全球智能電視姿勢識別專利分析

劉振宇，管 泉，劉 瑾，趙 霞

(青島市科學技術信息研究所，山東 青島 266003)

全球智能電視姿勢識別專利分析

劉振宇，管 泉，劉 瑾，趙 霞

(青島市科學技術信息研究所，山東 青島 266003)

綜合運用TDA、Innography等多種分析工具，對德溫特增值專利數(shù)據(jù)庫中用于智能電視的全球姿勢識別專利進行總體趨勢及創(chuàng)新技術人才等分析，主要包括專利技術總體發(fā)展趨勢、全球專利市場布局、專利技術國家分布、熱點技術領域、前沿技術、創(chuàng)新團隊、重要專利等，以期幫助企業(yè)了解智能電視姿勢識別技術的發(fā)展趨勢和主要競爭對手情況，為智能電視姿勢識別技術合作研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒。

智能電視；手勢識別；姿勢識別；專利分析；德溫特專利數(shù)據(jù)庫

根據(jù)中國電子視像行業(yè)協(xié)會標準(CVIA/ZNDS01—2014)，智能電視是指具有操作系統(tǒng)，支持第三方應用資源實現(xiàn)功能擴展，支持多網(wǎng)絡接入功能，具備智能人機交互、與其他智能設備進行交互的電視機[1]。

20世紀60年代初期，人們通過移動發(fā)光的電子筆控制計算機輔助設計系統(tǒng)的畫板，后來出現(xiàn)了用發(fā)光筆進行控制的商用系統(tǒng)。到了20世紀90年代初期，以攝像為基礎的計算機視覺在美國的麻省理工學院的媒體試驗室(Media Lab)、日本的國際先進通信研究所(Advanced Telecommunications Research Institute International)以及瑞士的蘇黎士大學等開始成為姿勢識別技術研究的重點[2]。

目前的姿勢識別技術仍面臨幾個重要問題，包括在不利的光線條件下，該技術能夠實現(xiàn)的效果、背景變化與高功耗等，但人們仍希望電視能夠準確無誤地感知包括自然語言、手勢/姿勢語言、面部表情等不同的人類表達方式，實現(xiàn)擬人化的人機交互，方便人們更輕松、高效地使用電視設備。市場研究機構ABI Research預測，到2017年，僅具有視覺手勢識別功能的智能手機將達6億部[3]。

1 研究對象、數(shù)據(jù)庫及分析工具

文中所涉及的智能電視姿勢識別技術是指運用數(shù)學算法來分析外部攝像頭/傳感器捕獲的人體或身體各部位的姿態(tài)或運動，結合電視軟件環(huán)境，判斷操作者意圖，并執(zhí)行對應操作的技術[4]，不包括利用觸屏及遙控器等其他設備采集的姿勢進行的識別。姿態(tài)識別的對象是靜態(tài)系統(tǒng)，主要是識別人體整體或者某一部位的姿勢。根據(jù)識別對象的不同，可分為手形識別、體勢識別、頭部姿態(tài)識別等[5-6]；動作識別是識別人體運動的動態(tài)過程，比如人體的動作識別、步法識別以及手勢識別等[5-6]。

全球智能電視姿勢識別專利檢索的數(shù)據(jù)庫為德溫特增值專利數(shù)據(jù)庫，利用excel、TDA、Innography[7]、Thomson Innovation[8]等工具進行專利分析。通過對檢索到的數(shù)據(jù)進行清洗以及申請人、發(fā)明人合并，至2013年4月底，全球智能電視姿勢識別相關專利數(shù)量達到729個專利族(每一個專利族包括了同一項專利在不同國家申請的所有專利)。

2 全球智能電視姿勢識別專利總體趨勢分析

2.1 產(chǎn)業(yè)技術處于高速發(fā)展時期

圖1揭示的是全球智能電視姿勢識別專利(以下簡稱“姿勢識別專利”)的年度分布情況。采集的數(shù)據(jù)為已經(jīng)公開的專利數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)采集截至2013年4月)，考慮到專利一般從申請到公開需要長達1年甚至3年的時間，專利年度申請數(shù)量在2012年開始出現(xiàn)失真，因此本文對專利申請的分析年份截至到2011年。2012年專利分布情況可以參考年度專利公開數(shù)量。

圖1 姿勢識別專利年度分布

由圖1中全球姿勢識別專利申請年度分布情況可知，智能電視姿勢識別技術出現(xiàn)于20世紀80年代，1995年前后，姿勢識別技術逐漸發(fā)展，2004年以后呈現(xiàn)加速發(fā)展的態(tài)勢，2007年后，隨著計算機技術、傳感器等技術設備的快速發(fā)展，姿勢識別技術實現(xiàn)了大的飛躍，這種勢頭一直延續(xù)至今。

2.2 技術生命周期步入成長期

一般而言，技術的發(fā)展需要經(jīng)過4個階段：第一階段為技術孕育期，企業(yè)進入意愿低，專利申請數(shù)量和申請人數(shù)量均很少；第二階段為技術成長期，這一階段產(chǎn)業(yè)技術有突破或廠商對于市場價值有了認知，競相投入發(fā)展，專利申請量與專利權人數(shù)急速上升；第三階段為技術成熟期，廠商投資于研發(fā)的資源不再擴張，只剩少數(shù)繼續(xù)發(fā)展此類技術，且其他廠商進入此市場意愿低，專利申請量與專利權人數(shù)成長逐漸減緩；第四階段為技術瓶頸期或衰退期，產(chǎn)業(yè)技術研發(fā)遇瓶頸難以突破或此類產(chǎn)業(yè)已過于成熟，專利申請量與專利權人數(shù)呈現(xiàn)負成長。

由姿勢識別專利研發(fā)技術年度變化情況(圖2)可以看出，1993年前基本為新技術，1993年后，新的技術不斷被研發(fā)出來；同時，現(xiàn)有技術也在不斷發(fā)展，尤其是2007年后，現(xiàn)有技術的發(fā)展呈現(xiàn)近似直線驟升態(tài)勢。

圖2 姿勢識別專利研發(fā)技術趨勢

圖3為姿勢識別專利研發(fā)人員年度變化情況。從圖中研發(fā)人員可以看出，總體上，2001年前，研發(fā)人員流動較快，雖然每年都有新的人員投入姿勢識別技術研發(fā)，但基本沒有進行持續(xù)的研發(fā)；之后，隨著對姿勢識別技術廣闊應用的認識提高和新的相關技術手段不斷出現(xiàn)，研發(fā)人員開始持續(xù)關注姿勢識別技術研發(fā)，尤其是2007年后，新的研發(fā)人員以近似直線發(fā)展態(tài)勢投入姿勢識別技術的研發(fā)，而已有人員的研發(fā)也迅速增加。

圖3 姿勢識別專利研發(fā)人員趨勢

圖4為姿勢識別技術生命周期圖。結合圖2、圖3可以看出，1983年，智能電視姿勢識別新技術出現(xiàn)，經(jīng)過1983—2003年的技術孕育期，2004年以后，專利數(shù)量、新增發(fā)明人數(shù)量、現(xiàn)有技術等均大幅度攀升，開始進入技術成長期。

圖4 全球姿勢識別技術生命周期圖

2.3 技術領域分析

全球姿勢識別專利采用德溫特手工代碼排序的前10項技術結果見表1，前10項技術年度申請情況見圖5。由上述圖表分析可知，姿勢識別專利主要的技術涉及兩大部分，第一部分是應用領域，包括軟件產(chǎn)品、視頻游戲、電腦游戲，第二部分主要為涉及的具體處理技術，包括姿勢的輸入、處理、識別等。前10項技術發(fā)展于90年代，之后隨著技術的不斷突破，均呈現(xiàn)快速增長趨勢。

表1 前10項姿勢識別專利技術(德溫特手工代碼)

專利數(shù)量主要技術代碼主要技術領域217T01-S03軟件產(chǎn)品118W04-X02C視頻游戲105T01-J30B電腦游戲95W01-C01D3C便攜電話87T01-J10B2A識別，包括字符和圖像、光學字符識別、目標識別85W03-A12A立體和三維顯示的電視接收器77T01-J10C4三維圖像處理，包括三維的實體建模、網(wǎng)格、表面檢測、鑲嵌、體素、陰影71T01-J10B2圖像分析，包括特征參數(shù)的確定和場景分析69T01-J12程序管理，GUI/WIMPS/HCI，包括軟件和交互式操作界面的窗口安全處理方面的應用和下拉選單58T04-F02B7能量手套，應變儀三維輸入，虛擬現(xiàn)實

圖5 前10項姿勢識別專利技術(德溫特手工代碼)趨勢

圖6為姿勢識別專利的前10項技術遷移情況。圖中，縱坐標為前10項技術，橫坐標為前10項技術的每個技術的專利總量百分比，本文選取2010—2013年的專利(圖中淺色部分)代表近期專利數(shù)據(jù)，2009年以前的專利(圖中深色部分)代表早期專利數(shù)據(jù)。將前10項技術均按上述兩個時間段劃分，分別代表近期和早期兩個階段申請專利的情況。早期專利數(shù)量(深色部分)約占專利總量的40%，在圖中橫坐標的60%的位置畫一條基準線，超過基準線代表技術熱點的遷移。圖中可以看出，程序管理(T01-J12)、立體和三維顯示的電視接收器(W03-A12A)、便攜電話(W01-C01D3C)等技術的研發(fā)在最近幾年的發(fā)展速度超越了技術平均發(fā)展速度?？傮w來講，姿勢識別關鍵技術近期發(fā)展比較均衡。

圖6 前10項姿勢識別專利技術遷移

2.4 熱點技術與前沿技術分析

使用湯森路透公司Thomson Innovation，將專利數(shù)據(jù)通過文本聚類，繪制產(chǎn)業(yè)技術研發(fā)重點的專利地形圖(見圖7)。山峰表示專利技術的集中區(qū)，山峰顏色越淺，專利越密集。圖中顯示，目前，動作識別、三維立體影像識別處理、網(wǎng)絡命令交互、弱光源、動作傳感等技術是產(chǎn)業(yè)研發(fā)的重點；隨著手勢遙控技術逐步成熟普及，多方向的識別與虛擬現(xiàn)實、移動環(huán)境甄別等技術將可能成為新的技術競爭點。

圖7 姿勢識別技術專利地圖(截圖)

2.5 姿勢識別專利國家分布

2.5.1 主要技術產(chǎn)出國

主要國家/地區(qū)/組織申請的姿勢識別專利數(shù)量情況見圖8。 圖中顯示，美國一枝獨大，申請的專利約占全球專利總數(shù)的55%；日本、韓國緊跟其后，中國位于第四位。

圖8 主要國家/地區(qū)/組織申請的姿勢識別專利數(shù)量情況

2.5.2 主要國家專利布局

美國、日本、韓國作為智能電視姿勢識別專利規(guī)模最大的國家，其對世界市場的爭奪也非常激烈，因此除了對本國進行專利保護外，為了在國外生產(chǎn)、銷售產(chǎn)品，其必須在國外地區(qū)申請相關專利以求獲得知識產(chǎn)權保護，同時該國同族專利的申請也可以反映出其市場戰(zhàn)略。

美國在22個國家/地區(qū)/組織進行了專利布局，除在本國申請外，重點關注WO、EP、以及中國、日本、韓國及中國臺灣地區(qū)市場。日本在18個國家/地區(qū)/組織進行了專利布局，韓國在15個國家/地區(qū)/組織進行了專利布局，日本和韓國的專利保護策略大體相同，在本國專利保護同時注重國外市場，尤其是美國、中國市場以及WO和EP；而中國主要針對本國市場，在國外市場專利布局很弱；但中國臺灣地區(qū)在8個國家/地區(qū)/組織進行了專利布局，并十分注重美國市場，專利布局占34%。圖9僅列出了美國、日本、韓國、中國及中國臺灣地區(qū)等國家/地區(qū)(優(yōu)先權國)在重點關注的國家/地區(qū)/組織(公開國)的專利布局情況。

圖9 主要國家/地區(qū)姿勢識別專利布局

2.5.3 主要國家重點技術領域

美國、日本、韓國在智能電視姿勢識別技術涉及多個主要領域，技術較全面。主要專利技術國家的重點研發(fā)技術領域見圖10。圖中橫坐標為主要國家，縱坐標為前5項技術中每項技術所占該國前5項技術專利總量的百分比。從圖可以看出，美國、日本、韓國均關注軟件產(chǎn)品技術，另外，美國還關注視頻游戲、電腦游戲、便攜手機等技術，且發(fā)展較為均衡；日本主要關注識別技術；韓國主要關注軟件產(chǎn)品、便攜手機、識別技術；中國則主要涉及視頻游戲、電腦游戲、識別技術等，中國臺灣地區(qū)的技術側重于識別技術、視頻游戲、電腦游戲等。

圖10 主要國家/地區(qū)/組織姿勢識別專利技術領域比例圖

2.6 姿勢識別專利申請人分析

2.6.1 申請人排名

全球姿勢識別專利前十名申請人排名情況見圖11。圖中數(shù)據(jù)表明，在所有機構/人員中，微軟公司專利量遙遙領先，其后索尼公司、三星公司為第二梯隊，而LG、高通公司等為第三梯隊，其中，位于第三梯隊的個人為Pryor.T.R(Timothy Pryor)[9]。中國機構/人員未能進入前10名申請人中，在智能電視姿勢識別技術研發(fā)能力相對不足。

圖11 前10名姿勢識別專利申請人

2.6.2 機構活躍度分析

圖12為姿勢識別專利申請機構活躍圖。圖中，每塊扇形用不同顏色加以區(qū)分，代表每一類機構(包括企業(yè)、研究院所、高校、個人等各類申請人)申請專利數(shù)量之和。圖中可以看出，擁有100篇以上機構企業(yè)的專利總和占到專利總量的12.1%；擁有21～100篇機構的專利總和占到專利總量的15.9%；顯示了專利技術并未被大機構尤其是大型企業(yè)壟斷；而擁有專利量為1～20篇的小型機構專利總量占77%，顯示了涉及本領域的新生力量數(shù)量逐步增加，專利技術較分散，表明該技術正在逐漸成長。

圖12 姿勢識別專利申請機構活躍度

2.6.3 企業(yè)綜合競爭力分析

根據(jù)Dialog Innograph專利分析平臺提供的分析模型，綜合考慮企業(yè)的專利數(shù)量、專利涉及分類數(shù)量、專利涉及地區(qū)數(shù)量、被引次數(shù)、營業(yè)收入、專利侵權情況等方面，評估了企業(yè)綜合競爭力(如圖13所示)，縱坐標反映企業(yè)擁有的資源，橫坐標代表了企業(yè)技術實力，氣泡大小表示專利數(shù)量。

圖13 姿勢識別專利企業(yè)綜合競爭力

圖13表明，智能電視姿勢識別技術行業(yè)中，還未出項壟斷企業(yè)。雖然微軟、索尼、三星、蘋果等公司具有較強優(yōu)勢，但微軟、索尼技術實力較強，但未進行大規(guī)模的經(jīng)濟投入；而三星、蘋果雖然擁有較豐富的市場優(yōu)勢，但總體上說技術還有欠缺；其他公司機構總體上還處于技術和資源的基礎發(fā)展階段。

2.7 全球重要專利

采用Proquest Dialog公司的Innography專利分析平臺，進行重要專利篩選工作。Innography具有專利強度分析功能，其建立的專利指標體系包括專利引證次數(shù)和被引次數(shù)、專利族數(shù)量、權利要求項數(shù)量、專利涉及訴訟案件數(shù)量及賠償金額、專利從申請到公開的時間、專利年齡、專利異議和再審查、專利分類等十幾個指標，并賦予不同的權重計算而成。希望通過使用Innography的專利強度分析，可以從海量專利數(shù)據(jù)中尋找關鍵專利、核心專利。表2為專利強度在90%～100%范圍的姿勢識別專利。

2.8 全球專利發(fā)明人

全球智能電視姿勢識別專利數(shù)量超過10件的發(fā)明人及其涉及的技術領域、合作關系等見表3。

3 小結

1)全球智能電視姿勢識別技術正處于技術成長期，多方向識別與虛擬現(xiàn)實、移動環(huán)境甄別技術將可能成為發(fā)展的主要方向。

從全球姿勢識別專利申請總體趨勢來看，智能電視姿勢識別技術最早出現(xiàn)在20世紀80年代，目前正處于技術成長期，涉及的主要技術為應用領域的軟件產(chǎn)品、視頻游戲、電腦游戲以及具體處理技術的姿勢的輸入、處理、識別等，隨著技術的進一步發(fā)展，多方向的識別與虛擬現(xiàn)實、移動環(huán)境甄別技術等將可能成為新的技術競爭點。

2)美國一枝獨大，日韓緊隨其后，中國位居第四。

美國、日本、韓國、中國為智能電視姿勢識別專利規(guī)模較大的國家，美國以全球專利總數(shù)的55%的絕對優(yōu)勢遙遙領先。除在本國申請外，美國在22個國家/地區(qū)/組織進行了專利布局，重點關注中國、日本、韓國及中國臺灣地區(qū)市場；日本在18個國家/地區(qū)/組織進行了專利布局，韓國在15個國家/地區(qū)/組織進行了專利布局，日本和韓國的專利保護策略大體相同，在本國專利保護同時注重主要國外市場，尤其是美國、中國市場；中國主要針對本國市場，在國外市場專利布局很弱。

3)微軟、索尼、三星等外國企業(yè)產(chǎn)業(yè)技術較強，積極布局搶占市場。

在智能電視姿勢識別的技術、產(chǎn)業(yè)方面，國外企業(yè)較強，主要以微軟、索尼、三星為主，其技術研發(fā)投入較早，且每年研發(fā)力量、資金等投入較大，技術增長較快。其中微軟在技術上占據(jù)絕對優(yōu)勢，如在專利強度為90%～100%的姿勢識別技術專利中，微軟占有三分之一。為搶占市場，三家公司紛紛在其他國家地區(qū)申請專利進行保護，如微軟除關注本國市場外，還關注中國、歐洲、日本等市場，索尼公司尤其重視中國和美國市場，其在中國和美國申請的專利占到其全球專利的近三分之二。

表2 姿勢識別技術重要專利

表3 全球姿勢識別專利發(fā)明人涉及的技術領域和合作關系情況

專利數(shù)量發(fā)明人機構前三名作者時間跨度近三年專利比例主要技術獨有技術新技術國家52MarkovicReljaMicrosoftCorporation[51]LattaStephenGilchrist[46]；GeisnerKevin[39]；BennettDarrenAlexander[23]2009—2012年44%of52T01-J30B[29]；W04-X02C[26]；T01-S03[15]NoneT01-N01A2D[4]；T01-J05B4F[2]；T01-M02[2]；T01-N02A3[2]；T04-D03A[2]；T04-D07D[2]US[52]48LattaStephenGilchristMicrosoftCorporation[46]MarkovicRelja[46]；GeisnerKevin[39]；BennettDarrenAlexander[23]2009—2012年44%of48T01-J30B[27]；W04-X02C[24]；T01-S03[13]NoneT01-N01A2D[4]；T01-M02[3]；T04-D07D[3]；T01-N02A3[2]US[48]40GeisnerKevinMicrosoftCorporation[39]MarkovicRelja[39]；LattaStephenGilchrist[39]；BennettDarrenAlexander[22]2009—2012年35%of40T01-J30B[22]；W04-X02C[21]；T01-N01B1[8]；T01-S03[8]NoneT01-N01A2D[4]；T01-M02[2]；T01-N02A3[2]US[40]24PryorTimothyR PryorTimothyR ，Sylvania，OH，US[5]SmithPeter[2]1995—2013年38%of24W04-X02C[7]；T04-F02B7[7]；T01-J30B[5]T01-J07D1[4]；T01-N01D1B[2]；W04-M01D3[3]；T01-N01B3[3]；T01-J15X[4]；T01-N02B2A[2]；W04-M01D2[2]；T01-J17[2]；T01-L02B[2]W04-M01D3[3]；T01-J17[2]；T01-L02B[2]；T01-N02B2A[2]US[24]23BennettDarrenAlexanderMicrosoftCorporation[22]MarkovicRelja[23]；LattaStephenGilchrist[23]；GeisnerKevin[22]2009—2012年35%of23W04-X02C[11]；T01-J30B[10]；T01-J30D[7]；T01-N01B1[7]NoneT01-N01A2D[3]；T01-N02A3[2]US[23]

續(xù)表3

注：[N]表示專利數(shù)量為N，如[51]表示專利數(shù)量為51。

微軟公司、索尼公司重點關注電視游戲方面，目前微軟的Kinect相關技術的正不斷成熟，索尼則逐步加強符合識別技術和多傳感器識別技術的研發(fā)；三星公司則側重于智能電視，依據(jù)自身的技術優(yōu)勢，成為世界第一家推出姿勢識別智能電視的企業(yè)。

相對于國外同類企業(yè)，國內姿勢識別技術及產(chǎn)業(yè)明顯不足，中國的智能電視姿勢識別技術企業(yè)較少且排名靠后，尚未進入前十名。

4)全球姿勢識別專利技術尚未壟斷。

目前，擁有21篇以上的企業(yè)的專利總和僅占到專利總量的28%，其余72%為其他眾多機構申請，表明姿勢識別專利技術較分散，并未被大型企業(yè)壟斷。

5)全球重要的姿勢識別發(fā)明人主要有Timothy Pryor等。

Timothy Pryor 目前擁有274件專利申請，其專利曾轉讓給很多公司，如蘋果、Hewlett-Packard Development Company、MotionGames、Sensor Adaptive Machines Incorporated等。目前，Timothy Pryor的24件姿勢識別專利中仍有重要的專利尚未轉讓。

[1] CVIA/ZNDS01—2014，智能電視機總規(guī)范[S].2014.

[2] 大衛(wèi)·蓋爾.姿勢識別技術及其未來[J]中國計算機協(xié)會通信，2005，1(1)：58-62.

[3] 手勢識別功能智能機被看好 2017年或達6億部[EB/OL].[2014-10-16].http：//www.cctime.com/ html/2012-7-16/2012715210496317.htm.

[4] CVIA/ZNDS04—2014，人機交互技術規(guī)范[S].2014.

[5] 門樂，呂淼，胡澤，等.智能電視手勢操作技術的專利分析[J].電視技術，2013，37(S2)：6-7.

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[9] 康凱，李熙.智能電視手勢遙控技術重要發(fā)明人分析[J].電視技術，2013，37(18)：34-36.

劉振宇(1976— )，本科，工程師，主要研究方向為專利分析、情報研究；

管 泉(1964— )，本科，高級工程師，研究方向為科技發(fā)展戰(zhàn)略研究；

劉 瑾(1972— )，女，本科，高級工程師，研究方向為情報研究；

趙 霞(1966— )，女，本科，研究員，研究方向為專利分析。

責任編輯：時 雯

Analysis of Global Posture Recognition Patent of Smart TV

LIU Zhenyu，GUAN quan，LIU Jin，ZHAO Xia

(QingdaoInstituteofScientificandTechnicalInformation，ShandongQingdao266003，China)

Using the analysis tools， such as TDA，Innography etc，the profiles of Global patent of gesture recognition of Smart TV are analyzed and studied based on Derwent Innovations Index(DII)，including overall development trends，global patent market layout，publication country and priority country geographic distributions，Hot technology， cutting-edge technology， Important patent，innovation teams，and so on. It can help enterprises to understand the development trend of the gesture recognition technology of smart TV and its main competitors，and provide reference for the cooperation and research of gesture recognition technology，and the development of smart TV industry.

smart TV；gesture recognition；posture recognition；patent analysis；derwent innovations index

青島市知識產(chǎn)權局項目(2013Z-08)

TP29;TN94

A

10.16280/j.videoe.2015.18.006

2014-11-24

【本文獻信息】劉振宇，管泉，劉瑾，等.全球智能電視姿勢識別專利分析[J].電視技術,2015，39(18).