之分析，可以看出在整體色差平均值皆小於 1.5 以
下，因此，由此數據可以證明我們的系統在模擬上妝的結果是有不錯的表現，圖十二為模擬 上妝前後 3D 示意圖(分別以紅綠色頻道模擬表示左右眼影像)。
表 四 模擬上妝與實際上妝膚色區塊色差值
Average E94 Max E94
No.1 0.86 2.88 No.2 1.29 2.64 No.3 1.27 3.34
除了表四的數據表示方法之外，表三(右段)為 L*a*b*色彩空間膚色分布區域，可以看出 在 No.1 以及 No.3 模擬上妝膚色位置與實際上妝膚色位置相當接近，在 No.2 圖表部分中模 擬上妝膚色以及實際上妝膚色差距較大同時也輔助說明表四 No.2 部分的平均色差為測試影
像中最大的部分，而造成該組測試影像色差平均偏大的原因，我們認為在環境光源架設不夠 完善所導致的陰影以及測量上妝情況控制等部分，都是造成色差的原因之一。而在表三(右 段) L*a*b*色彩空間膚色分布區域，有三點表示分別為藍色三角型(未上妝膚色)、綠色圓形(模 擬上妝膚色)以及紅色正方形(實際上妝膚色)，黑色的直線為藍色三角型(未上妝膚色)至綠色 圓形(模擬上妝膚色)移動表示，透過觀看圖表，部分模擬上妝膚色的 a*b*色彩空間膚色分布 區域與實際上妝膚色 a*b*色彩空間膚色分布區域有重疊現象，透過該現象可說明大部分的模 擬上妝色度座標點都已移動至實際上妝膚色範圍內，因此透過表三的圖表輔助以及表四的數 據說明更能說明本研究的彩妝模擬系統在模擬效果有令人滿意的表現。
表五 模擬上妝前後 3D 示意圖 (紅/綠頻道 3D 模擬)
No.1
No.2
No.3
(左) 模擬上妝前 (右) 模擬上妝後
六、 結論與未來展望
透過實驗結果，在E*94色差平均值及最大值，已經達到 1.5 以下，可以看出本開發系統 初步已達到不錯的膚色彩妝模擬結果，未來如果能在拍攝環境光以及拍攝過程控制等變因，
如果能控制更完善，在模擬精確度上可以繼續改善，並且未來也將設置實驗，蒐集人眼觀看 透過本系統模擬出的彩妝影像，進而可以得到人眼可判斷色差值的範圍，輔助說明本研究設 置的精準度是否與人眼判斷有著極大的誤差。
在本研究當中，目前只針對粉底、隔離乳等化妝品部份進行研究使用，在未來我們將加 入人臉偵測等方式，透過人臉偵測特徵值，進而模擬局部上妝等情況，透過局部上妝的方式，
可針對眼影、腮紅及口紅等部分，也是我們期望做到的整體完善的彩妝模擬，除了針對彩妝
可針對眼影、腮紅及口紅等部分，也是我們期望做到的整體完善的彩妝模擬，除了針對彩妝