“空中鼠标”及其国内专利技术现状

摘 要：随着遥控技术发展，传统的桌面键盘式控制方式已不足以满足新的需求，取而代之的是更为智能的遥控方式。人体姿态、手势、语音、表情、体温等体感遥控技术正在迅速发展，“空中鼠标”更是其中最具代表性的关键技术。通过对“空中鼠标”的技术特点和国内专利发展现状进行介绍，使读者更为了解该项新技术。

关键词：体感遥控，空中鼠标，专利申请

中图分类号：N04；TP3；TN911 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0016-03

“Air Mouse” Technology and Its Patent Application Status in China

DONG Yan

Abstract： As developing of remote control technology， conventional desktop keyboard controlling does not meet new requirements. Thus more intelligent technology appears instead. Remote control technology like body gesture， voice， expression， body temperature is developing rapidly， among which， “air mouse” is the most typical technology. In this paper technical features and patent application situation of air mouse is introduced to make reader knew more about this new technology.

Keywords： somatosensory remote control， air mouse， patent application

收稿日期：2014-06-21

作者简介：董妍（1983—），女，硕士，国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心光电部助理研究员，长期从事电子电路、自动控制、无线通信等领域的发明实质审查工作。通信方式：dongyan420@126.com。

一 “空中鼠标”的由来和定义

2006年，日本任天堂公司推出其第七代家用游戏机——“Wii”，前所未有地将体感遥控这一概念带入了人们的生活中，为人机交互技术开辟了崭新的发展方向。其后，索尼、微软等公司也纷纷提出了体感遥控技术的相关解决方案。自此，遥控技术不再局限于桌面键盘的传统形式，摆脱了呆板的束缚，为用户提供了更为灵活多变的操作方式以及更为舒适的操作体验。从鼠标加键盘到触控、语音、手势、眼控、每一种交互方式的出现都给市场带来了无限的可能性[1]。

“空中鼠标（air mouse）”是体感遥控技术中最为常用的代表性技术，其可以像传统鼠标一样操作屏幕光标，但并不需要放置在桌面上，用户通过在空中挥舞遥控器来控制屏幕中光标的运动，即可在远距离的三维空间中获得鼠标的操作功能[2]。

罗技公司在2007年研发出全球首款空中鼠标“MX Air”，第一次实现了鼠标控制的三维空间化，将我们的计算机也变成了可以体感遥控的“Wii”，极大地增强了用户对于计算机操作的舒适体验感。其后，索尼等国际知名公司均推出了自己品牌的空中鼠标，从而开启了空中鼠标百花齐放的争鸣时代。特别是Deanmark公司首创的穿戴型空鼠，更是使得鼠标的输入方式发生了创新性的改变，达到了“人机合一”的完美境界。

二 “空中鼠标”的关键技术

1. 惯性跟踪系统

惯性跟踪系统的基本原理是在目标初始位置和姿态已知的基础上，依据惯性原理，利用陀螺仪、加速度传感器等器件测量物体运动的角速度和直线加速度，然后通过积分获得物体的位置和姿势。随着MEMS微机电系统技术的飞速发展，出现了采用微机械技术加工而得的MEMS微机电系统陀螺仪，将该微型陀螺仪集成在鼠标中就实现了人体的空间轨迹追踪。这也是目前空中鼠标的主流设计方式。

2. 红外成像系统

红外成像系统的基本原理是利用图像传感器捕捉红外图像，利用图像处理和模式识别技术计算运动物体的位置信息。在鼠标中安装红外光源，通过采集红外光源的发光图像并进行运算处理，就能够得到光标位置和运动轨迹，实现空中鼠标的光标操作。这是空中鼠标的另一常用设计方式。

3. 空中鼠标的技术难点

传统的鼠标往往用DPI（即每英寸点数分辨率）来衡量精确度。空中鼠标由于是拿在手中而没有接触面，只能用人手做轻微移动所对应屏幕指针移动的像素数来衡量。高精度的空中鼠标可以准确地指向屏幕上的每个字符[3]。

（1）定位精度

目前，空中鼠标所常用的MEMS微机电系统传感器的测量精度有限，特别是民用的电子消费类MEMS陀螺仪存在较大的漂移误差，加上多轴的数据采集和大量的复杂运算，就会导致最终的定位精度较差。此外，对于红外成像方式的空中鼠标，由于其图像处理和模式识别的运算量很大，误差同样会在多级数据计算过程中被放大。因此，若想获得更佳的人机交互体验，就需要对空中鼠标遥控系统的输出数据进行误差的消除处理。

（2）平滑性

用户使用空中鼠标在屏幕上进行拖曳式操作时，其轨迹曲线往往存在棱角或者折线。同时由于传感器的数据计算量过大，产生了处理延迟，导致光标移动的停顿或者滞后。因此，需要提高传感器的采样频率以及处理算法的曲线拟合精度，从而获取更好的平滑性，来使得空中鼠标的操作更为流畅。

（3）防抖性能

与传统的桌面鼠标不同，用户采用空中鼠标进行屏幕光标操控时，手腕和手肘均是悬空没有支撑的。这样，光标位置就会随着人体的运动或静止而产生或多或少的抖动。特别是在操作较为细小复杂的界面时，这种抖动就很可能造成误操作，从而严重影响了使用。因此，如何提高使用过程中的稳定性，从而降低抖动范围甚至去除抖动，也是衡量空中鼠标性能的一个重要指标。

三 “空中鼠标”的国内专利技术现状

在中国专利检索系统（CPRS）中，采用“空中鼠标”作为关键词进行检索，得到截止于2013年10月的相关文献174篇。图1为空中鼠标技术国内专利申请情况的逐年变化趋势。从2007年开始出现相关技术的申请，2009年申请量开始增加，并于2010年开始呈现飞速增长，2012年达到申请高峰。

国内申请人的类型一般分为公司、大学/科研院所和个人三种类型。由图2可见，公司的申请量占了很大的比重，高达86%；个人申请次之，占10%，而大学/科研院所仅占了4%。公司成为专利申请主体，说明这是一个充满活力、市场竞争非常激烈的领域。而大学和科研院所的统计量较少，是由于其更加注重控制原理的研究，其技术贡献仅通过对“空中鼠标”的关键词搜索无法完全地体现出来。而由于鼠标技术的进入门槛相对较低，因此在这个领域也存在着一部分个人申请。

图1 历年专利申请量

图2 申请人情况

按照申请总量，排名前3位的公司如表1所示。我国国内公司在空中鼠标领域的专利申请数量发展迅速，申请总量也在不断增加。但是，尽管专利申请量较多，但在核心技术的掌握方面，与领先地位的国家相比仍然差距很大。我国要在空中鼠标技术上取得绝对优势，必须要加强对于定位精度、平滑性、防抖等技术难点的研发和突破。

表1 申请量排名前3位的公司

序号公 司

1联想（北京）有限公司

2青岛海信电器股份有限公司

3深圳泰山在线科技有限公司

四 结 语

科技的发展使人类对于设备的控制不再满足于按键式操作，而更加注重遥控装置设计上的舒适程度以及人性化程度。“空中鼠标”作为体感遥控技术的典型代表，将空间鼠标操作和屏幕显示完美地融合在一起。随着电信网、广播电视网和互联网三网融合的推进，空中鼠标必将成为未来的主流操控技术，这种需求作为创新的原动力，将推动空中鼠标技术的不断前进和发展。

参考文献

[1] 杨碧玲.手势和语音识别——智能家电人机交互新趋势[J].集成电路应用，2013（3）：32-35.

[2] 寇凡， 盛怀茂， 王直杰，等.基于体感算法的新型蓝牙遥控器的设计[J].电子技术应用，2012，38（4）：31-33.

[3] 滕莉.空中鼠标自由“掌握”——详解空中鼠标技术解决方案[J].个人电脑，2010（2）：78-79.