基于计算机视觉的三维手势信息采集技术专利分析

赵斯曼

[摘 要]手势交互是人机交互的重要组成部分，而基于计算机视觉的三维手势交互因其自由度高、体验自然的特点，逐渐成为研究热点。本文对基于计算机视觉的三维手势信息采集技术进行了专利数据分析，对该领域的专利申请量年趋势、国别分布、重要申请人等情况做了分析总结，希望能为行业发展提供参考。

[关键词]手势；计算机视觉；双目成像

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.12.069

[中图分类号]TP391.41 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2018）12-0-03

0 引 言

基于计算机视觉的手势交互技术是指将图像采集设备拍摄到的包含手势的图像信息传输给计算机，通过计算机视觉技术进行处理识别。这种交互方式仅需使用者徒手进行操作，提供了更高的交互自由度和更自然的交互體验，因而逐渐成为手势交互的发展趋势。

采集三维手势信息的重点是采集手势深度信息，目前，主流的三维手势信息采集技术包括双目/立体成像、结构光和光飞时间。双目/立体成像，使用两个以上摄像头拍摄对象，匹配图像，根据对象在不同画面中的位置来计算手势深度信息。结构光通过向对象投射结构光图样，然后根据图样在对象表面产生的变化获取深度信息。光飞时间通过向对象发射激光，测量反射返回时间确定手势深度信息。

1 数据分析概况

本次检索时间截至2017年12月，最终确定涉及的全球专利申请共计987项，其来自41个国家或地区的总计90位申请人，总体发展趋势呈增长状态。

1.1 申请量分析

国外基于计算机视觉的三维手势信息采集技术起步较早，萌芽于20世纪90年代，于2003年之后开始平稳上涨，但受限于当时应用平台较少，二维手势交互即可满足多数应用场景下的控制要求，且其技术难度和成本相对较高，因此发展较为缓慢。2009年起，增强/虚拟现实成为研究热点，自此，基于计算机视觉的三维手势交互技术因其空间自由度高、交互体验自然的优点，在增强/虚拟现实领域得到了广泛应用，其专利申请量逐年递增，呈井喷式增长趋势，进入高速发展期。国内外申请量年趋势如图1所示，

相比之下，国内基于计算机视觉的三维手势信息采集技术起步较晚，整体发展趋势曲线有所延迟，如图1所示，国内直到2004年起才开始关注这一领域的研究，但随着全球范围内对该领域的研究热度不断提升，国内也迅速增加了研究投入，自2009年起申请量也出现了明显增长，体现了全球市场的巨大需求也刺激了国内开始重视该领域。

1.2 国别分析

1.2.1 原创国/目标国排名

图2以申请数对原创国进行排名，显示了不同国家或地区在该领域的技术储备和研究实力，而目标国以受理数排名，代表了该国家或地区的市场需求。

从原创国排名来看，美国高居首位，显示出明显的技术领先地位，中国紧随其后，同样拥有不可小觑的专利申请量，另外，韩日也在该领域进行了一定的专利布局。从目标国排名来看，美国和中国的受理数量明显超出了其申请数量，证明美国和中国拥有着庞大的消费市场，因此除本国申请之外，全球范围内的申请人也纷纷以这两个国家为目标进行了较多的专利申请。

1.2.2 美中专利法律状态对比

从图3可以看出，美国和中国的专利申请量明显超出其他国家地区。然而，申请量往往只能表现出该国家地区的研究热度，专利的有效比例更能反映出真正的研究实力。因此，针对申请量最高的美国和中国，统计其专利的法律状态。从图3中可知，美国的专利有效/无效比达到了6.5，远远超出了中国的1.5，证明其专利申请不仅量多，且质优，进一步证明了美国在该领域具有雄厚的研究实力。中国虽然拥有较多的专利申请量，但专利的有效/无效比例相对偏低，一方面是由于中国对该领域的研究起步较晚，失去了一些专利布局的先机，另一方面也是因中国在该领域的技术实力相对薄弱，核心专利数量不足所致。

1.3 申请人分析

1.3.1 全球重要申请人排名

通过对各申请人的申请量进行统计，得到前十名申请人的申请量排名情况。从图4可以看出，微软公司的申请量高居首位，除此之外，亚马逊、英特尔、苹果、谷歌等大型企业均榜上有名，显示了美国厂商强劲的综合研究实力。其中，微软的Kinect、英特尔的RealSense等，均为应用了基于计算机视觉的三维手势交互技术的体感产品，而除这些传统大型科技企业之外，亚马逊公司也开始投入三维手势交互研发领域，为推出自家的智能购物和智能手机产品做相应的准备。其次，韩国企业在基于计算机视觉的三维手势信息采集领域也具有一定的实力，领先企业三星、LG均出现在前十排名中，在针对电视、手机的交互控制之外，也积极进军AR/VR领域。最后，结合之前的原创国排名、法律状态分布和这张重要申请人排名图可以看出，中国虽然在该领域申请量总数较多，但申请人相对分散，尚未成为有竞争力的核心企业，这说明中国在三维手势交互领域还亟待投入发展。

1.3.2 重要申请人的技术分布

在列出基于计算机视觉的三维手势信息采集领域的重要申请人之后，接下来将反映重要申请人在各技术分支的研究侧重。图5对比了重要申请人排名中前三位申请人在各分支的申请量分布，从图中可以看出，各大公司都有其相对侧重的研究点，其中，基于双目/立体成像的三维手势采集在三家公司的申请中都有着较高的采用占比；然而，与三星专注于使用双目/立体成像技术不同，微软和亚马逊对基于结构光和基于光飞时间的三维手势信息采集也投入了相当比例的研究和申请保护。总体来说，双目/立体成像技术应用较广，而结构光和光飞时间技术受到目前手势交互领军企业的研发关注，具有很好的发展前景。

2 结 语

本文详细梳理了基于计算机视觉的三维手势信息采集技术的各技术分支的发展情况，有助于行业全面了解基于计算机视觉的三维手势信息采集技术的基本发展态势，希望本文的研究成果能够为行业发展提供借鉴。

主要参考文献

[1]武霞，张崎，许艳旭.手势识别研究发展现状综述[J].电子科技，2013（6）.

[2]谭同德，郭志敏.基于双目视觉的人手定位与手势识别系统研究[J].计算机工程与设计，2012（1）.

[3]白明明.基于结构光的手势识别技术鲁棒性研究[D].沈阳：东北大学，2014.