Using numerical color imaging and light-skin interaction to evaluate cosmetic products

L’objectivation de produits cosmétiques est une préoccupation importante pour les industriels et pour les consommateurs. La plupart des évaluations demeurent très subjectives du fait de la complexité des phénomènes visuels mis en jeu. Nous proposons d’utiliser les techniques de rendu visuel et de synthèse du visage en 3D pour développer un système d’évaluation quantitative des effets cosmétiques. Cette thèse est composée de trois parties. La première partie présente un dispositif de numérisation 3D du visage humain basé sur une technique de lumière structurée. Le motif prêté est composé de lignes colorées qui sont traitées par bloc et non point par point afin de rendre le système robuste vis-à-vis des conditions d’acquisition. La seconde partie concerne la modélisation de l’interaction lumière-peau basée sur l’approche BSSRDF de Jensen. Ce modèle permet d’extraire des paramètres quantitatifs pour évaluer des propriétés optiques de la peau. Le système d’acquisition 3D du visage est alors complété pour évaluer quantitativement des effets cosmétiques complexes. Une approche plus qualitative par rendu est aussi proposée. La troisième partie est consacrée à l’expérimentation lors d’un essai mené en milieu industriel. Le système se révèle particulièrement efficace pour évaluer quantitativement les effets cosmétiques souvent difficiles à appréhender pour un observateur expert. Cette thèse est valorisée par une proposition de système brevetable pour évaluer des effets cosmétiques complexes.The objectification of cosmetic products is a major concern for both manufacturers and consumers. Most evaluations methods still very subjective due to the complex visual modifications. We propose to use the techniques of visual rendering and 3D facial synthesis to develop a system of quantitative assessment of cosmetic effects. This thesis consists of three parts. The first part presents a device for human face 3D scanning based on a structured light technique. The projected pattern is composed of colored strips separated by black gaps. Unlikely to the classic approaches, these strips are treated as blocks in the captured image. This procedure makes the proposed system more robust against the variation of the ambient conditions. The second part uses the BSSRDF of Jensen to model the interaction between light and skin. This model allows the extraction of quantitative parameters to assess the optical properties of the skin. The 3D acquisition system is then enhanced in order to be able to quantitatively evaluate the complex effects of the cosmetic product. Another qualitative evaluation approach is also proposed using the 3D rendering. The third part is devoted to experiment results conducted in collaboration with a cosmetic industry. The system is particularly effective to quantitatively evaluate the cosmetic effects which are usually difficult to grasp for an expert observer. Using the work of this thesis a patentable system to evaluate the cosmetic effects is proposed