基于計算機視覺的三維手勢信息采集技術專利分析

趙斯曼

[摘 要]手勢交互是人機交互的重要組成部分，而基于計算機視覺的三維手勢交互因其自由度高、體驗自然的特點，逐漸成為研究熱點。本文對基于計算機視覺的三維手勢信息采集技術進行了專利數據分析，對該領域的專利申請量年趨勢、國別分布、重要申請人等情況做了分析總結，希望能為行業發展提供參考。

[關鍵詞]手勢；計算機視覺；雙目成像

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.12.069

[中圖分類號]TP391.41 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）12-0-03

0 引 言

基于計算機視覺的手勢交互技術是指將圖像采集設備拍攝到的包含手勢的圖像信息傳輸給計算機，通過計算機視覺技術進行處理識別。這種交互方式僅需使用者徒手進行操作，提供了更高的交互自由度和更自然的交互體驗，因而逐漸成為手勢交互的發展趨勢。

采集三維手勢信息的重點是采集手勢深度信息，目前，主流的三維手勢信息采集技術包括雙目/立體成像、結構光和光飛時間。雙目/立體成像，使用兩個以上攝像頭拍攝對象，匹配圖像，根據對象在不同畫面中的位置來計算手勢深度信息。結構光通過向對象投射結構光圖樣，然后根據圖樣在對象表面產生的變化獲取深度信息。光飛時間通過向對象發射激光，測量反射返回時間確定手勢深度信息。

1 數據分析概況

本次檢索時間截至2017年12月，最終確定涉及的全球專利申請共計987項，其來自41個國家或地區的總計90位申請人，總體發展趨勢呈增長狀態。

1.1 申請量分析

國外基于計算機視覺的三維手勢信息采集技術起步較早，萌芽于20世紀90年代，于2003年之后開始平穩上漲，但受限于當時應用平臺較少，二維手勢交互即可滿足多數應用場景下的控制要求，且其技術難度和成本相對較高，因此發展較為緩慢。2009年起，增強/虛擬現實成為研究熱點，自此，基于計算機視覺的三維手勢交互技術因其空間自由度高、交互體驗自然的優點，在增強/虛擬現實領域得到了廣泛應用，其專利申請量逐年遞增，呈井噴式增長趨勢，進入高速發展期。國內外申請量年趨勢如圖1所示，

相比之下，國內基于計算機視覺的三維手勢信息采集技術起步較晚，整體發展趨勢曲線有所延遲，如圖1所示，國內直到2004年起才開始關注這一領域的研究，但隨著全球范圍內對該領域的研究熱度不斷提升，國內也迅速增加了研究投入，自2009年起申請量也出現了明顯增長，體現了全球市場的巨大需求也刺激了國內開始重視該領域。

1.2 國別分析

1.2.1 原創國/目標國排名

圖2以申請數對原創國進行排名，顯示了不同國家或地區在該領域的技術儲備和研究實力，而目標國以受理數排名，代表了該國家或地區的市場需求。

從原創國排名來看，美國高居首位，顯示出明顯的技術領先地位，中國緊隨其后，同樣擁有不可小覷的專利申請量，另外，韓日也在該領域進行了一定的專利布局。從目標國排名來看，美國和中國的受理數量明顯超出了其申請數量，證明美國和中國擁有著龐大的消費市場，因此除本國申請之外，全球范圍內的申請人也紛紛以這兩個國家為目標進行了較多的專利申請。

1.2.2 美中專利法律狀態對比

從圖3可以看出，美國和中國的專利申請量明顯超出其他國家地區。然而，申請量往往只能表現出該國家地區的研究熱度，專利的有效比例更能反映出真正的研究實力。因此，針對申請量最高的美國和中國，統計其專利的法律狀態。從圖3中可知，美國的專利有效/無效比達到了6.5，遠遠超出了中國的1.5，證明其專利申請不僅量多，且質優，進一步證明了美國在該領域具有雄厚的研究實力。中國雖然擁有較多的專利申請量，但專利的有效/無效比例相對偏低，一方面是由于中國對該領域的研究起步較晚，失去了一些專利布局的先機，另一方面也是因中國在該領域的技術實力相對薄弱，核心專利數量不足所致。

1.3 申請人分析

1.3.1 全球重要申請人排名

通過對各申請人的申請量進行統計，得到前十名申請人的申請量排名情況。從圖4可以看出，微軟公司的申請量高居首位，除此之外，亞馬遜、英特爾、蘋果、谷歌等大型企業均榜上有名，顯示了美國廠商強勁的綜合研究實力。其中，微軟的Kinect、英特爾的RealSense等，均為應用了基于計算機視覺的三維手勢交互技術的體感產品，而除這些傳統大型科技企業之外，亞馬遜公司也開始投入三維手勢交互研發領域，為推出自家的智能購物和智能手機產品做相應的準備。其次，韓國企業在基于計算機視覺的三維手勢信息采集領域也具有一定的實力，領先企業三星、LG均出現在前十排名中，在針對電視、手機的交互控制之外，也積極進軍AR/VR領域。最后，結合之前的原創國排名、法律狀態分布和這張重要申請人排名圖可以看出，中國雖然在該領域申請量總數較多，但申請人相對分散，尚未成為有競爭力的核心企業，這說明中國在三維手勢交互領域還亟待投入發展。

1.3.2 重要申請人的技術分布

在列出基于計算機視覺的三維手勢信息采集領域的重要申請人之后，接下來將反映重要申請人在各技術分支的研究側重。圖5對比了重要申請人排名中前三位申請人在各分支的申請量分布，從圖中可以看出，各大公司都有其相對側重的研究點，其中，基于雙目/立體成像的三維手勢采集在三家公司的申請中都有著較高的采用占比；然而，與三星專注于使用雙目/立體成像技術不同，微軟和亞馬遜對基于結構光和基于光飛時間的三維手勢信息采集也投入了相當比例的研究和申請保護?？傮w來說，雙目/立體成像技術應用較廣，而結構光和光飛時間技術受到目前手勢交互領軍企業的研發關注，具有很好的發展前景。

2 結 語

本文詳細梳理了基于計算機視覺的三維手勢信息采集技術的各技術分支的發展情況，有助于行業全面了解基于計算機視覺的三維手勢信息采集技術的基本發展態勢，希望本文的研究成果能夠為行業發展提供借鑒。

主要參考文獻

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