“空中鼠標(biāo)”及其國內(nèi)專利技術(shù)現(xiàn)狀

摘 要：隨著遙控技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)的桌面鍵盤式控制方式已不足以滿足新的需求，取而代之的是更為智能的遙控方式。人體姿態(tài)、手勢、語音、表情、體溫等體感遙控技術(shù)正在迅速發(fā)展，“空中鼠標(biāo)”更是其中最具代表性的關(guān)鍵技術(shù)。通過對“空中鼠標(biāo)”的技術(shù)特點(diǎn)和國內(nèi)專利發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，使讀者更為了解該項(xiàng)新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：體感遙控，空中鼠標(biāo)，專利申請

中圖分類號：N04；TP3；TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

作者簡介：董妍（1983—），女，碩士，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心光電部助理研究員，長期從事電子電路、自動控制、無線通信等領(lǐng)域的發(fā)明實(shí)質(zhì)審查工作。通信方式：dongyan420@126.com。

一 “空中鼠標(biāo)”的由來和定義

2006年，日本任天堂公司推出其第七代家用游戲機(jī)——“Wii”，前所未有地將體感遙控這一概念帶入了人們的生活中，為人機(jī)交互技術(shù)開辟了嶄新的發(fā)展方向。其后，索尼、微軟等公司也紛紛提出了體感遙控技術(shù)的相關(guān)解決方案。自此，遙控技術(shù)不再局限于桌面鍵盤的傳統(tǒng)形式，擺脫了呆板的束縛，為用戶提供了更為靈活多變的操作方式以及更為舒適的操作體驗(yàn)。從鼠標(biāo)加鍵盤到觸控、語音、手勢、眼控、每一種交互方式的出現(xiàn)都給市場帶來了無限的可能性[1]。

“空中鼠標(biāo)（air mouse）”是體感遙控技術(shù)中最為常用的代表性技術(shù)，其可以像傳統(tǒng)鼠標(biāo)一樣操作屏幕光標(biāo)，但并不需要放置在桌面上，用戶通過在空中揮舞遙控器來控制屏幕中光標(biāo)的運(yùn)動，即可在遠(yuǎn)距離的三維空間中獲得鼠標(biāo)的操作功能[2]。

羅技公司在2007年研發(fā)出全球首款空中鼠標(biāo)“MX Air”，第一次實(shí)現(xiàn)了鼠標(biāo)控制的三維空間化，將我們的計(jì)算機(jī)也變成了可以體感遙控的“Wii”，極大地增強(qiáng)了用戶對于計(jì)算機(jī)操作的舒適體驗(yàn)感。其后，索尼等國際知名公司均推出了自己品牌的空中鼠標(biāo)，從而開啟了空中鼠標(biāo)百花齊放的爭鳴時(shí)代。特別是Deanmark公司首創(chuàng)的穿戴型空鼠，更是使得鼠標(biāo)的輸入方式發(fā)生了創(chuàng)新性的改變，達(dá)到了“人機(jī)合一”的完美境界。

二 “空中鼠標(biāo)”的關(guān)鍵技術(shù)

1. 慣性跟蹤系統(tǒng)

慣性跟蹤系統(tǒng)的基本原理是在目標(biāo)初始位置和姿態(tài)已知的基礎(chǔ)上，依據(jù)慣性原理，利用陀螺儀、加速度傳感器等器件測量物體運(yùn)動的角速度和直線加速度，然后通過積分獲得物體的位置和姿勢。隨著MEMS微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了采用微機(jī)械技術(shù)加工而得的MEMS微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀，將該微型陀螺儀集成在鼠標(biāo)中就實(shí)現(xiàn)了人體的空間軌跡追蹤。這也是目前空中鼠標(biāo)的主流設(shè)計(jì)方式。

2. 紅外成像系統(tǒng)

紅外成像系統(tǒng)的基本原理是利用圖像傳感器捕捉紅外圖像，利用圖像處理和模式識別技術(shù)計(jì)算運(yùn)動物體的位置信息。在鼠標(biāo)中安裝紅外光源，通過采集紅外光源的發(fā)光圖像并進(jìn)行運(yùn)算處理，就能夠得到光標(biāo)位置和運(yùn)動軌跡，實(shí)現(xiàn)空中鼠標(biāo)的光標(biāo)操作。這是空中鼠標(biāo)的另一常用設(shè)計(jì)方式。

3. 空中鼠標(biāo)的技術(shù)難點(diǎn)

傳統(tǒng)的鼠標(biāo)往往用DPI（即每英寸點(diǎn)數(shù)分辨率）來衡量精確度?？罩惺髽?biāo)由于是拿在手中而沒有接觸面，只能用人手做輕微移動所對應(yīng)屏幕指針移動的像素?cái)?shù)來衡量。高精度的空中鼠標(biāo)可以準(zhǔn)確地指向屏幕上的每個(gè)字符[3]。

（1）定位精度

目前，空中鼠標(biāo)所常用的MEMS微機(jī)電系統(tǒng)傳感器的測量精度有限，特別是民用的電子消費(fèi)類MEMS陀螺儀存在較大的漂移誤差，加上多軸的數(shù)據(jù)采集和大量的復(fù)雜運(yùn)算，就會導(dǎo)致最終的定位精度較差。此外，對于紅外成像方式的空中鼠標(biāo)，由于其圖像處理和模式識別的運(yùn)算量很大，誤差同樣會在多級數(shù)據(jù)計(jì)算過程中被放大。因此，若想獲得更佳的人機(jī)交互體驗(yàn)，就需要對空中鼠標(biāo)遙控系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差的消除處理。

（2）平滑性

用戶使用空中鼠標(biāo)在屏幕上進(jìn)行拖曳式操作時(shí)，其軌跡曲線往往存在棱角或者折線。同時(shí)由于傳感器的數(shù)據(jù)計(jì)算量過大，產(chǎn)生了處理延遲，導(dǎo)致光標(biāo)移動的停頓或者滯后。因此，需要提高傳感器的采樣頻率以及處理算法的曲線擬合精度，從而獲取更好的平滑性，來使得空中鼠標(biāo)的操作更為流暢。

（3）防抖性能

與傳統(tǒng)的桌面鼠標(biāo)不同，用戶采用空中鼠標(biāo)進(jìn)行屏幕光標(biāo)操控時(shí)，手腕和手肘均是懸空沒有支撐的。這樣，光標(biāo)位置就會隨著人體的運(yùn)動或靜止而產(chǎn)生或多或少的抖動。特別是在操作較為細(xì)小復(fù)雜的界面時(shí)，這種抖動就很可能造成誤操作，從而嚴(yán)重影響了使用。因此，如何提高使用過程中的穩(wěn)定性，從而降低抖動范圍甚至去除抖動，也是衡量空中鼠標(biāo)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。

三 “空中鼠標(biāo)”的國內(nèi)專利技術(shù)現(xiàn)狀

在中國專利檢索系統(tǒng)（CPRS）中，采用“空中鼠標(biāo)”作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，得到截止于2013年10月的相關(guān)文獻(xiàn)174篇。圖1為空中鼠標(biāo)技術(shù)國內(nèi)專利申請情況的逐年變化趨勢。從2007年開始出現(xiàn)相關(guān)技術(shù)的申請，2009年申請量開始增加，并于2010年開始呈現(xiàn)飛速增長，2012年達(dá)到申請高峰。

國內(nèi)申請人的類型一般分為公司、大學(xué)/科研院所和個(gè)人三種類型。由圖2可見，公司的申請量占了很大的比重，高達(dá)86%；個(gè)人申請次之，占10%，而大學(xué)/科研院所僅占了4%。公司成為專利申請主體，說明這是一個(gè)充滿活力、市場競爭非常激烈的領(lǐng)域。而大學(xué)和科研院所的統(tǒng)計(jì)量較少，是由于其更加注重控制原理的研究，其技術(shù)貢獻(xiàn)僅通過對“空中鼠標(biāo)”的關(guān)鍵詞搜索無法完全地體現(xiàn)出來。而由于鼠標(biāo)技術(shù)的進(jìn)入門檻相對較低，因此在這個(gè)領(lǐng)域也存在著一部分個(gè)人申請。

圖1 歷年專利申請量

圖2 申請人情況

按照申請總量，排名前3位的公司如表1所示。我國國內(nèi)公司在空中鼠標(biāo)領(lǐng)域的專利申請數(shù)量發(fā)展迅速，申請總量也在不斷增加。但是，盡管專利申請量較多，但在核心技術(shù)的掌握方面，與領(lǐng)先地位的國家相比仍然差距很大。我國要在空中鼠標(biāo)技術(shù)上取得絕對優(yōu)勢，必須要加強(qiáng)對于定位精度、平滑性、防抖等技術(shù)難點(diǎn)的研發(fā)和突破。

表1 申請量排名前3位的公司

序號公 司

1聯(lián)想（北京）有限公司

2青島海信電器股份有限公司

3深圳泰山在線科技有限公司

四 結(jié) 語

科技的發(fā)展使人類對于設(shè)備的控制不再滿足于按鍵式操作，而更加注重遙控裝置設(shè)計(jì)上的舒適程度以及人性化程度。“空中鼠標(biāo)”作為體感遙控技術(shù)的典型代表，將空間鼠標(biāo)操作和屏幕顯示完美地融合在一起。隨著電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)融合的推進(jìn)，空中鼠標(biāo)必將成為未來的主流操控技術(shù)，這種需求作為創(chuàng)新的原動力，將推動空中鼠標(biāo)技術(shù)的不斷前進(jìn)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊碧玲.手勢和語音識別——智能家電人機(jī)交互新趨勢[J].集成電路應(yīng)用，2013（3）：32-35.

[2] 寇凡， 盛懷茂， 王直杰，等.基于體感算法的新型藍(lán)牙遙控器的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（4）：31-33.

[3] 滕莉.空中鼠標(biāo)自由“掌握”——詳解空中鼠標(biāo)技術(shù)解決方案[J].個(gè)人電腦，2010（2）：78-79.