可穿戴智能設備領域專利分析

徐　丹　中國信息通信研究院技術與標準研究所知識產權中心工程師李文宇　中國信息通信研究院技術與標準研究所知識產權中心主任張俊霞　中國信息通信研究院技術與標準研究所知識產權中心副主任

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可穿戴智能設備領域專利分析

徐丹中國信息通信研究院技術與標準研究所知識產權中心工程師
李文宇中國信息通信研究院技術與標準研究所知識產權中心主任
張俊霞中國信息通信研究院技術與標準研究所知識產權中心副主任

摘要全球可穿戴行業蓬勃發展，可穿戴領域成為研發熱點，相關專利布局早已展開。本文對全球可穿戴設備領域的專利申請進行了針對性的檢索，并從重點產品、核心技術、主要申請人等角度進行了全方位的深入分析，也展示了部分重點專利，可為國內相關企業的技術研發和市場布局提供借鑒。

關鍵詞可穿戴專利分析

1　引言

可穿戴設備指可直接穿在身上，或是整合到用戶的衣服或配件里的一種便攜式設備，它集成了人機交互、傳感器、無線通信等技術，通過應用軟件支持、數據交互等可以實現強大的功能?？纱┐髟O備的功能覆蓋了醫療健康、戶外運動、影音娛樂、信息提醒、定位導航等眾多領域，目前可穿戴設備產品包括智能眼鏡、智能手表、智能耳機、智能手環、交互式衣服等。在可穿戴行業發展的初期，概念十分火爆但商業化普及程度較低。近兩年，全球可穿戴行業進入快速發展時期，設備廠商專注于技術領域的深入研發，挖掘可穿戴產品新的功能和亮點，開始走向了專業化的道路，整個市場潛力巨大。

2　國內外可穿戴技術專利情況

2.1可穿戴全球專利分布概況

全球可穿戴專利申請始于2001年前后，到2010年十年間一直保持每年有兩百件左右的量，從2011年以后進入快速增長期，2011—2014年間申請的專利數量達到全球累計申請總量的50%（見圖1）。

圖1　全球可穿戴專利年度申請量歷年變化情況

美國和中國是主要的專利申請受理國，是各國廠商申請其可穿戴專利保護的重點區域，分別約占全球相關專利總受理量的46%和31%（見圖2）。

Google、Samsung、Qualcomm、Microsoft、Apple、LG、Intel專利申請總量進入前10。

2.2可穿戴在華專利分布概況

相比全球，我國的可穿戴專利申請起步較晚，2012年以前都只有每年十幾件的申請量，直到2013年，隨著全球可穿戴專利申請進入快速增長期，我國的專利數量也產生了爆發性增長（見圖3）。

在排名前15的申請人中，除了Samsung、Google、Apple、Microsoft、Sony之外，其余的10家是我國本土的企業，小米、聯想、歐珀、百度、歌爾聲學等國內廠商也都部署了較多專利。

圖2　可穿戴專利在全球主要國家和地區的分布情況

圖3　在華/全球可穿戴專利年度申請趨勢對比

可穿戴在華專利實用新型和外觀設計相比之下占比較高，達到45%，特別是有關智能手表、智能眼鏡和運動手環的外觀專利占了一定的分量。而發明專利主要集中在人機交互、傳感器以及終端互聯等技術領域（見圖4）。

圖4　可穿戴在華專利類型分布

3　可穿戴重點產品專利概況

3.1智能手表

可穿戴智能手表專利申請主要集中出現在2013—2014年之間，呈現出爆發式增長的趨勢，占可穿戴設備專利申請總量的43%，其中實用新型和外觀設計比發明專利還多，共占到了56%，高于可穿戴設備中實用新型和外觀設計的總體占比。智能手表專利持有廠商主要有Sam sung、歐珀、廣東小天才等。智能手表在華專利申請技術分布情況如圖5所示。

圖5　智能手表在華專利申請技術分布情況

（1）人機交互是智能手表的重要突破方向

以智能手表為代表的智能可穿戴設備不僅要求芯片、操作系統需滿足小巧和低功耗要求，以滿足設備可穿戴性和低功耗；還需支持更加多樣化的傳感器技術和新型人機交互技術，來感知周邊環境和實現多種操作模式。目前，人機交互是智能手表廠商競爭的熱點，人機交互技術分支專利申請數量也最多，占到了36%。語音控制、手勢控制、微投影、骨傳導、柔性顯示等新型人機交互技術在可穿戴智能手表中得到了廣泛的應用。總體而言，可穿戴人機交互技術能夠給予客戶新奇的操控體驗，直觀、簡便、自然的人機交互技術是智能手表的重要突破方向。

手勢控制技術上專利積累較多，專利申請“識別人體手勢的方法、裝置以及使用其手表（CN2013107000 95.3）”中提出了一種識別人體手勢的方法，通過用戶手勢產生的肌電信號轉換成相應的手勢指令來控制手表動作；“一種基于動作識別的智能手表及動作識別方法（CN201410826494.9）”也提出了一種具有動作識別功能的智能手表，核心是通過動作傳感器群組采集手勢信息，由CPU處理解析出用戶的操作手勢。專利申請（CN201410451714.4）利用智能手表殼體內的感應傳感器監測用戶的手勢操作，用手勢指令通過無線傳輸模塊來控制外圍設備。

骨傳導技術區別于傳統的智能終端交互技術，在可穿戴設備的應用前景十分廣闊，許多智能穿戴設備都配備骨傳導耳機，干擾性小、自由度高，專利申請“一種自動切換骨傳導放音模式的方法、裝置及智能手表（CN201510250855.4）”根據人體骨骼壓力的大小自適應地切換骨傳導放音模式，提升了用戶的聽覺體驗。

柔性顯示技術是應用于智能手表或手環等產品中的特有技術，弧形顯示屏更加貼合用戶的手腕，屬于人機交互領域的熱點技術，專利申請（CN201310640916.9）設計了一種可拉伸屏幕的智能手表，通過將智能手表的屏幕設置為可拉伸的柔性屏幕，在需要觀影或者視頻通話時，可手動或自動拉伸屏幕，使柔性屏幕拉伸至合適的大??；專利申請（CN201310437010.7）中解決了柔性電路板天線的裝配問題，降低了其他部件對智能手表天線的干擾，并且不易因為外界的碰撞、摩擦而損壞。

（2）傳感器專利申請集中在運動監測和醫療健康的應用中

傳感器是智能可穿戴設備的核心器件，根據功能可大致分為運動傳感器、生物傳感器、環境傳感器3類。

運動傳感器在傳統智能終端中已經應用廣泛，主要包括加速度傳感器、陀螺儀、地磁傳感器、大氣壓傳感器等，主要實現運動探測、導航、人機交互、游戲等功能，智能手表中傳感器主要使用運動傳感。

專利申請（CN201310481471.4）通過可控感應器件發出的感應信號實現位置追蹤功能，能廣泛用于位置導航中；專利申請（CN201510121768.9）提出一種體感游戲運行系統，將智能手表用于和體感游戲設備直接互動，將地磁傳感器用于檢測智能手表的方位、重力感應傳感器用于檢測運行方向、陀螺儀用于獲取智能手表的速度和力度數據；專利申請（CN201510093987.0）提出一種可隨手勢而自動旋轉界面的智能手表，通過設置在智能手表中的傳感器，來獲取智能手表運動數據變化信息，通過底層驅動和算法處理，輸出旋轉角度，上層APP根據選擇角度進行圖形界面的旋轉；專利申請（CN201510175444.3）通過距離傳感器實時檢測智能手表距離人臉的距離，并根據檢測到的距離調節語音音量；專利申請（CN201410301395.9）通過重力傳感器和陀螺儀檢測旋轉時生成的旋轉信號，僅通過佩戴手表的那只手進行不同的手腕旋轉動作，就實現了單手啟動應用程序。

生物傳感器主要用于醫療健康，借助這些傳感器可實現健康預警、病情監控等。而環境傳感器包括溫度、濕度、氣體、氣壓、紫外線、等傳感器，主要用于環境監測、天氣預報、健康提醒等。專利申請（CN201510001793.3）將溫度傳感器用于檢測使用者的體表溫度，使得智能手表既可以檢測環境溫度，又可以當做體溫計檢測體表的溫度，使用便捷。

（3）終端互聯專利申請有移動支付、智能家居兩大主流趨勢

目前，大多數智能穿戴設備需要與智能手機互聯配合工作，一般使用短距離無線通信技術來進行數據通信和資源共享，例如基于Wi-Fi、低功耗藍牙、NFC等技術。從專利申請的角度，基于NFC技術來實現智能手表的移動支付、信息交互、身份認證等功能是主流趨勢之一，其專利申請量也達到了50多件。

專利申請（CN201410079862.8）提出了基于NFC技術的智能手表及其支付方法，將支付功能嵌入到智能手表中，實現便捷支付；專利申請（CN201510006034.6、CN201510005715.0）提出了智能手表身份識別交互系統以及便攜式智能設備身份識別交互系統，都是用無線信號通信模塊來進行信息交互；專利申請（CN201510093337.6）提出了一種數據顯示交互方法，其中就使用了包含NFC模塊的系統來進行數據交互；專利申請（CN201410513793.7）提出了一種交換聯系信息的智能手表，通過雙方握手動作啟動智能手表的近距離通信模塊，發送連接請求，完成雙方的信息交換。

終端互聯技術領域的另一主流趨勢就是用于智能家居系統中，在建立了統一的設備間通訊標準的基礎上，將各種跨界的家庭電子設備、個人電子設備、智能穿戴設備進行統一控制專利申請（CN201410315218.6）提出一種智能家居系統，通過云服務器將空調、加濕器、空氣凈化器等家居設備互聯，通過智能手表等可穿戴設備來進行控制；專利申請（CN201210461772.6）提出一種應用于智能家居系統中無線通信手表裝置，通過NFC通信模塊管理實現門鎖的開/閉及對智能家居系統中其他產品的控制。

3.2智能眼鏡

可穿戴智能眼鏡專利申請主要集中出現在2011—2014年之間，呈現出爆發性增長的趨勢，其中實用新型和外觀設計占比為39%。智能眼鏡專利申請主要集中在Samsung、Google、Microsoft等國外行業巨頭手中，國內企業主要有小米、青島歌爾聲學、百度等公司。國外公司較早開始申請智能眼鏡專利的公司是Samsung，于2006開始出現了具有眼鏡保護功能智能眼鏡概念的專利，在眼鏡上鑲嵌有智能電路板；到2009年Apple出現了電子設備與頭戴式收發通話器之間交互的實用新型專利；2011年Microsoft也相繼出現了有關頭戴式顯示設備以及處理單元與中樞計算設備通信的裝置；直到2012年Google發布了具有智能手機同樣功能的智能眼鏡，其也開始出現了大量相關的專利申請。智能眼鏡在華專利申請技術分布情況如圖6所示。

圖6　智能眼鏡在華專利申請技術分布情況

（1）人機交互是智能眼鏡廠商競爭的熱點

在人機交互技術領域，智能眼鏡與智能手表存在較大的差異，雖然同樣也是以傳統的語音控制和手勢控制為主，但智能眼鏡有其特殊性：基于眼鏡特性的新興人機交互技術，例如通過眼球移動位置感應的視線追蹤技術、通過瞳孔識別定位的眼睛操控技術，還有基于頭部特性的新興人機交互技術，例如通過腦電波或是意念來達到可腦控的效果。

●傳統語音控制和手勢控制仍然占有一定地位

通過專利分析發現，傳統語音控制和手勢控制仍然占有一定地位，專利部署較早，已有近十年的歷史。國外企業技術實力較強，在專利申請“用于與投影用戶接口交互的方法和系統（CN201180034164.0）”中通過微型投影儀檢測、翻譯并響應用戶輸入手勢；“使用動作和語音命令來控制信息顯示和遠程設備的頭戴式計算機（CN201280031144.2）”讓穿戴者通過語音命令或者手勢來控制外圍設備、“具有改良的虛擬顯示功能的頭戴式電腦（CN201380040303.X）”通過身體運動或手勢來達到定向輸入；“顯示設備、用于控制該顯示設備的方法、眼鏡和用于控制該眼鏡的方法（CN201380061383.7）”明確提出將用戶語音發送給眼鏡中人機交互通信器用于控制；“自然交互的交互真實性增強（CN201180027794.5）”通過用戶手勢的自動識別調節增強人機交互真實性。

國內企業在語音和手勢控制上也有所積累：“人機交互系統、方法及其裝置（CN201310552213.0）”通過語音識別技術獲取用戶的指令實現人機交互智能化、“智能眼鏡的控制方法、裝置和智能眼鏡（CN201310113383.9）”將實現步驟簡化為手勢獲取、指令分析以及指令控制，達到提升用戶體驗的目的；“一種處理方法、裝置及電子設備（CN201210548757.5）”對人的手指運動信息進行捕捉并判斷，實現與智能眼鏡進行人機交互、“一種信息處理方法及電子設備（CN201410423107.7）”主要針對將手勢操作轉換為虛擬界面的輸入操作這個過程提出改進，解決虛擬輸入裝置跟隨性差的技術問題；“一種人機交互的智能眼鏡系統及交互方法（CN201310263439.9）”對人的手指運動信息進行捕捉并判斷，實現與智能眼鏡的人機交互、“智能眼鏡及基于智能眼鏡的語音交流系統及方法（CN201310163022.5）”中微處理器MCU接收紅外線散射信號并通過雙目立體視覺技術獲取手指立體圖像。

●眼球控制是智能眼鏡人機交互的主流趨勢之一

近5年來，通過眼球移動位置感應的視線追蹤，以及通過瞳孔識別定位的眼睛操控技術也是智能眼鏡人機交互的主流趨勢之一，谷歌、百度、索尼等公司都在此項技術的發展前沿上。

“視線追蹤系統（CN201280022392.0）”通過頭戴式視線追蹤裝置，將用戶視線關注的信息上傳給網絡服務器，然后執行圖像識別算法來識別用戶觀察到的外部場景，達到追蹤的目的；“視線檢測裝置和視線檢測方法（CN201410299568.8）”、“頭戴式顯示器、用于控制頭戴式顯示器的程序及控制頭戴式顯示器的方法（CN201380008827.0）”、“頭戴型顯示器以及頭戴型顯示器中的圖像顯示方法（CN201010204191.5）”等一系列專利都是用來檢測或者捕捉眼球視線反射的光束方向，來達到輸出控制的；“頭戴式顯示設備（CN201310556394.4）”也包含眼球跟蹤單元用來跟蹤眼球視線位置，對于視線長時間沒有落在的顯示屏幕區域，采取暗化處理，通過眼球跟蹤技術來自動控制頭戴式顯示設備的電源，節省用戶的交互成本。“頭戴式設備的校準方法和頭戴式設備（CN201310412265.8）”根據用戶眼球位置對顯示屏幕進行調整來適應用戶的觀看；“一種智能眼鏡的操作方法及智能眼鏡CN201510003524.0）”提出一種智能眼鏡操作方法，通過傳感器識別眼球運動參數，然后對界面進行對應的操作；“一種視覺注意力驅動的通信連接建立方法（CN201510154726.5）”提出一種視覺注意力驅動的通信連接建立方法，用戶可以通過注視某一目標便實現與其建立通信連接。

●腦電波控制專利申請出現較晚部署尚薄弱

從技術角度上說，腦電波控制生物技術早已出現，通過頭戴硬件內置的生物傳感器便可以監測到用戶集中精力時發出的腦電波。而智能眼鏡的可腦控還處于簡單概念的初級發展階段，谷歌眼鏡最早提出了意念遙控概念，其MindRDR應用軟件可將腦電波讀取技術與智能眼鏡聯系在一起，在未來能夠幫助殘障人士實現與外界交流，還能避免語音指令和手勢指令的不便，有著寬廣的使用前景。通過專利檢索分析發現，這項技術專利申請出現較晚部署尚薄弱，相關專利申請“用于提供內容的方法和顯示裝置（CN201310298001.4）”其中提到了通過測量用戶的腦電波，確定用戶注視內容的偏好度，用以方便直觀地配置用戶顯示內容UI。

（2）微型投影儀是智能眼鏡中的關鍵技術

Google和Microsoft最早搶先布局，Google在2012年就申請了一件“用于虛擬輸入設備的方法和系統（CN201280044081.4）”的專利，在眼鏡中內置微型投影儀，將虛擬鍵盤的圖像投射在用戶眼前，用戶能夠使用虛擬輸入設備。同年，Microsoft也申請了相關專利“將頭戴式顯示連接到外部顯示和其他通信網絡（CN201210532095.2）”，使用透鏡和微型投影儀以及與其通信的控制電路，使音視頻在頭戴式顯示設備（智能眼鏡）與電視播放設備之間互相傳送分享。2013年，Microsoft又申請了專利“寬視場虛擬圖像投影儀（CN201380030964.4）”其中涉及到了包含微型投影儀的眼鏡，將虛擬圖像投影到佩戴者眼睛前方，主要針對眼鏡中微型投影儀只能投影30°的水平視場（窄視場）虛擬圖像的問題，能夠生成寬視場圖像，使得眼鏡佩戴者穿過眼鏡鏡片觀看到虛擬圖像。

近兩年，國內企業也有所積累：相關專利申請“頭戴式智能設備和具有該頭戴式智能設備的投影系統（CN201410438823.2）”、“頭戴式智能設備（CN201420497815.0）”都在智能眼鏡上配置了微型投影設備；“一種微投影模組和顯示設備（CN201510275269.5）”實現微投影模組的模塊化設計與應用。

4　結束語

全球可穿戴行業正在以“軟硬件結合+數據服務”的方式發展：設備廠商專注于技術領域深入研發，挖掘可穿戴產品新的功能和亮點，走向專業化的道路；互聯網公司紛紛擇機切入可穿戴領域，為其數據內容服務尋找新的突破口。我國企業亟待加強自主研發，掌握該領域的核心技術，同時還應深入了解消費者需求，從而確立研發方向，并盡早通過提交專利申請的方式對創新成果進行保護，警惕NPE帶來的潛在風險。

參考文獻

1陳燕，黃迎燕，方建國.專利信息采集與分析.清華大學出版社. 2006

2逄淑寧，劉思言，朱巖，李文宇.移動智能穿戴設備技術產業發展研究. 2014

收稿日期：（2015-12-23）