本發(fā)明涉及計算生物學(xué)，涉及建立皮膚光譜的分析模型的方法以及利用該模型構(gòu)建皮膚生物學(xué)參數(shù)的建模方法，特別是涉及人皮膚光譜的建模方法以及高擬合度的多個皮膚參數(shù)的數(shù)學(xué)建模方法。

背景技術(shù)：
光與物質(zhì)相互作用會引起物質(zhì)內(nèi)部原子及分子能級的電子躍遷，使物質(zhì)對光的吸收、反射、散射等在波長及強(qiáng)度信息上發(fā)生變化，光譜儀可用于檢測并處理這類變化。與其他分析方法相比，光譜檢測具有非破壞、高靈敏、高精準(zhǔn)的特點(diǎn)，因而在各類材料的檢測和鑒定方面得到廣泛的應(yīng)用。生物學(xué)與光學(xué)的研究表明，人類皮膚是由多種生物學(xué)成分組成，其中的一些成分對光譜作用敏感，各成分具有特定的可見光光學(xué)性質(zhì)，并且，這些皮膚成分含量已由生物學(xué)方法進(jìn)行了測定。因此，形成一種籍于皮膚的可見光譜的數(shù)據(jù)處理方法實現(xiàn)皮膚的生物學(xué)成分量化分析是可行的。但在建模方面，要求可見光光學(xué)作用分析完整、皮膚參數(shù)盡量齊全，才能體現(xiàn)皮膚參數(shù)的光學(xué)性質(zhì)細(xì)節(jié)，達(dá)到可見光全波段所需的量化分析精度要求。目前，在皮膚參數(shù)量化分析領(lǐng)域主要存在以下手段，1)基于圖像的皮膚分析。由于是平面的圖像分析，其所能測得參數(shù)的與光譜的立體數(shù)據(jù)相比準(zhǔn)確性有較大差距。所期望的其他的皮膚成分參數(shù)和皮膚結(jié)構(gòu)參數(shù)無法獲得。2)基于生物阻抗的皮膚水份檢測。此種檢測成分參數(shù)單一且精度不夠。3)基于超聲波的皮膚超聲影像診斷系統(tǒng)。此種方式主要是對皮膚的結(jié)構(gòu)組織進(jìn)行定性觀察，無法進(jìn)行皮膚參數(shù)量化分析。4)基于X射線的三維斷層成像的皮膚CT影像分析系統(tǒng)。此種方式主要是對皮膚的結(jié)構(gòu)組織進(jìn)行定性觀察，無法進(jìn)行皮膚參數(shù)量化分析。5)皮膚光譜檢測系統(tǒng)。屬于研究項目。此種方式是利用光譜進(jìn)行某波段的直觀比較觀察，沒有形成信息處理模型。同時，建立皮膚渲染模型能夠直觀反映皮膚結(jié)構(gòu)和組分。該類模型主要用于皮膚渲染，強(qiáng)調(diào)視覺效果，精度不是關(guān)鍵指標(biāo)，因而將其用于皮膚參數(shù)量化分析存在問題有：①皮膚參數(shù)少，僅有4個成分參數(shù)變量，不能完整反映皮膚實際，用于量化分析的結(jié)果精度不夠。②僅反映可見光的400-600nm波長區(qū)間，600nm以上波段無法擬合。(Kubelka-Munk模型由于未考慮水平方向散射，其結(jié)果會高于真實結(jié)果；Multipole模型由于其假設(shè)的離散點(diǎn)光源位置問題，在某些過薄皮膚層情況下無法模擬，該情況經(jīng)常發(fā)生于590-700nm波長區(qū)間；Monte-Carlo模型結(jié)果具有不確定性，難以優(yōu)化，且所需計算時間很長)③僅涉及皮膚的吸收相關(guān)的皮膚成分參數(shù)，散射相關(guān)的皮膚成分參數(shù)。④不包含皮膚結(jié)構(gòu)參數(shù)。因此，為了實現(xiàn)精確的皮膚生物學(xué)參數(shù)的量化目的，急需設(shè)計一種基于皮膚光譜進(jìn)行皮膚參數(shù)量化分析的方案，可見光波段分析完整、皮膚生物學(xué)特征參數(shù)盡可能充足地被涉及，從而達(dá)到對不同人、不同部位差異盡可能多的分析維度和精度，并形成大數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種人皮膚光譜的建模方法以及高擬合度的多個皮膚參數(shù)的數(shù)學(xué)建模方法。填補(bǔ)了利用光譜模型進(jìn)行皮膚生物學(xué)量化分析的空白，分析出可以描述皮膚光譜特征的一組皮膚參數(shù)，其虛擬出的皮膚光譜與實際皮膚光譜的擬合度非常高，提高分析的精確性。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：1.一種人皮膚光譜的建模方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：步驟一根據(jù)可見光照射皮膚時吸收、反射、散射、透射的特征，將皮膚從上至下抽象為皮膚表面層、皮膚表皮層、皮膚真皮層、皮下組織層四層；步驟二根據(jù)皮膚表皮層的光吸收、散射系數(shù)以及皮膚表皮層厚度變量參數(shù)，建立在皮膚表皮層中光反射和光透射方程，計算在皮膚表皮層的反射率和透射率；在步驟二中，在所述皮膚表皮層中光反射和光透射由光從上方空氣中進(jìn)入和光從下方真皮層進(jìn)入兩種途徑所決定，所述在皮膚表皮層中光反射和光透射的方程為和其中，為從空氣進(jìn)入表皮層的光反射率，為從空氣進(jìn)入表皮層的光透射率，為從真皮層進(jìn)入表皮層的光反射率，為光從真皮層進(jìn)入表皮層的光透射率，σαepi為表皮層吸收系數(shù)，為表皮層散射系數(shù)，depi為表皮層厚度，Lair→Lepi代表光由空氣進(jìn)入表皮層，Lderm→Lepi代表光由真皮層進(jìn)入表皮層；步驟三根據(jù)皮膚真皮層的光吸收、散射系數(shù)以及皮膚真皮層厚度變量參數(shù)，建立在皮膚真皮層中光反射方程，計算在皮膚真皮層的反射率；在步驟三中，只考慮光反射光由光從上方表皮層中進(jìn)入的途徑，所述在皮膚真皮層中光反射方程為其中，為從表皮層進(jìn)入真皮層的光反射率，為真皮層吸收系數(shù)，為真皮層散射系數(shù)，dderm為真皮層厚度，Lepi→Lderm代表光由上方表皮層進(jìn)入真皮層；步驟四計算光在皮膚表皮層和皮膚真皮層的兩層結(jié)構(gòu)中的反射率；在步驟四中，所述光在皮膚表皮層和皮膚真皮層的兩層結(jié)構(gòu)中的反射率計算公式為：其中，Rinter為光在皮膚表皮層和皮膚真皮層的兩層結(jié)構(gòu)中的反射率；步驟五計算光通過四層皮膚的總體結(jié)構(gòu)中的反射率；在步驟五中，所述總體結(jié)構(gòu)中的反射率公式為Rskin＝Rsurf+TsurfRinter。進(jìn)一步的，還包括根據(jù)輻射傳導(dǎo)方程和在皮膚表面層的反射系數(shù)，建立在皮膚表面層中光反射和光透射的方程，計算在皮膚表面層的反射率的步驟；所述在皮膚表面層中光反射和光透射的方程為[Rsurf,Tsurf]＝LSI(rsurf)，其中，Rsurf為表面的光反射率，Tsurf為表面的光透射率，LSI代表了用于計算皮膚反射率以及透射率的一系列計算公式，rsurf為皮膚表面的反射系數(shù)。一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的人皮膚光譜的建模方法，建立的高擬合度的多個皮膚參數(shù)的數(shù)學(xué)建模方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一建立表示在皮膚表面層中的所述反射率和皮膚粗糙度以及皮膚光亮度之間關(guān)系的方程；在步驟一中，所述方程為，其中fsurf表示皮膚表面對單一方向的反射率，dω0表示反射方向的微元；步驟二建立表示在皮膚表皮層中的所述吸收系數(shù)與表皮層黑色素體積分?jǐn)?shù)、表皮層優(yōu)黑素濃度、表皮層褐黑素濃度、表皮層水分體積分?jǐn)?shù)、表皮層油脂體積分?jǐn)?shù)、表皮層中胡蘿卜素濃度、表皮層皮層厚度之間關(guān)系的方程；在步驟二中，所述方程為其中，表示表皮層吸收系數(shù)，fme表示表皮層黑色素體積分?jǐn)?shù)，ceu表示表皮層優(yōu)黑素濃度，表示優(yōu)黑素吸收系數(shù)，cph表示褐黑素濃度，表示褐黑素吸收系數(shù)，表示表皮水分體積分?jǐn)?shù)，表示水分吸收系數(shù)，flipid表示表皮層油脂體積分?jǐn)?shù)，表示油脂吸收系數(shù)，表示表皮層胡蘿卜素濃度，表示胡蘿卜素吸收系數(shù)，表示皮膚基線吸收系數(shù)；步驟三建立表示在皮膚真皮層中的所述吸收率與真皮層水分體積分?jǐn)?shù)、血液體積分?jǐn)?shù)、血紅蛋白濃度、血液中氧化血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、血液中脫氧血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、血液中一氧化碳血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、血液中高鐵血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、血液中硫化血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、真皮層胡蘿卜素濃度、真皮層膽紅素濃度、血液中血小板體積分?jǐn)?shù)、血液中血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、真皮層彈性蛋白體積分?jǐn)?shù)之間關(guān)系的方程；在步驟三中，所述方程為其中，表示真皮層吸收系數(shù)，表示真皮層水分體積分?jǐn)?shù)，表示水分吸收系數(shù)，fblood表示血液體積分?jǐn)?shù)，Soxy表示血液中含氧血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)即血氧濃度，cblood表示血紅蛋白濃度，表示含氧血紅蛋白吸收系數(shù)，Sdeoxy表示血液中脫氧血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)，表示脫氧血紅蛋白吸收系數(shù)，Sco表示血液中一氧化碳血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)，表示一氧化碳血紅蛋白吸收系數(shù)，Smet表示血液中高鐵血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)，表示高鐵血紅蛋白吸收系數(shù)，Ssulf表示血液中硫化血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)，表示硫化血紅蛋白吸收系數(shù)，表示真皮層胡蘿卜素濃度，表示胡蘿卜素吸收系數(shù)，cbr表示膽紅素濃度，表示膽紅素吸收系數(shù)，fplt表示血液中血小板體積分?jǐn)?shù)，表示血小板吸收系數(shù)，H表示血液中血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)，fela表示彈性蛋白體積分?jǐn)?shù)，表示彈性蛋白吸收系數(shù)，表示皮膚基線吸收系數(shù)；步驟四建立表示在皮膚真皮層中所述散射系數(shù)與皮膚膠原蛋白體積分?jǐn)?shù)、皮膚膠原蛋白纖維半徑或直徑、皮膚膠原蛋白纖維束半徑或直徑之間關(guān)系的方程；在步驟四中，所述方程為其中，σs表示真皮層散射系數(shù)，為真皮層瑞利散射系數(shù)，為真皮層米氏散射系數(shù)；步驟五建立表示皮膚表皮層中光反射率、光透射率與表皮厚度之間關(guān)系的方程；在步驟五中，所述方程為和其中，為從空氣進(jìn)入表皮層的光反射率，為從空氣進(jìn)入表皮層的光透射率，為從真皮層進(jìn)入表皮層的光反射率，為光從真皮層進(jìn)入表皮層的光透射率，為表皮層吸收系數(shù)，為表皮層散射系數(shù)，depi為表皮層厚度，Lair→Lepi代表光由空氣進(jìn)入表皮層，Lderm→Lepi代表光由真皮層進(jìn)入表皮層；步驟六建立表示皮膚真皮層中光反射率與表皮厚度之間關(guān)系的方程；在步驟六中，所述方程為其中，為從表皮層進(jìn)入真皮層的光反射率，為真皮層吸收系數(shù)，為真皮層散射系數(shù)，dderm為真皮層厚度，Lepi→Lderm代表光由上方表皮層進(jìn)入真皮層。進(jìn)一步的，還包括步驟七：將步驟一至步驟六中通過所述皮膚參數(shù)所虛擬的皮膚光譜與實際的皮膚光譜擬合。，，和，采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：第一，本發(fā)明通過光在皮膚中的傳導(dǎo)分析，構(gòu)建了皮膚光譜模型和皮膚參數(shù)數(shù)學(xué)模型，建立了皮膚光譜與皮膚生物學(xué)參數(shù)之間的聯(lián)系。利用本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型計算出的一組皮膚生物學(xué)參數(shù)仿真的虛擬光譜與實際光譜高度擬合，模型準(zhǔn)確可靠。第二，本發(fā)明相關(guān)的皮膚的光譜吸收相關(guān)的參數(shù)19個，光譜散射相關(guān)的參數(shù)3個，皮膚表面漫反射相關(guān)的參數(shù)2個，皮膚厚度相關(guān)參數(shù)2個，共計26維特征向量，能夠仿真皮膚光譜的細(xì)節(jié)，模擬真實的皮膚情況，精確度高，從而實現(xiàn)了皮膚生物學(xué)參數(shù)量化分析計算的目的，并可作為皮膚大數(shù)據(jù)的處理的基礎(chǔ)。第三，本發(fā)明所建立的皮膚表皮層、真皮層吸收系數(shù)與皮膚光吸收相關(guān)的生物學(xué)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型中，引入了如下形式的“余量體積分?jǐn)?shù)”進(jìn)行歸一化處理，使得在優(yōu)化分析過程中能夠得到合理的最優(yōu)解。該方法有3個作用：1、建立了皮膚某一吸收成分的體積分?jǐn)?shù)對其他體積分?jǐn)?shù)影響的數(shù)學(xué)關(guān)系，保證了皮膚各個吸收成分體積分?jǐn)?shù)的物理約束；2、排除了搜索方向的矯正所造成的影響，保證了量化分析過程不會受到外部干擾；3、確保了皮膚光吸收相關(guān)的生物學(xué)參數(shù)量化分析結(jié)果的正確性。第四，本發(fā)明的方法在可見光400-700nm的全波段內(nèi)精確擬合，可以達(dá)到皮膚量化分析所需要的精度。第五，本發(fā)明所基于的皮膚光譜信息可由無創(chuàng)的采集方式得到。附圖說明圖1為本發(fā)明擬合度的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的結(jié)構(gòu)圖及具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實施例1基于輻射傳導(dǎo)理論方程應(yīng)用的需要，本發(fā)明構(gòu)建了在可見光(400-700nm，作用于人的皮膚深度最大4mm)作用下皮膚的四層結(jié)構(gòu)(皮膚表面、表皮層、真皮層、皮下組織)模型，抽象了光的四種作用形式(反射、透射、吸收、散射)在皮膚四層結(jié)構(gòu)模型上的輻射傳導(dǎo)路徑分析。綜合形成了皮膚光譜與反射、吸收、散射、透射之間的光學(xué)分析模型。該模型有兩個特點(diǎn)：1、在皮膚的結(jié)構(gòu)模型中，將皮膚的表皮層、真皮層厚度作為結(jié)構(gòu)變量，突出了這兩個變量對光譜的影響；2、該模型涵蓋了光與皮膚的四種作用形式，是完整的光學(xué)模型。在現(xiàn)有技術(shù)中，輻射傳導(dǎo)方程(RTE，RadiativeTransferEquation)，該理論敘述了電磁波在介質(zhì)中傳播時，電磁波會：在“吸收”(Absorption)中損失能量，在“激發(fā)”(Emission)中獲得能量，在“散射”(Scattering)中重新分配能量。電磁波在介質(zhì)傳播中，其在位置x沿方向傳播的能量可由輻射率表示。一束沿方向傳播的能量在經(jīng)過位置在x時，在經(jīng)過一小段介質(zhì)(dS(x))后，輻射率的變化量可寫為：輻射傳導(dǎo)方程為：根據(jù)理論方程，建立皮膚中的光輻射傳導(dǎo)方程，皮膚模型假設(shè)：1)皮膚被抽象為多層結(jié)構(gòu)，每一層擁有獨(dú)立、多種吸收、散射介質(zhì)；2)皮膚在垂直于厚度延伸方向是無窮的，在平行于厚度延伸的方向可以有窮或無窮；3)皮膚為平面平行結(jié)構(gòu)，即皮膚的光學(xué)性質(zhì)只在平行于厚度延伸方向改變，位于同一深度的皮膚的光學(xué)特性完全一致；4)每層的散射、吸收介質(zhì)都是均勻分布的，即皮膚任意一層中，任何位置的光學(xué)特性都完全相同，擁有相同的含量和吸收、散射系數(shù)；5)皮膚中各種介質(zhì)的吸收、散射均相互獨(dú)立；6)皮膚中散射介質(zhì)為小尺度的膠原蛋白纖維及大尺度的膠原蛋白纖維束，其中小尺度膠原蛋白纖維的散射可以近似為球狀瑞利散射，造成真皮層同時擁有球形瑞利和圓柱形米氏散射。建立皮膚結(jié)構(gòu)中光傳播模型的目的是為了能夠計算皮膚總體反射率，皮膚總體反射率的計算由3部分組成：1、皮膚表面反射和透射；2、皮膚內(nèi)部多層結(jié)構(gòu)的總體反射；3、皮膚總體結(jié)構(gòu)的反射。本發(fā)明人皮膚光譜的建模方法包括以下步驟，步驟一根據(jù)可見光照射皮膚時吸收、反射、散射、透射的特征，將皮膚從上之下抽象為皮膚粗面層、皮膚表皮層、皮膚真皮層、皮下組織層四層。表面層：無實際厚度，無限薄，位于最外層，上與外界環(huán)境、下與表皮層相連；表皮層：為皮膚實際的第一層，擁有有限厚度，上連粗糙表面層、下與真皮層連接；真皮層：為皮膚實際的第二層，擁有有限厚度，上連表皮層、下與皮下組織連接；皮下組織層：皮下組織擁有無窮厚度，并不描述任何組成，其作用為吸收所有進(jìn)入從真皮層透射進(jìn)入皮下組織的光。步驟二根據(jù)輻射傳導(dǎo)方程和在皮膚表面層的光吸收、散射系數(shù)，建立在皮膚表面層中光反射和光透射的方程，計算在皮膚表面層的反射率和吸收率。皮膚表面的反射和透射由表面的光反射模型計算方程為：[Rsurf,Tsurf]＝LSI(rsurf)，(1)公式(1)其中，rsurf為皮膚表面的反射系數(shù)，由表面粗糙度σsurf和表面光亮度ρsurf組成。由于該層并不吸收任何光的能量，故其反射率和透射率擁有如下關(guān)系：Tsurf＝1-Rsurf。(2)步驟三根據(jù)皮膚表皮層的光吸收、散射系數(shù)，建立在皮膚表皮層中光反射和光透射方程，計算在皮膚表皮層的反射率和吸收率。表皮層能夠?qū)M(jìn)入該層的光吸收和散射，該層厚度會對在傳播中光被吸收、散射的總量造成影響，且表皮上層(空氣)和表皮下層(真皮)的折射率，以及光從何層進(jìn)入表皮層也會對該層反射、透射造成影響，故該層的反射、透射率的計算需要同時計算上照明(光從空氣進(jìn)入，+號表示)和下照明(光從真皮層進(jìn)入，-號表示)兩種情況：公式(3)，其中為表皮層吸收系數(shù)，為表皮層散射系數(shù)，depi為表皮層厚度，Lair→Lepi代表光從空氣中進(jìn)入表皮層。公式(4)，其中為表皮層吸收系數(shù)，為表皮層散射系數(shù)，depi為表皮層厚度，Lderm→Lepi代表光從真皮層中進(jìn)入表皮層。步驟四根據(jù)皮膚真皮層的光吸收、散射系數(shù)，建立在皮膚真皮層中光反射方程，計算計算在皮膚真皮層的反射率。真皮層也會對進(jìn)入的光吸收和散射，真皮厚度對光被吸收、散射的總量造成影響，但由于假設(shè)了進(jìn)入皮下組織的光完全被吸收，不會回到真皮層，故不用考慮下照明(光從皮下組織進(jìn)入)以及真皮透射，公式如下：公式(5)，其中為真皮層吸收系數(shù)，為真皮層散射系數(shù)，dderm為真皮層厚度，Lepi→Lderm代表光從表皮層中進(jìn)入真皮層。步驟五計算光在皮膚表皮層和皮膚真皮層的兩層結(jié)構(gòu)中的反射率。由于皮膚內(nèi)部是多層結(jié)構(gòu)，故光能在表皮層和真皮層之間反射，光可能在被多次內(nèi)部反射之后才離開皮膚，多層結(jié)構(gòu)的反射率計算如下：公式(6)，其中Rinter為皮膚表皮層和真皮層的兩層結(jié)構(gòu)的反射率，為光從空氣進(jìn)入表皮層的反射率，為光從空氣進(jìn)入表皮層的透射率，為光從真皮層進(jìn)入表皮層的反射率，為光從真皮層進(jìn)入表皮層的透射率，為光從表皮層進(jìn)入真皮層的反射率。步驟六計算光通過四層皮膚的總體結(jié)構(gòu)中的反射率。計算完皮膚表面反射、透射，以及皮膚內(nèi)部總體反射后，可以計算皮膚總體反射。光在照射到皮膚后，首先一部分光被皮膚表面反射，未被反射的光全部進(jìn)入皮膚內(nèi)部，并與皮膚內(nèi)部相互作用(吸收、散射)，最后未被皮膚內(nèi)部吸收的光通過反射逃離皮膚內(nèi)部：Rskin＝Rsurf+TsurfRinter(7)公式(7)，其中Rskin為皮膚四層結(jié)構(gòu)的總反射率，Rsurf為皮膚表面的反射率，Tsurf為皮膚表面的透射率，Rinter為皮膚表皮層和真皮層兩層結(jié)構(gòu)的反射率。實施例2在上述皮膚光譜特征模型的基礎(chǔ)上，找到與光敏感有關(guān)的皮膚生物學(xué)參數(shù)，形成了與皮膚結(jié)構(gòu)模型相對應(yīng)的皮膚參數(shù)集，建立了皮膚參數(shù)、皮膚結(jié)構(gòu)、光作用形式的關(guān)聯(lián)。進(jìn)而通過對三種光作用形式與皮膚參數(shù)的建模，建立了一組數(shù)學(xué)表達(dá)式，搭建了皮膚參數(shù)與光學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，在本發(fā)明中盡可能多地涉及相關(guān)皮膚生物學(xué)參數(shù)，使模型數(shù)據(jù)量充足，提高算法精確度即高擬合度的多個皮膚參數(shù)的數(shù)學(xué)建模方法，其步驟如下：步驟一建立表示在皮膚粗糙表面層中的所述反射率和皮膚粗糙度以及皮膚光亮度之間關(guān)系的方程。皮膚表面被抽象成無窮多的對稱的微觀V形溝槽，每個V形溝槽表面都對光造成鏡面反射，并可以通過幾何光學(xué)進(jìn)行計算。最終皮膚表面的反射則由對所有的微觀V形溝槽的反射進(jìn)行統(tǒng)計得到。V形溝槽的分布及每個表面反射強(qiáng)度對表面總反射均造成影響，而其V形溝槽相互之間也會對入射光、反射光造成遮擋，故將表面單一方向反射fsurf建模為表面反射強(qiáng)度ρsurf、V形溝槽分布D，幾何衰減G以及菲涅爾表面漫反射F的乘積：公式(8),其中ωi,ωo是入射光、觀察方向的反方向，n是宏觀表面法向量，h是ωi,ωo的半向量。微觀V形溝槽是通過參數(shù)化隨機(jī)模擬的，由所有溝槽平均深度—間隔比來控制，通常使用Beckmann分布，最終的皮膚表面向各個方向的總反射則是對單一方向反射在所有觀察角度上積分：Rsurf＝∫2πfsurfdωo(9)公式(9)，其中Rsurf為皮膚表面反射率，fsurf為單一觀察角度上的反射率，dωo為觀察角度的微元。步驟二建立表示在皮膚表皮層中的所述吸收系數(shù)與表皮層黑色素體積分?jǐn)?shù)、表皮層優(yōu)黑素濃度、表皮層褐黑素濃度、表皮層水分體積分?jǐn)?shù)、表皮層油脂體積分?jǐn)?shù)、表皮層中胡蘿卜素濃度之間關(guān)系的方程。由皮膚的假設(shè)可知，皮膚中各個吸收成分相互獨(dú)立，因此吸收系數(shù)可以表示為每個成分吸收的線性組合，表皮層吸收系數(shù)與對應(yīng)成分參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系可以如下：公式(10)，其中表示表皮層吸收系數(shù)，fme表示表皮層黑色素體積分?jǐn)?shù)，ceu表示表皮層優(yōu)黑素濃度，表示優(yōu)黑素吸收系數(shù)，cph表示褐黑素濃度，表示褐黑素吸收系數(shù)，表示表皮水分體積分?jǐn)?shù)，表示水分吸收系數(shù)，flipid表示表皮層油脂體積分?jǐn)?shù)，表示油脂吸收系數(shù)，表示表皮層胡蘿卜素濃度，表示胡蘿卜素吸收系數(shù)，表示皮膚基線吸收系數(shù)。步驟三建立表示在皮膚真皮層中的所述吸收系數(shù)與真皮層水分體積分?jǐn)?shù)、血液體積分?jǐn)?shù)、血紅蛋白濃度、血液中氧化血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、血液中脫氧血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、血液中一氧化碳血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、血液中高鐵血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、血液中硫化血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、真皮層胡蘿卜素濃度、真皮層膽紅素濃度、血液中血小板體積分?jǐn)?shù)、血液中血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)、真皮層彈性蛋白體積分?jǐn)?shù)之間關(guān)系的方程。公式(11)，其中表示真皮層吸收系數(shù)，表示真皮層水分體積分?jǐn)?shù)，表示水分吸收系數(shù)，fblood表示血液體積分?jǐn)?shù)，Soxy表示血液中含氧血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)(血氧濃度)，cblood表示血紅蛋白濃度，表示含氧血紅蛋白吸收系數(shù)，Sdeoxy表示血液中脫氧血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)，表示脫氧血紅蛋白吸收系數(shù)，Sco表示血液中一氧化碳血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)，表示一氧化碳血紅蛋白吸收系數(shù)，Smet表示血液中高鐵血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)，表示高鐵血紅蛋白吸收系數(shù)，Ssulf表示血液中硫化血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)，表示硫化血紅蛋白吸收系數(shù)，表示真皮層胡蘿卜素濃度，表示胡蘿卜素吸收系數(shù)，cbr表示膽紅素濃度，表示膽紅素吸收系數(shù)，fplt表示血液中血小板體積分?jǐn)?shù)，表示血小板吸收系數(shù)，H表示血液中血紅蛋白體積分?jǐn)?shù)，fela表示彈性蛋白體積分?jǐn)?shù)，表示彈性蛋白吸收系數(shù)，表示皮膚基線吸收系數(shù)。步驟四建立表示在皮膚真皮層中所述散射系數(shù)與皮膚膠原蛋白體積分?jǐn)?shù)、皮膚膠原蛋白纖維半徑、皮膚膠原蛋白纖維束直徑之間關(guān)系的方程；步驟五建立表示皮膚表皮層中光反射率、光透射率與表皮厚度之間關(guān)系的方程。散射是光在與皮膚相互作用中，光的傳播方向被改變而產(chǎn)生的現(xiàn)象，方向的改變并不遵循Snell定律(折射定律)。皮膚中的主要散射成分為膠原蛋白，并且皮膚具有兩種不同的散射：瑞利散射以及米氏散射。瑞利散射主要由小尺度的膠原蛋白纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，而米氏散射主要有大尺度的膠原蛋白纖維束(由多束具有相同走向的纖維綁定而成)產(chǎn)生，真皮的散射系數(shù)由3個參數(shù)表示：膠原蛋白體積分?jǐn)?shù)，膠原蛋白纖維半徑，膠原蛋白纖維束半徑。根據(jù)生物學(xué)的研究，本皮膚模型中表皮的散射系數(shù)使用真皮散射系數(shù)近似，即兩層擁有相同的散射系數(shù)。公式(12)，其中σs為真皮層散射系數(shù)，為真皮層瑞利散射系數(shù)，為真皮層米氏散射系數(shù)。散射理論主要描述了介質(zhì)的散射系數(shù)σs可以通過單個膠原蛋白截面散射系數(shù)σss和其數(shù)量密度N的乘積獲得，而膠原蛋白截面散射系數(shù)σss則可以通過散射效率σsca乘以其截面面積A獲得。(13)根據(jù)物理瑞利散射理論,米氏散射方程，計算米氏散射效率，計算各向異性指數(shù)，得到米氏散射系數(shù)，最終得到公式(12)。雖然表皮層中并不含有膠原蛋白，但根據(jù)生物—物理學(xué)家的研究結(jié)果，表皮層散射特性與真皮層散射特性無異，故表皮層散射也由真皮層散射近似。步驟五建立表示皮膚表皮層中光反射率、光透射率與表皮厚度之間關(guān)系的方程。步驟六建立表示皮膚真皮層中光反射率與表皮厚度之間關(guān)系的方程。實施例3優(yōu)選地，在本發(fā)明高擬合度的多個皮膚參數(shù)的數(shù)學(xué)建模方法中，還包括步驟七：將步驟一至步驟四中計算的皮膚參數(shù)與樣本實際的皮膚參數(shù)比較，計算擬合度，判斷上述多個皮膚參數(shù)的數(shù)學(xué)建模方法是否模擬精確，可以用于皮膚參數(shù)的量化分析。具體步驟包括1.測量目標(biāo)皮膚各個波段的反射率樣本，并進(jìn)行預(yù)處理以增加平滑度和減少測量噪音；2.猜測一組初始皮膚生物學(xué)參數(shù)；3.根據(jù)所述步驟，分別計算皮膚表面、表皮層、真皮層的反射率及透射率；4.根據(jù)所述步驟，計算皮膚表皮層、真皮層以及皮下組織共三層結(jié)構(gòu)的反射率；5.計算皮膚四層結(jié)構(gòu)的反射率；6.比較計算得到的皮膚反射率和測量的皮膚反射率之間的距離；7.計算所選的參數(shù)組中，各個參數(shù)變化時計算得到的皮膚反射率和測量的皮膚反射率之間距離的變化；8.根據(jù)距離的變化選擇下一組皮膚生物學(xué)參數(shù)，并重復(fù)步驟3至步驟8，直到得到擁有最小距離的一組生物學(xué)參數(shù)。其擬合曲線如圖1所示，由擬合曲線可知，本方法擬合程度非常高。以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。