專利名稱：使用噴墨術美化手指甲和腳趾甲的制作方法
題為“Nail Decoration Using Ink Jets”(《使用噴墨術美化手指甲》)的美國專利申請序列第09/366 610號，在此一并作為參考。美國專利第5 931 166號也在此一并作為參考。
背景技術：
發(fā)明范圍本發(fā)明涉及使用噴墨打印技術，以用戶定制的、細致的、多色彩的圖案對手指甲和腳趾甲進行美化的設備和方法。
相關技術的說明對手指甲與腳趾甲的常規(guī)美化，牽涉到使用指甲拋光術，該拋光術適合于采用小刷子進行。貼花，或者嵌花，能適合用于已拋光的表面，這些飾物通常被用膠粘劑粘貼上，或以額外的外涂層施在光亮的拋光面上。以噴槍著色穿透蠟紙的方法，已經(jīng)被用于對指甲的美化。適合于天然手指甲的人造指甲或指甲尖，也被用來進行美化。美國專利第5 309 365號說明了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于修剪人造指甲尖并用自動修剪方法美化它們。
近來，已經(jīng)有人提出把噴墨技術作為可行的技術用于在手指甲上安置飾物。參見題為“Fingernail Decorating”(《手指甲美化法》)的美國專利第5 931 166號和題為“Nail Art Method and Device”(《指甲藝術所用方法和設備》)的WO99/33372號，它們說明了一些噴墨方法，這些方法被設計得用于把選定的圖案放置在單個手指頭上。雖然這些方法不屈從于傳統(tǒng)的手工技術，但它們照樣有缺點，即要求用戶們以手工在每個手指頭上定位，然后調(diào)節(jié)飾物的大小來裝配在特定的矩形區(qū)域內(nèi)。這些方法很耗時間，且導致并非最適宜的美化。此外，這些方法并不適合于采用多色、多坡度以及多圖案樣式來填充指甲表面，因為手指甲和腳趾甲有各種各樣的尺寸和幾何形狀。所以，就需要有一種設備，它能以最少的用戶互動來精確地應用在天然的手指甲或人造指甲上，以高度細致的、多色彩的、用戶定制的指甲圖案，來覆蓋整個指甲，且除了用戶有要求之外并不會涂蓋在皮膚上。
發(fā)明簡述本發(fā)明的目的，是提供一種設備，它同時采用噴墨打印技術，把用戶選定的、精確度量的圖案，施加在一個或多個手指甲或腳趾甲上。
本發(fā)明的另一個目的，是提供一種技術，來覆蓋指甲的任何所要求的部分，包括整個指甲，但又不涂蓋到臨近該指甲的皮膚，除非用戶要求這樣做。
從下面的本發(fā)明公開件中，就會明白本發(fā)明的其他目的。
這種設備施加用戶定制的、高度細致的、多色彩的圖案，這些圖案是照每個指甲的大小和形狀度量的。該設備包括一個噴墨打印頭；一個支架，它用于使指頭或指甲保持在正確的位置上或者對齊；一臺使指甲成象的照相機；一臺電腦，它以存儲器來獲取并保存指甲圖像，且存儲手指和腳趾的所有可用圖案的形式；以及一個控制系統(tǒng)，它指導噴墨打印頭來把度量了的圖案施加在每個指甲上。
指甲的圖案在電腦中被存儲為電子(即數(shù)字)形式的，并由軟件進行電子操作而把圖案調(diào)節(jié)(即縮小和/或放大圖案)為一維的、二維的或三維的，以便裝配在單個指甲上。有些圖案是預制后存在電腦中的，且能在顯示器上顯示以便按主題選擇。這些預制圖案，在施加到指甲上之前，可以根據(jù)主題趣味做電子更換。對于用戶定制的圖案，主題可以提供圖案或圖像，它們是電子形式的，或者是能被掃描并轉(zhuǎn)換為可輸入電腦中的電子形式那種式樣的。獨特之處在于，除了圖像或圖案之外，用戶還能選擇色彩梯度和明暗度。用戶可以為其所有的指甲選擇一個圖案，或者為每個指甲選擇不同的圖案。
為了把圖案施加在指甲上，手指和腳趾被放在一個支架中，該支架設計得可容納多達8個小的手指或者2個大拇指。一個備選支架設計得可容納多達10個腳趾。該設備內(nèi)的一個光學系統(tǒng)使指甲在電子照相機(例如電荷耦合成象器)上成象。這些圖像被傳送給電腦，電腦分析這些圖像是否與每個指頭的指甲表面一致?？刂葡到y(tǒng)中用于每個指甲的預選圖案，接著就被度量和推斷，以便裝配單個指甲。一個噴墨打印頭連接著并受控于該電腦和電子控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)向打印頭發(fā)送信號。此打印頭包含一排油墨噴嘴，這些噴嘴由控制系統(tǒng)指引而把油墨點射到指甲的一些點上。控制系統(tǒng)指令打印頭順著兩個或三個方向，掃描欲被處理的整個指甲，并把合乎要求的圖案打印到每個指甲上。噴墨打印技術是眾所周知的，且被工商業(yè)實用了。
噴墨打印頭在把圖案施于指甲上的同時可以保持為靜止的，但是當指頭在支架上保持靜止時，該打印頭通常在所有指甲上方平移。平移通常順著兩個方向(跨過指甲的長度和寬度)進行，然而打印頭也能順著豎直方向被平移。由于單個噴墨滴的噴出角度，是又漂動又變化的，所以當要求高度的空間分辨率設計時，就必須使平移順著豎直方向進行。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點，從以下說明及附圖中就會看得明白。
附圖簡述隨附的圖紙，被包括在本公開件中并作為其組成部分，它們顯示了本發(fā)明的一些實施例，并連同其說明一起被用于解釋本發(fā)明的各項原理。


圖1A顯示本發(fā)明的指甲打印設備的一個實施例；圖1B以程序框圖顯示圖1A所示的實施例；圖2顯示符合本發(fā)明的一種可采用的照相機及光學成象系統(tǒng)的詳細視圖；圖3A-3F顯示復雜的人類指甲解剖結構；圖3G與3H顯示手指甲表面為了做法國式指甲圖案美化(French naildesign decoration)而被如何分段；圖4A顯示一個支架，它帶有供小的手指、大拇指以及手掌所用的凹痕；圖4B顯示一個支架，它帶有供腳趾頭以及腳底板所用的凹痕；圖5顯示一個備選支架設計方案的詳細視圖6提供一套程序，它用于以用戶選定的圖案美化指甲；圖7顯示程序流程框圖260，它代表執(zhí)行打印的電腦軟件的一個重要成分；圖8的柱狀圖，顯示象素數(shù)量與用于計算整幅指甲圖像的象素密度數(shù)值的對比；圖9A、9B、9C分別顯示初始圖像、通過執(zhí)行Canny邊緣探測而生成的圖像、通過推斷一些顯示所要求區(qū)域的邊緣而生成的圖像；圖9D顯示與Canny邊緣探測相同的區(qū)域。
發(fā)明詳述本發(fā)明的目的是提供一種設備，它采用噴墨打印技術，讓用戶把選定圖案同時施加在一個或多個手指甲或腳趾甲上。該設備施加用戶定制的、高度細致的、多色彩的圖案，這些圖案是按每個指甲的尺寸和樣子度量好的。該設備包括一個噴墨打印頭；一個支架，它用來使指頭或指甲保持在正確位置上或?qū)R；一臺使指甲成象的照相機；一臺電腦，它以存儲器來獲取并存儲指甲圖像，并存儲所有可用圖案的指頭式樣，它還包括用來分析每個指甲的解剖結構并度量選定圖案以裝配在指甲上的電腦程序；以及一個控制系統(tǒng)，它指導噴墨打印頭把度量了的圖案施加在每個指甲上。
當指頭在支架上靜止不動時，噴墨打印頭在指甲上方被平移。通常是順著兩個方向平移，即順著所有要美化的指甲的長度和寬度平移。打印頭也能被順著豎直方向，沿著指甲的深度(即高度)平移。這種豎直平移有利于打印高分辨率的圖像，尤其是有利于打印輪廓很符合指甲表面的圖像。
指甲圖案在電腦中被存儲為電子形式的(即數(shù)字式的)，并被電子化處理而順著一維、二維或三維度量(即縮小或放大)，以便裝配在單個指甲上。電腦和控制系統(tǒng)針對該指甲的曲率而做修正，以便優(yōu)化指甲圖像的外形。二維圖像可能會被歪曲，但打印在輪廓很符合的三維指甲上的最終圖像，卻不會顯得是平鋪的或歪曲的。
有些指甲圖案能被預制并輸入電腦中，它們能在與控制系統(tǒng)相連接的顯示器上被看到，以便根據(jù)主題做選擇。這些圖案可以包括節(jié)假日圖像，以及一些通用象征例如旗幟、花卉、動物、天體、占星術符號、大寫字母、卡通人物、體育團隊標識，還有著名的美術作品。它們也都能包括簡單的多色彩的明暗度或色彩梯度。本發(fā)明的獨特之處在于，即使預制的圖案，也能在圖案被采用之前，根據(jù)主題趣味，對于其形式或不同的所選顏色，電子化地略微加以改動。
對于用戶定制的圖案，主題能以電子形式，或以能被掃描并被轉(zhuǎn)換為電子形式而輸入控制系統(tǒng)的樣式，提供圖案或圖像。這些個性化的圖案，可包括人們的照片或者風景照、地方團隊的標識，以及姓名。也可以應用法國式指甲圖案，該圖案把指甲表面分段為著色不同的不同區(qū)域。
圖1A顯示符合本發(fā)明的指甲美化設備的一個實施例。設備10包括控制著電子控制系統(tǒng)14的電腦15。電子控制系統(tǒng)14負責把該設備的各種設置傳達給電腦，并把電腦打印指令轉(zhuǎn)換為電子信號以驅(qū)動打印頭20。電腦顯示屏幕12指導用戶通過包括圖案選擇的整個過程，該屏幕還被用來顯示各個指頭的圖像。圖像由使用照相機16與光學系統(tǒng)18的電腦獲得。噴墨打印頭20連接著并受控于控制系統(tǒng)14，該系統(tǒng)在此實施例中與支架臺26及打印頭20整體連接。各個指頭的圖像被電腦15的軟件進行分析，該軟件采用的是下文要討論的色彩選擇與邊緣檢測合成算法，以便清楚地分辨指甲的表面和邊界。被識別了的指甲表面邊界由一些彩色線條(實線或虛線或點劃線)顯示在電腦屏幕12上，這些線條覆蓋在照相機圖像上的實際的指甲圖像上。用戶可以用鍵盤13或其他錄入裝置例如鼠標或觸摸輸入板，手動調(diào)節(jié)這些邊界。以此方式，用戶就可以選擇把圖案打印到指甲邊界之外，如果需要還可打印在皮膚上。預選定的圖案由電腦15度量，以便裝配在每個單個指頭被選定的邊界之內(nèi)。電腦15把打印指令傳給電子控制系統(tǒng)14，該系統(tǒng)把必要的信號傳給打印頭20，使它掃描所有要被美化的指頭，并把合乎要求的圖案施加或打印在每個表面上。圖1B以程序框圖的形式顯示圖1A所示實施例。如上所述，電腦15連接著控制系統(tǒng)14，該系統(tǒng)收集并轉(zhuǎn)達獲自照相機16和光學系統(tǒng)18的指甲圖像數(shù)據(jù)。可選用的是，照相機16及光學系統(tǒng)18也可直接連接著電腦15?？刂葡到y(tǒng)14也把打印頭20的各種設置轉(zhuǎn)達給電腦15。連接著電腦15的屏幕12，被用于顯示來自支架臺26的指甲圖像，且圖案也顯示在屏幕12上。
支架22被安裝在支架臺26上，并可具有如圖4A所示那樣的傳感器84，在每個指頭的位置上，傳給控制系統(tǒng)的信號都會呈現(xiàn)為一個數(shù)字。該傳感器可以是電子式的，并能檢測到電容量或電阻的變化。該傳感器也可以是一個光傳感器，當光線被指頭阻擋時，它能檢測到光線的變化。電腦程序能運用傳感器的信息來識別要被自動美化的各個指頭，而無須用戶輸入。此外，支架的高度是被控制系統(tǒng)14調(diào)節(jié)的，該系統(tǒng)用電機來使驅(qū)動支架臺26平移，直到指甲表面處于優(yōu)化的高度為止。若不用電機，就用標準的機械驅(qū)動裝置來手動調(diào)節(jié)該高度。優(yōu)化高度能由機械坐標來識別，該坐標臨時放置在各個手指頭上方并當手指頭處于正確位置時與它們接觸?？商鎿Q的是，優(yōu)化高度也能通過校準了的光線與光學檢測器的結合來檢測到，該檢測器位于支架的兩側(cè)。校準了的光束會跨過各個指頭上方，且當這些指頭低于優(yōu)化高度時就開動檢測器。當各個指頭高于優(yōu)化高度時，該檢測器就會具有最小信號。當光束被半阻擋(即50％的信號級別)時，支架與各個指頭都處于優(yōu)化高度。另一種檢測優(yōu)化高度的可選用法是，采用照相機16所收集的圖像，該照相機在指甲表面處于優(yōu)化高度時被調(diào)焦于該表面上?？稍谥Ъ鼙回Q直掃描時，度量指甲邊緣的象素寬度，來決定最佳焦距。這樣就很容易換進便于優(yōu)化的不同支架，以用于不同的手的尺寸或腳的尺寸。
該設備包括掃描儀28、30，它們使打印頭20順著兩個方向掃描過指甲。也可包括順著豎直方向的平移，以便使油墨噴嘴與指甲表面保持恒定的距離，從而改進被打印的圖案的分辨率。打印頭20順著豎直方向的平移，就使得所有手指頭的指甲，無需定位在同樣高度附近。本發(fā)明中可用的掃描器械，是專業(yè)界所知道的，它們也用于批量應用的噴墨打印機了。在本發(fā)明中可用的掃描器械以及機械聯(lián)接件的例子，已公開于在此一并作為參考的美國專利第5 975 677號和美國專利第6 033 604號中了。噴墨技術的例子則公開于題為“Ink Jet Printer”《噴墨打印機》)的美國專利第6 053 601號、美國專利第4 855 752號、美國專利第4 967203號以及美國專利第5 376 956號中了，所有這些公開件在此均一并作為參考。
在打印之后，可以驅(qū)動一個光學頭燈32，以加速指甲表面墨跡的干燥。若不用頭燈，則可用熱吹風機。
雖然這個推薦實施例具有合成為一個緊密單位的電腦、控制系統(tǒng)以及掃描儀，但在可選實施例中，卻可具有由電纜連接著遠處的指甲打印裝置的電腦及顯示器。
圖2的詳細視圖，顯示一個可用的攝象及光學成象系統(tǒng)，該系統(tǒng)使手指頭的數(shù)目及圖像的空間分辨率最大化。該攝象系統(tǒng)可以代替圖1所示照相機16及光學系統(tǒng)18。常規(guī)的低成本CCD(電荷耦合器件)照相機具有一個約400象素乘400象素的成象區(qū)。為了達到在寬8英寸的區(qū)域上所要求的0.010英寸的空間分辨率，就必須把成象區(qū)分解為兩個4英寸乘2英寸的區(qū)域，這些區(qū)域安置在CCD照相機上，以覆蓋整個8英寸乘2英寸的區(qū)域。在此實施例中，區(qū)域40由透鏡42成象，并由鏡子44轉(zhuǎn)播到一個圖像平面上。在該圖像平面上，一個小孔46僅僅傳輸半個該圖像。鏡子60通過透鏡62轉(zhuǎn)播這半個圖像，該透鏡使小孔在照相機64中的半個CCD芯片上成象。相似地，區(qū)域50由透鏡52成象，并由鏡子54轉(zhuǎn)播到一個圖像平面上。在圖像平面上，小孔56僅僅傳輸半個圖像。鏡子60通過透鏡62轉(zhuǎn)播這半個圖像，該透鏡使小孔在照相機64中的半個CCD芯片上成象。一條電纜68使照相機與電腦及控制系統(tǒng)相連接。為了讓用戶在電腦屏幕上簡化圖像的藝術處理，電腦軟件分離兩個圖像片段，并把它們顯示為自然取向的。一種可選光學系統(tǒng)可用于兩個分離的CCD及光學系統(tǒng)，以便使較大的8英寸乘4英寸的區(qū)域成像?？商鎿Q的是，一個帶有更多(例如800乘800個)象素的單個的高分辨率CCD，可用于該設備中。
圖3A至3F顯示復雜的人類指甲解剖結構。參見圖1A，指甲包括指甲基體600、尾部指甲皺襞602、甲弧影604、甲下皮606、指甲板608、側(cè)部指甲皺襞610以及護膜612。圖1B也顯示了人類指甲，所示者為骨頭614、甲弧影的遠邊緣616、豎直的膠原質(zhì)纖維618、上皮620、指甲板622、甲下皮624、甲床626、護膜628以及上皮630。圖3C與3D分別顯示頂視圖與側(cè)視圖，所示者為遠邊緣632、近邊緣634、近端甲皺襞636、護膜638以及甲弧影639。圖3D還顯示了遠端的甲溝640。圖3F是手指甲的切開側(cè)視圖，并顯示了甲下皮642、甲床644及甲基體646。圖3F顯示了端視圖，所示者為側(cè)部甲皺襞648以及側(cè)部甲溝650。
本發(fā)明的高分辨率手指甲表面成象能力，其獨特的優(yōu)點在于，它可讓一些非常精細的圖案施加在手指甲表面上。例如，法國式指甲圖案把指甲表面分為被以不同方式打印的3個或4個不同區(qū)域。這些區(qū)域是根據(jù)解剖學上的邊界或用戶定義的邊界來劃分的，它們通常都是一些平滑的曲面。圖3G與3H顯示了手指甲表面是如何可能劃分為4個不同區(qū)域70、72、74、76的。每個區(qū)域的邊界71、73、75通常都是平滑的曲面，它們都有隨著指甲的解剖特性例如指甲尖、手指邊界以及甲弧影而彎曲的形狀。以當前可用的技術，要處理高分辨率的法國式指甲圖案，非常耗費時間與金錢。在本發(fā)明中，電腦軟件分析手指甲圖像，并精確地使用戶以最小輸入而讓合乎要求的各個邊界自動定位及成形。用戶能容易地區(qū)分曲面類型(例如圓形、橢圓形、拋物面、帶有圓的末端的直線)，并精確地為每個邊界定位。專業(yè)人員可能明白，任何所要求的曲面類型(例如圓形、橢圓形、拋物面、帶有圓的末端的直線)的眾所周知的公式，或者任何其他幾何形狀，都可以用來為邊界定義。于是，用戶就能選擇讓什么色彩或色彩梯度或者圖案應用在每個區(qū)域中。這樣的自動操作，大大減少了施加法國式指甲圖案所耗費的時間與金錢。
圖4A與4B顯示了不同的支架設計方案，它們能被放置在用于美化手指或腳趾的設備中。手指支架80具有讓手指舒服地擱放的一些凹痕82。凹痕的深度能依據(jù)小拇指比中指或食指細的事實來變動。由于小拇指所用凹痕深度約為2至3毫米，它小于中指所用凹痕，因而這兩個指頭的指甲表面就能以近似同樣的高度來定位。如果指頭的各種寬度大為不同，那么，用戶就能成對地美化各個指頭(例如美化兩個食指，等等)，且相應地優(yōu)化支架高度。各個凹痕中的光學傳感器84，被用來檢測指頭在場與否。由于人類解剖結構的緣故，不可能把所用那10個大、小手指頭的指甲表面都放到一個平面上。所以，那對大拇指就要分開來美化，且它們被定位在兩端處的凹痕86中。支架上的一個敞口88，能用來在美化各個指頭時放置大拇指。光學限制器90能被用來在美化時使各個指甲保持不動。參見圖4B，支架94具有供安放雙腳與腳趾頭的凹痕96，且具有光學傳感器98。各種各樣的支架也可采用，且用戶可以選用最匹配他們指頭的尺寸。
圖5顯示一個可選用的支架設計方案100，該方案被分段為8個不同的片段102，這些片段都能獨立地豎直移動。在此方案中，用戶把一個手指或大拇指放在每個片段上，然后，就用調(diào)節(jié)旋鈕110來手動調(diào)節(jié)每個片段的高度，直到所有要美化的手指甲的表面都在同樣的優(yōu)化高度上為止。可替換的是，片段102可以被自動地驅(qū)動。還可以在指甲美化設備外面，用機械坐標115來進行調(diào)節(jié)。在此情況下，一旦在該設備外面調(diào)節(jié)支架100，用戶就可以把該支架放回到設備中的支架臺上，如圖1所示那樣，從而重新為自己的各個指頭定位，并讓它們經(jīng)歷美化過程。每個片段上的傳感器105能用來檢測指頭是否在場。
圖6的流程框圖，顯示推薦實施例的操作過程。該設備被賦能，并在方框200處被啟動。電腦15中運行的主程序把一批可用圖案顯示在屏幕12上，用戶操作鍵盤(或鼠標)13掃描這些圖案，并選擇方框210中所表示的用于每個指頭的圖樣。在方框210中，用戶還輸入施加該圖案所必須的任何其他信息。例如，如果圖案是法國式的指甲圖案，用戶就要設定欲著色的各個不同區(qū)域、用什么顏色或色彩梯度來施加，以及用什么形狀來把不同區(qū)域分離開。在方框220處，電腦15在屏幕12上顯示一個用于使小的手指頭(或大拇指、腳趾)定位在支架中的信息。在方框230中，各個指頭的定位，在支架22中被核實。此種核實由檢查來自每個指頭位置處的傳感器84、98或105所發(fā)信號而執(zhí)行，或由用戶敲擊鍵盤或者點擊電腦屏幕上的指針來親眼檢查。當各個指頭放在支架中時，控制系統(tǒng)14就調(diào)節(jié)支架高度，直到指甲表面如方框240中表示的那樣處于優(yōu)化位置上?？刂葡到y(tǒng)14接著在方框250處搜集來自照相機16的圖像并把它存儲在存儲器中。在方框260處，電腦軟件分析那幅圖像，并識別指頭的軸以及每個指頭所有的重要解剖邊界(包括外圍邊界、甲弧影邊界，以及指頭末端處的指甲的自由邊緣)。識別了的邊界以及用戶自定義的分段邊界，于是在屏幕12上顯示為一些彩色線條，這些線條覆蓋了實際的指甲圖像。在方框270處，用戶向電腦15表示，他或她對于識別了的各個邊界是否滿意。如果不滿意，那么，操作過程就進入方框300處，在那兒，用戶使用鍵盤和/或鼠標界面來調(diào)節(jié)邊界；或者進入方框320處，在那兒，電腦在屏幕12上顯示以合乎要求的裝飾所覆蓋的一些指頭的合成圖像。于是，在方框330處，用戶就向電腦15表示，他或她對所預告的裝飾是否滿意。如果不滿意，操作過程就進入方框340處，在那兒，用戶使用鍵盤和/或鼠標界面，把該裝飾調(diào)節(jié)得合乎每個指甲的尺寸并對齊。否則，操作過程就進入方框360處，在那兒，電腦15把打印信息傳輸給控制系統(tǒng)14?？刂葡到y(tǒng)14就發(fā)出控制信號，讓打印頭20掃描所有的指頭以便在每個指甲上產(chǎn)生如方框370中所表示的合乎要求的裝飾。如果要在更多的手指頭上打印，如方框380處所表示的那樣，則操作過程就回到方框220，或者在方框400處結束。
圖7中的方框260，代表執(zhí)行打印的電腦軟件的一個重要成分。在這個方框中執(zhí)行的關鍵步驟是圖像分段、邊緣檢測、邊緣推斷以及區(qū)域識別。在第一個步驟即圖像分段步驟中，軟件程序識別作為背景(即支架圖像的那部分)的所有象素以及作為前景(即手指或腳趾的那部分)的所有象素。在本發(fā)明的推薦實施例中，各個支架被著色為黑色的，以便能用簡單的臨界方法，以高精度來識別所有的背景象素。適宜的臨界象素值，可由多種方式確定。在一個實施例中，臨界值是一個恒定值，它是為每個打印設備所測定，并存儲在程序中而用于所有的算法的?？商鎿Q的是，象素數(shù)量與象素密度值的對比柱狀圖，能用來為整幅圖像進行計算(例如見圖8)。該柱狀圖被進行分析，以找出那個為局部最大值的最低象素密度，在圖8中，該值被定為500。于是，就把第一最小象素密度選作臨界值。該程序接著把小于臨界值之數(shù)值的所有象素標記為背景所用象素，并把大于臨界值之數(shù)值的象素標記為前景所用象素即目標象素。在程序中，是為同樣尺寸的圖像創(chuàng)設一個陣列，并在每個象素中存儲一個適當?shù)臉擞浲ǔＪ且粋€數(shù)字，來進行標記的。
在分析圖像的邊緣檢測步驟中，軟件應用了一套Canny邊緣檢測算法來產(chǎn)生一幅新的圖像，該圖像識別邊緣的各個點。Canny邊緣檢測算法是一個兩個步驟的過程。在第一步中，圖像被用高斯模糊法(Gaussianblur)使之平滑。在第二步中，非最大消除法(non-maximal-suppression)應用于圖像的第一空間導數(shù)。邊緣的各點，應用推斷術而連接，以便使邊緣的各個片段與各個點相連接。在方框260這個最后步驟中，合成的邊緣圖像，被用該軟件分析，以識別與指甲對應的所圍封區(qū)域(區(qū)域識別)，以及識別未連接的指甲尖。Canny邊緣檢測法在業(yè)界是眾所周知的。題為“Edge Detecting Method And Edge Detecting Device WhichDetects Edges For Each Individual Primary Color And EmploysIndividual Color Weighting Coefficients”(《邊緣檢測方法以及為每個單個基色檢測邊緣并采用單獨的色彩加權系數(shù)的邊緣檢測設備》)的美國專利第5995662號，說明了邊緣檢測法，該專利在此一并作為參考。J.Canny說明的邊緣檢測算法，可在1986年11月IEEE根據(jù)PatternAnalysis and Machine Int.翻譯的“Computation Approach To EdgeDetection”(《邊緣檢測的計算法》)一書的第679至698頁中找到，該書在此一并作為參考。圖9A、9B和9C顯示初始圖像，該圖像是執(zhí)行Canny邊緣檢測法而產(chǎn)生的，該圖像是由推斷各個邊緣而產(chǎn)生的，它顯示了合乎要求的各個區(qū)域。圖9D顯示了手指700、其指甲702以及指甲末端704。
一種用來識別重要的指甲區(qū)域的可選圖像分析技術，根據(jù)分段算法而采用一個區(qū)域。在此種算法中，圖像最初被均勻地定義為有同樣象素大小的一些小的區(qū)域，然后，該算法又根據(jù)兩個區(qū)域的同質(zhì)性以及把兩個區(qū)域分離開的那個邊界的長度，把鄰接的區(qū)域回歸合并。較小平均密度或色彩的一些區(qū)域，以及短的邊界，更有可能被合并。當合乎要求的區(qū)域數(shù)量已被識別時，這種區(qū)域合并過程就停止了。對于那些精確的邊緣來說，這些技術必須以大量的小區(qū)域開始，且最終要占用很多計算時間。
噴墨打印技術是眾所周知的，且噴墨打印機也便于利用。噴墨打印頭包括一排連接著墨盒的油墨噴嘴，噴嘴根據(jù)控制系統(tǒng)的指引而把油墨噴射到指甲的各點上。噴墨可以是壓電的、電磁的或熱力的。就本處的用途而言，打印頭可以是比較少的一排噴嘴，并為高分辨率的圖案提供小的點尺寸。如果打印頭不被掃描，那么那排噴嘴就必須大得足以覆蓋大的指甲。
油墨必須是迅速干燥的，而且通常為黑色、青色、紅色以及黃色的。專用熒光油墨可用于黑暗中發(fā)光的圖案。如果需要用潮濕的圖案，則可以用烘干裝置例如熱的燈或熱吹風機烘干。烘干器可以如圖1所示那樣與指甲打印裝置連接為一體，以便在指甲移出該裝置之前烘干它們，而移出之處的氣流與灰塵可能會降低美化效果。用于改進油墨吸收性并保護或調(diào)節(jié)自然指甲的預涂層，可以在打印圖案之前施在指甲上，可用油墨噴嘴或常規(guī)裝置來施加。預涂層還可為被打印的圖案提供更理想的背景色。預涂層的顏色能輸入電腦中，并被軟件通過將所有匹配于該特定顏色的區(qū)域隔離開而用它來迅速檢測指甲表面。預涂層或底漆可以包括抗真菌或抗細菌的制劑，以防止真菌或其他能在指甲上形成的感染。這些制劑可以添加在圖案所用油墨中。
一件外套，最好它是清潔的，可加在被打印的圖案上，以防止圖案被劃傷和損壞。該外套可用打印頭的另一個打印環(huán)路或者常規(guī)裝置來添加。
雖然本說明書集中論述如何把油墨噴射圖案施加于自然指甲上，但不難理解，也能在人造指甲被接在自然指甲上之前或之后，把這些圖案施加在人造指甲上。上述說明及圖示，僅僅是舉例而已，并不被看作是以任何方式對本發(fā)明做限制。專業(yè)人員能用已知的對等物，代替所說明的那些結構與裝置。所以，本發(fā)明的完備范圍與定義，在后面的權利要求書中說明。
權利要求
1.一種用于把圖案施加在至少一個指甲表面上的設備，包括用于使至少一個指甲表面定位的裝置；一個噴墨打印頭；以及用于控制該噴墨打印頭，以便將圖案施加在上述至少一個指甲表面上的裝置，其特征在于用于控制上述噴墨打印頭的該裝置，包括一臺電腦，該電腦具有電腦可用的介質(zhì)來執(zhí)行電腦程序編碼，以分析上述至少一個指甲表面的解剖結構，并把上述圖案度量定得便于裝配在該至少一個指甲表面上。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于用于使上述至少一個指甲表面定位的上述裝置，包括一個支架，它用來使該至少一個指甲表面定位在正確位置上，以便該裝置指引上述噴墨打印頭施加上述圖案。
3.根據(jù)權利要求2所述的設備，其特征在于上述支架包括至少一個用于指頭的凹痕，上述至少一個指甲表面就附在該指頭上，且該指頭選自一個由小的手指、大拇指以及腳趾頭構成的組中。
4.根據(jù)權利要求3所述的設備，其特征在于上述支架包括至少一個用以檢測上述指頭是否在場的傳感器。
5.根據(jù)權利要求3所述的設備，其特征在于上述支架包括一個限制器，它使上述至少一個指甲保持不動。
6.根據(jù)權利要求2所述的設備，還包括調(diào)節(jié)裝置，它用于調(diào)節(jié)上述至少一個指甲表面相對于上述噴墨打印頭之高度，其特征在于該調(diào)節(jié)裝置可操作地連接著上述支架。
7.根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于上述調(diào)節(jié)裝置包括一個平移臺，它可操作地由電機驅(qū)動而把上述至少一個指甲表面放置在離上述噴墨打印頭為優(yōu)化距離處。
8.根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于調(diào)節(jié)裝置包括一個機械驅(qū)動裝置，以便把上述至少一個指甲表面手動放置在離上述噴墨打印頭為優(yōu)化距離處。
9.根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于上述調(diào)節(jié)裝置包括一個機械坐標，它被臨時安放在手指頭上方，并當手指頭處于離上述噴墨打印頭為優(yōu)化距離處時與這些指頭接觸。
10.根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于上述調(diào)節(jié)裝置包括用于提供光束的裝置與至少一個光學檢測器的合成件，該檢測器可操作地位于上述支架的任何一側(cè)，從而使該光束跨過上述至少一個指甲表面的上方，并在該至少一個指甲表面位于離上述噴墨打印頭下方的優(yōu)化距離處時照射該至少一個光學檢測器；特征還在于當該至少一個指甲表面位于離該噴墨打印頭優(yōu)化距離處時，該光束的一部分被阻擋。
11.根據(jù)權利要求10所述的設備，其特征在于上述光束是被校準的。
12.根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于上述調(diào)節(jié)裝置包括裝置，它用于把上述至少一個指甲表面與上述噴墨打印頭的距離，調(diào)節(jié)得直到該至少一個指甲表面處在焦距上為止。
13.根據(jù)權利要求3所述的設備，其特征在于上述支架包括凹痕，它們用于左手和右手，包括每只手的手掌、小的指頭及大拇指。
14.根據(jù)權利要求3所述的設備，其特征在于上述支架包括凹痕，它們用于左腳和右腳，包括每只腳的腳底板和各個腳趾頭。
15.根據(jù)權利要求3所述的設備，還包括用于使上述至少一個指甲表面和/或上述噴墨打印頭彼此相對的裝置。
16.根據(jù)權利要求3所述的設備，其特征在于上述用于移動的裝置，包括移動裝置，它用來使上述至少一個指甲表面和/或上述噴墨打印頭順著三維相對于該至少一個指甲表面和/或該噴墨打印頭而移動。
17.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于上述噴墨打印頭包括一排連接著墨盒的噴嘴，該排中的每個噴嘴被構造得按照指引該噴墨打印頭的裝置的指引而在該至少一個指甲表面的各點上噴射油墨。
18.根據(jù)權利要求17所述的設備，其特征在于上述每個噴嘴選自一個由壓電噴墨噴嘴、電磁噴墨噴嘴及熱力噴墨噴嘴構成的組中。
19.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于用于控制上述噴墨打印頭而把圖案施加在上述至少一個指甲表面上的裝置，包括一個獲取該至少一個指甲表面之圖像的光學系統(tǒng)；一個控制系統(tǒng)，它可操作地連接著上述電腦、上述光學系統(tǒng)以及上述打印頭，該控制系統(tǒng)把該光學系統(tǒng)及該打印頭的設置傳輸給該電腦，且該控制系統(tǒng)把上述圖像傳輸給該電腦，并指引該噴墨打印頭把上述圖案施加在該至少一個指甲表面上；以及一個連接著該電腦的顯示器，它顯示該至少一個指甲表面和該圖案。
20.根據(jù)權利要求19所述的設備，還包括可操作地連接著上述光學系統(tǒng)的電子照相機。
21.根據(jù)權利要求20所述的設備，其特征在于上述電子照相機包括電荷耦合器件。
22.根據(jù)權利要求19所述的設備，其特征在于上述電腦程序編碼執(zhí)行下列步驟而分析該至少一個指甲表面的該解剖結構把該圖像分段，以便識別作為背景(即支架圖像那個部分)和作為前景(即該至少一個指甲表面那個部分)的所有象素；檢測該至少一個指甲表面的邊緣，以便產(chǎn)生識別邊緣上各個點的新圖像；聯(lián)系邊緣上各個點而推斷該至少一個指甲表面的邊緣，以便產(chǎn)生合成圖像；以及識別該合成圖像的圍封區(qū)域，以識別該至少一個指甲表面的相關區(qū)域。
23.根據(jù)權利要求22所述的設備，其特征在于上述分段步驟包括簡單臨界過程，它能被用來高精度地識別所有該背景的象素。
24.根據(jù)權利要求23所述的設備，其特征在于上述臨界值是恒定的，它為了該設備而被測定并被存儲。
25.根據(jù)權利要求23所述的設備，其特征在于該臨界值由象素數(shù)量與象素密度值的對比柱狀圖確定，該圖能用來為整幅圖像進行計算；該柱狀圖被進行分析，以找出那個為局部最大值的最低象素密度；最大象素密度被選作臨界值；且上述程序編碼把小于臨界值之數(shù)值的所有象素標記為背景所用象素，并把大于臨界值之數(shù)值的所有象素標記為前景所用象素即目標象素。
26.根據(jù)權利要求23所述的設備，其特征在于檢測該至少一個指甲表面的邊緣，以產(chǎn)生識別邊緣各個點的新圖像的那個步驟，是運用Canny邊緣檢測算法來產(chǎn)生識別邊緣各個點的新圖像的。
27.根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括提供輸入上述程序編碼的裝置，以便使上述圖案定位和成形。
28.根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括選擇上述圖案的裝置。
29.根據(jù)權利要求28所述的設備，其特征在于該選擇圖案的裝置，選自一組由鍵盤、鼠標、觸摸輸入板、游戲棒以及聲音識別器所構成的裝置。
30.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于該圖案選自一組由數(shù)字式美術圖案、數(shù)字式圖片、標識、文本、法國式指甲圖案、彩色圖樣以及分等級圖樣構成的圖案。
31.根據(jù)權利要求20所述的設備，其特征在于該照相機和該光學系統(tǒng)以每個象素覆蓋最大為0.01英寸乘0.01英寸范圍的方式而在最小為8英寸乘2英寸的區(qū)域成象。
32.根據(jù)權利要求2所述的設備，其特征在于該噴墨打印頭包括掃描平面，該凹痕把該至少一個指甲表面定位得大致與該掃描平面平行。
33.根據(jù)權利要求3所述的設備，其特征在于該用于移動的裝置，包括使該至少一個指甲表面和/或該噴墨打印頭順著二維相對于該至少一個指甲表面和/或該噴墨打印頭而移動的裝置。
34.根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括用于使該圖案干燥的裝置。
35.根據(jù)權利要求19所述的設備，其特征在于該電腦程序編碼通過識別指甲邊界來分析該至少一個指甲表面的解剖結構。
36.根據(jù)權利要求35所述的設備，其特征在于該指甲邊界選自一組由該至少一個指甲表面的指甲外邊界、甲弧影和自由邊緣的邊界所構成的邊界。
37.根據(jù)權利要求23所述的設備，其特征在于該用于使該至少一個指甲表面定位的裝置，包括一個被漆成黑色的支架。
38.一種把圖案施于至少一個指甲表面上的方法，包括把該至少一個指甲表面定位得操作性地鄰近噴墨打印頭；分析該至少一個指甲表面的解剖結構，以便產(chǎn)生分析過的指甲表面；度量與該分析過的指甲表面相配合的圖案，以便產(chǎn)生度量過的圖案；以及把該度量過的圖案施于該分析過的指甲表面上。
39.根據(jù)權利要求38所述的方法，其特征在于把該至少一個指甲表面定位的那個步驟，包括使該至少一個指甲表面，為了分析該至少一個指甲表面的解剖結構的步驟而保持在正確位置上，以便產(chǎn)生分析過的指甲表面。
40.根據(jù)權利要求38所述的方法，其特征在于把該至少一個指甲表面定位的那個步驟，包括使該至少一個指甲表面，為了度量與該分析過的指甲表面相配合的圖案的步驟而保持在正確位置上，以便產(chǎn)生度量過的圖案。
41.根據(jù)權利要求38所述的方法，其特征在于把該至少一個指甲表面定位的那個步驟，包括使該至少一個指甲表面，為了把該度量過的圖案施加在該分析過的指甲表面上那個步驟，保持在正確位置上。
42.根據(jù)權利要求38所述的方法，還包括傳感該至少一個指甲所附著的指頭在場與否，該指頭選自一個由小的手指頭、大拇指以及腳趾頭構成的指頭組。
43.根據(jù)權利要求38所述的方法，還包括限制該至少一個指甲。
44.根據(jù)權利要求38所述的方法，其特征在于把該至少一個指甲表面定位得操作性地鄰近噴墨打印頭的步驟，包括相對于該噴墨打印頭而調(diào)節(jié)該至少一個指甲表面的高度。
45.根據(jù)權利要求38所述的方法，還包括使該至少一個指甲表面和/或該噴墨打印頭彼此相對移動。
46.根據(jù)權利要求45所述的方法，其特征在于使該至少一個指甲表面和/或該噴墨打印頭彼此相對移動的步驟，包括使該至少一個指甲表面和/或該噴墨打印頭順著多達三維，相對于該至少一個指甲表面和/或該噴墨打印頭而移動。
47.根據(jù)權利要求38所述的方法，其特征在于分析該至少一個指甲表面的解剖結構，以便產(chǎn)生分析過的指甲表面的步驟，包括使該圖像分段，以便識別作為背景(即支架圖像的那部分)的所有象素以及作為前景(即手指或腳趾的那部分)的所有象素；檢測該至少一個指甲表面的邊緣，以便產(chǎn)生識別邊緣上各個點的新圖像；聯(lián)系邊緣上各個點而推斷該至少一個指甲表面的邊緣，以便產(chǎn)生合成圖像；以及識別該合成圖像的圍封區(qū)域，以識別該至少一個指甲表面的相關區(qū)域。
48.根據(jù)權利要求47所述的方法，其特征在于該分段步驟包括簡單臨界過程，它能被用來高精度地識別所有該背景的象素。
49.根據(jù)權利要求48所述的方法，其特征在于該臨界值是恒定的，它為了該設備而被測定并被存儲。
50.根據(jù)權利要求48所述的方法，其特征在于該臨界值由象素數(shù)量與象素密度值的對比柱狀圖確定，該圖能用來為整幅圖像進行計算；該柱狀圖被進行分析，以找出那個為局部最大值的最低象素密度；最大象素密度被選作臨界值；且上述程序編碼把小于臨界值之數(shù)值的所有象素標記為背景所用象素，并把大于臨界值之數(shù)值的所有象素標記為前景所用象素即目標象素。
51.根據(jù)權利要求47所述的方法，其特征在于檢測該至少一個指甲表面的邊緣，以產(chǎn)生識別邊緣各個點的新圖像的那個步驟，是運用Canny邊緣檢測算法來產(chǎn)生識別邊緣各個點的新圖像的。
52.根據(jù)權利要求38所述的方法，還包括提供對該圖案的定位和成形的處理。
53.根據(jù)權利要求38所述的方法，還包括選擇該圖案。
54.根據(jù)權利要求53所述的方法，其特征在于選擇圖案的步驟，包括使用選自一組由鍵盤、鼠標、觸摸輸入板、游戲棒以及聲音識別器所構成的裝置中的一個物品，來選擇圖案。
55.根據(jù)權利要求53所述的方法，其特征在于選擇圖案的步驟，包括從一組由數(shù)字式美術圖案、數(shù)字式圖片、標識、文本、法國式指甲圖案、彩色圖樣以及分等級圖樣構成的圖案中，選擇一個圖案。
56.根據(jù)權利要求38所述的方法，還包括使該圖案干燥。
57.根據(jù)權利要求38所述的方法，其特征在于分析該至少一個指甲表面的解剖結構以便產(chǎn)生分析過的指甲表面的步驟，包括識別指甲的邊界。
58.根據(jù)權利要求57所述的方法，其特征在于該指甲邊界選自一組由該至少一個指甲表面的指甲外邊界、甲弧影和自由邊緣的邊界所構成的邊界。
59.根據(jù)權利要求38所述的方法，還包括在施加該圖案之前，把預涂層施加在該至少一個指甲上。
60.根據(jù)權利要求38所述的方法，還包括把指甲劃分為好幾個區(qū)域，并按要求美化該好幾個區(qū)域中的每個區(qū)域。
61.根據(jù)權利要求38所述的方法，還包括在施加圖案之后把外套施加在指甲上。
62.根據(jù)權利要求19所述的設備，其特征在于該電腦程序編碼，通過以分段算法為根據(jù)的區(qū)域而識別重要的指甲區(qū)域，來分析該至少一個指甲表面的解剖結構。
63.根據(jù)權利要求62所述的設備，其特征在于，以分段算法為根據(jù)的該區(qū)域，包括下列步驟將圖象均勻地限定為大量的同樣象素大小的小的區(qū)域；確定要識別的區(qū)域的所要求數(shù)量；根據(jù)區(qū)域的同質(zhì)性以及把區(qū)域分離開的那個邊界的長度，回歸合并鄰接的區(qū)域，而有相似平均密度或色彩的區(qū)域，以及短的邊界，更有可能被合并；以及當上述所要求的區(qū)域數(shù)量已被識別時，停止回歸合并鄰接區(qū)域的步驟。
64.根據(jù)權利要求38所述的方法，其特征在于分析該至少一個指甲表面的解剖結構以便產(chǎn)生分析過的指甲表面的步驟，包括通過以分段算法為根據(jù)的區(qū)域而識別重要的指甲區(qū)域，來分析該至少一個指甲表面的該解剖結構。
65.根據(jù)權利要求64所述的方法，其特征在于，以分段算法為根據(jù)的該區(qū)域，包括下列步驟均勻地把圖像限定為大量的同樣象素大小的小的區(qū)域；確定要識別的區(qū)域的所要求數(shù)量；根據(jù)區(qū)域的同質(zhì)性以及把區(qū)域分離開的那個邊界的長度，回歸合并鄰接的區(qū)域，而有相似平均密度或色彩的區(qū)域，以及短的邊界，更有可能被合并；以及當上述所要求的區(qū)域數(shù)量已被識別時，停止回歸合并鄰接區(qū)域的步驟。
全文摘要
噴墨打印技術被用于把選定的圖案施加在手指甲上或腳趾甲上。指甲打印設備施加細致的、用戶定制的、多色彩的圖案，該圖案度量得便于精確地裝配在每個單個指甲的邊界之內(nèi)。該設備包括噴墨打印頭；用于對齊指頭或指甲的支架；使指甲成象的照相機；獲取、存儲及分析圖像的電腦；以及指引噴墨打印頭把度量了的圖案施加到指甲上的控制系統(tǒng)。
文檔編號A45D34/04GK1522621SQ20041000382
公開日2004年8月25日 申請日期2001年5月24日 優(yōu)先權日2000年5月26日
發(fā)明者保羅·J·威伯, 邁克爾·R·威伯, 盧茲·B·達斯爾瓦, R 威伯, B 達斯爾瓦, 保羅 J 威伯 申請人:珍珠技術控股有限責任公司