鄧清清
摘 要:隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)在實(shí)現(xiàn)人機(jī)互換的過程中占據(jù)著越來越重要的作用。其中,通過先進(jìn)的技術(shù)手段,逐漸脫離了傳統(tǒng)中的鍵盤、包括鼠標(biāo)等。本文主要以專利數(shù)據(jù)為分析樣本,從專利文獻(xiàn)的視角對(duì)多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了全面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及分析,總結(jié)了與多點(diǎn)觸控技術(shù)相關(guān)的國(guó)內(nèi)外專利的申請(qǐng)趨勢(shì)﹑本領(lǐng)域的主要申請(qǐng)人分布以及重要技術(shù)分支。并以蘋果公司為突破口對(duì)多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展路線做了一定的分析。
關(guān)鍵詞:多點(diǎn)觸控;手勢(shì)識(shí)別;電容
1 多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)概述
最近隨著蘋果手機(jī)等多款智能機(jī)的興起,各種各樣的多點(diǎn)觸控移動(dòng)終端逐漸浮出水面,在整個(gè)市場(chǎng)運(yùn)作中占據(jù)著越來越重要的作用。多點(diǎn)觸控技術(shù)的推廣,促使了移動(dòng)終端使用者可以進(jìn)行各式各樣的操作方法,方便、快捷。最要的是,整個(gè)過程的發(fā)展速度非常迅猛。
1.1 電容式觸控技術(shù)
移動(dòng)終端都是通過觸摸屏來收集觸控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別。觸摸屏按其技術(shù)原理可分為五類:電阻方式﹑光電方式﹑電容方式﹑聲波方式及其他方式。從產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)看,目前研究和應(yīng)用較多的觸控技術(shù)主要基于電容方式,與其相關(guān)的專利申請(qǐng)量也最大。
1.2 電容式多點(diǎn)觸控技術(shù)
基于電容方式實(shí)現(xiàn)的多點(diǎn)觸控技術(shù)包括手勢(shì)識(shí)別和多個(gè)觸摸位置識(shí)別。手勢(shì)識(shí)別即兩個(gè)手指觸摸時(shí),可以識(shí)別到這兩個(gè)手指的運(yùn)動(dòng)方向,但還不能判斷出具體位置,可以進(jìn)行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等操作?,F(xiàn)有的基于投射電容的手勢(shì)識(shí)別通常只能區(qū)別兩個(gè)手指對(duì)象形成的手勢(shì)。
多點(diǎn)觸控位置識(shí)別可以檢測(cè)到多于兩個(gè)手指(例如雙手十個(gè)手指)同時(shí)觸摸,也允許其他非手指觸摸形式,其可具體確定各觸點(diǎn)的位置。多點(diǎn)觸控位置識(shí)別檢測(cè)的是X/Y方向電極之間的耦合電容的變化(即互電容變化)。另外,多點(diǎn)觸控位置識(shí)別和簡(jiǎn)單的手勢(shì)識(shí)別的重要差別之一在于掃描方式不同,在多點(diǎn)觸控位置識(shí)別中,每行和每列交叉點(diǎn)都需單獨(dú)掃描檢測(cè),掃描次數(shù)是行數(shù)和列數(shù)的乘積,而簡(jiǎn)單手勢(shì)識(shí)別中掃描次數(shù)是行數(shù)和列數(shù)之和。
2 多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)專利申請(qǐng)整體狀況
本節(jié)主要對(duì)全球的專利申請(qǐng)狀況的趨勢(shì)進(jìn)行分析,從中得到技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。
2.1 國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r
國(guó)外多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的專利申請(qǐng)趨勢(shì),大致分為三個(gè)時(shí)期,各時(shí)期劃分以申請(qǐng)量增長(zhǎng)率的變化為標(biāo)準(zhǔn)。
2.1.1 萌芽階段(2004年之前)
上世紀(jì)九十年代該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展屬于從無到有的萌芽階段。在該階段,有關(guān)多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的專利申請(qǐng)非常少。最早辛納普蒂克斯有限公司于1996年申請(qǐng)的“具有邊緣移動(dòng)特性和動(dòng)作識(shí)別的目標(biāo)位置檢測(cè)器”,其公開了用于識(shí)別由一個(gè)傳導(dǎo)性目標(biāo)在一個(gè)觸摸檢測(cè)器墊所作的動(dòng)作并用于光標(biāo)移動(dòng)的方法,在可疑的動(dòng)作器件通過分析出該傳導(dǎo)性目標(biāo)在檢測(cè)器墊上的位置,壓力和移動(dòng)可以識(shí)別輕擊,拖動(dòng),推壓,延長(zhǎng)的拖動(dòng)和可變的拖動(dòng)動(dòng)作,并且傳送表達(dá)出現(xiàn)這些動(dòng)作的信號(hào)給主計(jì)算機(jī)。
2.1.2 平穩(wěn)增長(zhǎng)階段(2004年-2006年)
從2004年開始,有關(guān)多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別的申請(qǐng)量增多,蘋果公司于2005年4月26日申請(qǐng)的“多點(diǎn)觸摸屏”,該技術(shù)使得觸摸屏能夠用于識(shí)別觸摸屏的觸摸敏感表面上不同位置處同時(shí)發(fā)生的多個(gè)觸摸操作,即觸摸屏能夠同時(shí)跟蹤多個(gè)接觸點(diǎn),這使得多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別成為可能。
2.1.3 快速增長(zhǎng)階段(2007年-2013年)
從2007年開始,有關(guān)多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別的申請(qǐng)量大幅增多,蘋果公司還積極在三維手勢(shì)識(shí)別技術(shù)方面進(jìn)行研究,第一種是利用近距離傳感器和觸摸屏以三維形式記錄手勢(shì);另一種是基于可以通過動(dòng)作傳感器進(jìn)行識(shí)別的直觀物理學(xué)隱喻手勢(shì)。用戶可以在iPhone手機(jī)屏幕上整理目標(biāo)文件,然后將文件“倒入”平板電腦之中,以實(shí)現(xiàn)iPhone和iPad之間的文件傳輸。蘋果公司的專利US2007268275 A1公開了一種同步追蹤多個(gè)手指和手掌接觸的各種儀器和方法,探測(cè)手在一個(gè)接近感測(cè)、多點(diǎn)觸控表面的觸碰與滑動(dòng)。憑借著對(duì)直觀的手勢(shì)形狀和動(dòng)作的識(shí)別和歸類,這項(xiàng)技術(shù)可以前所未有地在一個(gè)多用途人體工學(xué)電腦輸入設(shè)備上整合打字、靜止、點(diǎn)擊、滑動(dòng)、三維操作以及手寫等多項(xiàng)功能。
雖然多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)最早起源于美國(guó),但隨著技術(shù)的發(fā)展,中國(guó)作為發(fā)展國(guó)家,也成為這個(gè)領(lǐng)域的后起之秀,專利申請(qǐng)量占據(jù)了世界18%的份額,緊跟美國(guó)之后。此外,臺(tái)灣、歐洲、韓國(guó),日本這些地區(qū)的多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)也有著不錯(cuò)的發(fā)展。
從相關(guān)數(shù)據(jù)看出蘋果公司作為一個(gè)領(lǐng)域的國(guó)際化的大公司,起到領(lǐng)頭羊的作用,而中國(guó)雖然在這個(gè)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量也比較大,但是可以發(fā)現(xiàn)較為發(fā)散,沒能像國(guó)外那樣形成強(qiáng)有力的大型企業(yè),對(duì)于國(guó)內(nèi)部分小型公司。
2.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r
國(guó)內(nèi)多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的專利趨勢(shì),大致分為兩個(gè)時(shí)期,各時(shí)期劃分以申請(qǐng)量增長(zhǎng)率的變化為標(biāo)準(zhǔn)。
2.2.1 穩(wěn)步發(fā)展(2009年之前)
在2009年之前多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)在中國(guó)大陸和臺(tái)灣還屬于一個(gè)穩(wěn)步發(fā)展的階段,專利申請(qǐng)量有一定的增長(zhǎng)。臺(tái)灣作為這個(gè)領(lǐng)域的龍頭企業(yè),義隆電子股份有限公司于2006年12月27日申請(qǐng)的“電容式觸控板的多物件檢測(cè)方法”,其公開了由至少一預(yù)設(shè)時(shí)間來辨別是噪音的干擾或是物件在觸控板上的操作,以正確判斷物件觸碰或離開該觸控板,進(jìn)而準(zhǔn)確地檢測(cè)各種不同手勢(shì)的操作。
2.2.2 快速增長(zhǎng)階段(2009年—2013年)
在2009年之后多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)快速增長(zhǎng)階段,專利申請(qǐng)量有快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。其中最早涉及的標(biāo)記性的文獻(xiàn)是比亞迪股份有限公司申請(qǐng)的“觸控手勢(shì)識(shí)別方法和裝置”,其公開了一種觸控板手勢(shì)識(shí)別方法,包括以下步驟:設(shè)定時(shí)間范圍和計(jì)數(shù)范圍;接收所述時(shí)間范圍內(nèi)的輸出波形;計(jì)算所述輸出波形中的高電平個(gè)數(shù);根據(jù)所述高電平個(gè)數(shù)進(jìn)行各種手勢(shì)的識(shí)別判定。
如圖1所示的是多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)和各個(gè)省份或城市的分布情況,其中可以看出,臺(tái)灣占據(jù)了大量的專利申請(qǐng)量,而深圳﹑東莞也是這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的主要的專利申請(qǐng)的城市,一些新興的企業(yè)都位于這些沿海城市。查閱其申請(qǐng)文件,其技術(shù)還是明顯落后于國(guó)外某些大型國(guó)際企業(yè),如蘋果,技術(shù)的創(chuàng)新是國(guó)內(nèi)企業(yè)需要學(xué)習(xí)也是不容忽視的地方。
圖2為多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的國(guó)內(nèi)及臺(tái)灣的主要申請(qǐng)人??梢钥闯觯瑖?guó)內(nèi)企業(yè)的專利申請(qǐng)占領(lǐng)了大部分,高效申請(qǐng)量比較少。更有像比亞迪這種汽車行業(yè)公司也積極地參與其中,也說明了觸控領(lǐng)域在汽車領(lǐng)域發(fā)展也比較迅猛。
2.3 蘋果公司的相關(guān)專利申請(qǐng)的技術(shù)路線
與基于數(shù)據(jù)手套和機(jī)器視覺的手勢(shì)有所不同,移動(dòng)終端領(lǐng)域中的觸摸手勢(shì)是一個(gè)二維手勢(shì)。在移動(dòng)終端多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)中,可以將二維手勢(shì)分為:觸點(diǎn)手勢(shì)、指點(diǎn)手勢(shì)和自然手勢(shì)。
觸點(diǎn)手勢(shì)也就是觸點(diǎn)軌跡動(dòng)作所包含的手勢(shì)含義,由于其實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單,手勢(shì)定義更加直觀,其在移動(dòng)終端領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。指點(diǎn)手勢(shì)通過將手指操作的動(dòng)作映射為手勢(shì)動(dòng)作,如輕敲,滑動(dòng),或兩指分開等,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)終端的控制和操作。自然手勢(shì)能夠通過表征性動(dòng)作來表達(dá)想法和預(yù)期的命令,與使用者的思維習(xí)慣更加接近,用戶界面更加符合自然規(guī)律,更為直觀高效,但是由于該類手勢(shì)動(dòng)作定義和識(shí)別的復(fù)雜性,涉及對(duì)手勢(shì)含義的理想描述和解析,實(shí)現(xiàn)具有較大的困難,目前在移動(dòng)終端領(lǐng)域中還無法完美實(shí)現(xiàn),是多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)重要的發(fā)展趨勢(shì)。
對(duì)于多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù),蘋果公司掌握了大量涉及重要技術(shù)的基礎(chǔ)專利,同時(shí)也在不斷進(jìn)行新技術(shù)的研發(fā),其研究熱點(diǎn)也在一定程度上代表了該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。下面以蘋果公司為突破口,分析多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展路線。
圖3是蘋果公司的有關(guān)多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別的相關(guān)專利申請(qǐng)的技術(shù)路線,其研究領(lǐng)域后來主要分布在指點(diǎn)手勢(shì)和自然手勢(shì)的識(shí)別上。
其中最早涉及觸點(diǎn)手勢(shì)識(shí)別的標(biāo)志性文獻(xiàn)是CN103365595A,該文獻(xiàn)公開涉及用于觸敏輸入設(shè)備的手勢(shì),尤其是公開了一種處理觸擊輸入的方法和系統(tǒng),該發(fā)明的一個(gè)方面包括從多點(diǎn)感測(cè)設(shè)備讀取數(shù)據(jù),所述數(shù)據(jù)涉及對(duì)于所述多點(diǎn)感應(yīng)設(shè)備的觸擊輸入,并且來自所述多點(diǎn)感應(yīng)設(shè)備的觸點(diǎn)軌跡數(shù)據(jù),識(shí)別至少一個(gè)多點(diǎn)手勢(shì)。
最早涉及指點(diǎn)手勢(shì)識(shí)別的標(biāo)志性文獻(xiàn)是CN101609383 A,該文獻(xiàn)公開了一種操作電子設(shè)備的方法,該方法包括檢測(cè)在所述電子設(shè)備的電容型觸摸敏感表面上的觸摸,其中觸摸姿態(tài)包括一個(gè)或多個(gè)輕敲姿態(tài),也可以是滑動(dòng)觸摸,所述觸摸由所述電容型觸摸敏感表面的下面的一個(gè)或多個(gè)電容型觸摸傳感器來檢測(cè)。
最早涉及自然手勢(shì)識(shí)別的標(biāo)志性文獻(xiàn)是WO2010002487A1,該文獻(xiàn)公開了一種手持多功能裝置和方法。這個(gè)手持設(shè)備檢測(cè)一系列的一個(gè)或多個(gè)手指拖拉,離開等各種復(fù)雜的手勢(shì)。
3 總結(jié)
本文以專利文獻(xiàn)為樣本,分析了多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)趨勢(shì),以及主要申請(qǐng)人等。并以蘋果公司為突破口分析了這一技術(shù)的發(fā)展路線。通過以上分析,使得對(duì)于該領(lǐng)域的歷史發(fā)展路程以及現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。
基于如上的分析過程可以看出,從整體上分析多點(diǎn)觸控手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的動(dòng)態(tài)更新技術(shù)來看,在經(jīng)歷了從上世紀(jì)90年代至本世紀(jì)初的幾年之間的從無到有﹑從萌芽到飛速發(fā)展的階段之后,這些技術(shù)都逐步走向了成熟,而且在這過程中一些世界一流的企業(yè)如蘋果等均走在前列,它們的一些相關(guān)專利申請(qǐng)奠定了該技術(shù)領(lǐng)域的一些基礎(chǔ),技術(shù)的創(chuàng)新水平較高,從它們的被引用次數(shù)中也可以間接的反映出來。與此對(duì)應(yīng),國(guó)內(nèi)的相關(guān)專利申請(qǐng)雖然隨著近幾年的快速發(fā)展而呈現(xiàn)出勢(shì)頭較猛的追趕趨勢(shì),導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)數(shù)量有了較大幅度的提升,但是在質(zhì)量方面還需要提高。