基于Innography數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)視覺專利挖掘與分析

張志敏 王鴻飛

摘 要：計(jì)算機(jī)視覺是一門綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的綜合性科學(xué)技術(shù)。近年來(lái)計(jì)算機(jī)視覺發(fā)展迅速，已成為成為人工智能領(lǐng)域商業(yè)化最順利的技術(shù)之一，市場(chǎng)前景廣闊。本文對(duì)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的2000—2019年申請(qǐng)的計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從專利申請(qǐng)的年度分布、地區(qū)分布、IPC分類、專利強(qiáng)度等方面展開分析，并對(duì)中國(guó)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展給出意見。

關(guān)鍵詞：專利分析;計(jì)算機(jī)視覺;Innography數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào)：G306文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Computer vision is a comprehensive science and technology which integrates computer science，engineering science，neuroscience and other disciplines.In recent years，with the rapid development of computer vision，it has become one of the most successful commercialization technologies in the field of artificial intelligence，with a broad market prospect.This paper makes statistics on the patent technology applied in the field of computer vision in 2000-2019 included in the national intellectual property patent database，analyzes the annual distribution，regional distribution，IPC classification，patent intensity of patent applications，and gives opinions on the innovation and development of computer vision technology in China.

Key words：Patent analysis;computer vision;Innography database

近年來(lái)，由于海量數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)、GPU計(jì)算普及和高性能學(xué)習(xí)算法的不斷突破，計(jì)算機(jī)視覺迎來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇，成為人工智能領(lǐng)域商業(yè)化最順利的技術(shù)之一[1]。作為一個(gè)跨領(lǐng)域的交叉學(xué)科，計(jì)算機(jī)視覺融合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科，其研究目標(biāo)是以人類視覺能力作為仿生基礎(chǔ)，使計(jì)算機(jī)能夠從圖像、視頻數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取層次化語(yǔ)義信息，理解圖像或動(dòng)態(tài)場(chǎng)景[2]。目前，計(jì)算機(jī)視覺研究已經(jīng)在生物識(shí)別、智慧交通、智能安防、醫(yī)學(xué)影像分析等多個(gè)領(lǐng)域取得豐碩成果，計(jì)算機(jī)在圖像的檢測(cè)、分類和理解任務(wù)上的性能已接近甚至超過人類視覺系統(tǒng)[3-6]。從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，國(guó)內(nèi)外有超過40%的人工智能企業(yè)專注于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，2018年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)100億元，2019年達(dá)300億元，商業(yè)成熟度較高[7]。

本文對(duì)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的2000-2019年申請(qǐng)的計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出了國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的年度分布、地區(qū)分布、IPC分類、專利強(qiáng)度等。本研究能夠反映計(jì)算機(jī)視覺科研發(fā)展趨勢(shì)以及核心技術(shù)的領(lǐng)域、地域分布信息，為科研人員提供綜述性技術(shù)支持，對(duì)優(yōu)化高校在該領(lǐng)域的科研布局具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與檢索方法

本研究使用innography專利檢索分析平臺(tái)，檢索式為：@（abstract，claims，title）“Machine Vision”or “computer vision”，檢索時(shí)間為2019年12月13日。檢索到的計(jì)算機(jī)視覺相關(guān)國(guó)內(nèi)外專利26039件，對(duì)所得專利進(jìn)行同族擴(kuò)展、類型限定與合并去重后，得到16403件專利。對(duì)這16403件專利進(jìn)行情報(bào)分析。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 專利申請(qǐng)年份及趨勢(shì)分析

專利申請(qǐng)狀況可反映該目標(biāo)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)。將16403件專利按其申請(qǐng)年份統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖1所示（由于專利申請(qǐng)需要18個(gè)月的公開時(shí)間，2018-2019年的數(shù)據(jù)僅供參考分析），計(jì)算機(jī)視覺專利在2007年前的申請(qǐng)量相對(duì)較少，每年全球申請(qǐng)總量少于300件，2008年開始申請(qǐng)量快速增加。2005年以來(lái)，中國(guó)計(jì)算機(jī)視覺專利申請(qǐng)迎來(lái)快速增長(zhǎng)，申請(qǐng)量超過其他國(guó)家并逐漸取得全球主導(dǎo)地位，2018年中國(guó)在該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量接近2000件，占全球計(jì)算機(jī)視覺專利申請(qǐng)的90%以上。這主要得益于中國(guó)在信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域深耕布局，十三五以來(lái)人工智能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入穩(wěn)步增長(zhǎng)階段，計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)不斷突破和落地應(yīng)用，同時(shí)越來(lái)越重視人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，整體研發(fā)水平得以提高[8]。

2.2 技術(shù)來(lái)源與地域布局分析

對(duì)檢索到的16403件專利的來(lái)源地進(jìn)行分析，這可以在一定程度上反應(yīng)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在世界各地區(qū)的研發(fā)熱度和專利保護(hù)趨勢(shì)，為選擇專利布局目標(biāo)國(guó)和市場(chǎng)開發(fā)目標(biāo)國(guó)提供參考依據(jù)[9]，分析結(jié)果如圖2所示。來(lái)源于中國(guó)的計(jì)算機(jī)視覺專利達(dá)12363件，占世界專利總量的75%，遠(yuǎn)高于其他國(guó)家或地區(qū)，這表明了中國(guó)注重在機(jī)器智能領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)布局，擁有充足的人才儲(chǔ)備，并且在計(jì)算機(jī)視覺產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上具有廣闊前景。專利數(shù)量排在第二和第三位的是日本和韓國(guó)，分別檢索到943件和650件，分別占比5.7%和3.9%。這與日韓兩國(guó)本世紀(jì)以來(lái)人口數(shù)量持續(xù)走低的社會(huì)現(xiàn)實(shí)密切相關(guān)，這促使了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的進(jìn)程[10]，而計(jì)算機(jī)視覺是工業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)之一，因此計(jì)算機(jī)視覺相關(guān)技術(shù)得到了較快發(fā)展和在知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面的重視。其他主要的專利申請(qǐng)目標(biāo)國(guó)家和地區(qū)組織包括英國(guó)、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織WO、歐洲專利局EP和美國(guó)等。

2.3 核心專利分析

Innography數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)利引用數(shù)、同族專利數(shù)量、權(quán)利要求數(shù)量、說明書頁(yè)數(shù)、有無(wú)許可訴訟、專利族所在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)總量等客觀因素，對(duì)每個(gè)專利給出一個(gè)0-100的專利強(qiáng)度評(píng)分，一般認(rèn)為專利強(qiáng)度在0～30之間的專利為一般專利，30～80之間的為重要專利，80～100之間的為核心專利[11]。本文對(duì)專利強(qiáng)度的區(qū)間分布數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如圖3所示，在檢索到的16403件專利中，核心專利共66件，占專利總數(shù)的0.4%。

我們對(duì)核心專利的來(lái)源國(guó)進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖3所示。在本文檢索到的66件核心專利中，來(lái)自于美國(guó)的達(dá)56件，例如Criticom集團(tuán)的“具有圖形用戶界面和遠(yuǎn)程攝像機(jī)控制的計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)”[12]，波音公司的“鈑金檢測(cè)系統(tǒng)及儀器”等。盡管美國(guó)在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量?jī)H占全球2.1%，但其核心專利全球占比超過84%，可見美國(guó)在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的專利申請(qǐng)質(zhì)量更高，在該領(lǐng)域研發(fā)水平處于全球領(lǐng)先地位。相比而言，來(lái)源于中國(guó)的核心專利僅有3件，全球占比僅為4.5%，例如中興通訊的“手勢(shì)識(shí)別的方法、設(shè)備和系統(tǒng)”[13]，IRBT的“使用機(jī)器視覺系統(tǒng)執(zhí)行同步定位和映射的系統(tǒng)和方法”[14]等。從專利申請(qǐng)量來(lái)看，中國(guó)的申請(qǐng)量是美國(guó)的35倍，但核心專利僅為美國(guó)的5.3%，由此可見，中國(guó)專利申請(qǐng)價(jià)值與美國(guó)存在較大差距，計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域研發(fā)水平亟待提升。

2.4 核心專利的專利權(quán)人分析

我們利用innography平臺(tái)分析工具，從技術(shù)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力兩個(gè)方面進(jìn)行分析，比較核心專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，分析結(jié)果如圖4所示。該氣泡圖的橫坐標(biāo)表示專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)的技術(shù)實(shí)力，由專利數(shù)量、技術(shù)分類和專利引用三個(gè)要素構(gòu)成;縱坐標(biāo)表示申請(qǐng)機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，由公司收入、專利國(guó)家分布和專利涉案情況三個(gè)要素構(gòu)成[15]。氣泡大小表示專利數(shù)目，橫坐標(biāo)由左到右表示技術(shù)實(shí)力增強(qiáng)，縱坐標(biāo)由下至上表示經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)，兩坐標(biāo)軸交點(diǎn)表示申請(qǐng)機(jī)構(gòu)間兩類指標(biāo)平均值的交點(diǎn)。從技術(shù)實(shí)力來(lái)看，康耐視公司處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，其余技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的機(jī)構(gòu)還包括麥格納國(guó)際、Reveo公司、先鋒影像和歐姆龍。從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)看，實(shí)力較強(qiáng)的是伊士曼柯達(dá)公司和波音公司。從數(shù)量來(lái)看，核心專利數(shù)量最多的是康耐視公司，共18件占比27%。綜上所述，盡管康耐視公司在經(jīng)濟(jì)實(shí)力方面落后于伊士曼柯達(dá)、波音公司和麥格納國(guó)際等，但其在技術(shù)實(shí)力和研發(fā)水平上處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先位置，在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域具有明顯地技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2.5 專利構(gòu)成及研究熱點(diǎn)分析

我們利用innography分析平臺(tái)，根據(jù)國(guó)際IPC分類[16]，對(duì)檢索到的16403件計(jì)算機(jī)視覺專利進(jìn)行分析，對(duì)申請(qǐng)量排名前十的IPC分類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。分析發(fā)現(xiàn)在物理相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)視覺專利申請(qǐng)量最多，達(dá)7561件;其次是在運(yùn)算、計(jì)數(shù)相關(guān)領(lǐng)域，專利申請(qǐng)量為4224件。專利申請(qǐng)量排名第三的是測(cè)量和測(cè)試相關(guān)領(lǐng)域，專利申請(qǐng)量為2695件。此外，專利申請(qǐng)量排名靠前的技術(shù)領(lǐng)域還包括圖像處理或生成、數(shù)據(jù)識(shí)別、圖像分析、角度和位置測(cè)量等。

3 總結(jié)與建議

3.1 總結(jié)

本文使用innography專利檢索分析平臺(tái)對(duì)過去20年的計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行分析，結(jié)果表明，計(jì)算機(jī)視覺近年來(lái)發(fā)展迅速，是專利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)較快的研究領(lǐng)域;雖然中國(guó)在該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)最快，但核心專利總數(shù)的84%來(lái)自于美國(guó)，美國(guó)在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì);計(jì)算機(jī)視覺專利的主要技術(shù)領(lǐng)域包括物理、運(yùn)算、測(cè)量等。

3.2 建議

通過對(duì)計(jì)算機(jī)視覺專利的挖掘與分析，得出了以下建議：在鼓勵(lì)人工智能領(lǐng)域科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)落地的同時(shí)，還應(yīng)該關(guān)注于技術(shù)質(zhì)量，注重人才培養(yǎng)和源頭創(chuàng)新;提高專利保護(hù)意識(shí)，注重國(guó)外專利的申請(qǐng)與布局。

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作者簡(jiǎn)介：張志敏（1987—），女，碩士，助理館員，研究方向：科技查新;王鴻飛（1994—），男，碩士，香港中文大學(xué)（深圳瓦謝爾計(jì)算生物研究院），研究方向：生物信息學(xué)，深度學(xué)習(xí)。