摘 要：人機(jī)交互的用戶體驗(yàn)度一直是研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)，利用頭部跟蹤、視覺(jué)跟蹤、手戴式裝置、神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)檢測(cè)的人體交互方式將會(huì)更加便捷與自然。文章對(duì)國(guó)內(nèi)外人體交互裝置的相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，對(duì)該領(lǐng)域的重要申請(qǐng)人以及重要專利進(jìn)行詳細(xì)的闡述，最后對(duì)人機(jī)交互的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：人機(jī)交互；頭部跟蹤；視覺(jué)跟蹤；手戴式裝置；神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)檢測(cè)

1 人體交互裝置概述

人機(jī)交互（Human-computer Interaction， HCI）是一種人與計(jì)算機(jī)之間的信息交互技術(shù)，由ACM（美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)）人機(jī)交互專門(mén)興趣小組SIGCHI提出[1]。早期人機(jī)交互裝置如操作桿、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸板等存在交互不夠便捷自然、移動(dòng)性不強(qiáng)、體驗(yàn)度低等缺陷[2]。隨著圖像處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)的興起與發(fā)展，大批科研人員開(kāi)始關(guān)注基于肢體運(yùn)動(dòng)的人機(jī)交互方式。利用操作者的頭部、眼部、腕部或肌電信號(hào)等控制操作對(duì)象已經(jīng)成為人體交互裝置的重要發(fā)展趨勢(shì)。因此，對(duì)人體交互裝置相關(guān)專利進(jìn)行詳細(xì)的分析和總結(jié)，將有助于了解本領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，引導(dǎo)科研人員的研究方向。

2 專利的整體情況分析

文章的專利數(shù)據(jù)檢索以SIPOABS數(shù)據(jù)庫(kù)中截止到2015年12月31日已受理的公開(kāi)專利數(shù)據(jù)。圖1顯示了SIPOABS數(shù)據(jù)庫(kù)中人體交互裝置領(lǐng)域的專利申請(qǐng)年度分布圖?？梢钥闯?，2000至2005年間，人體交互裝置專利申請(qǐng)量處于平穩(wěn)階段；這段時(shí)間內(nèi)傳感器、圖像處理等技術(shù)的不斷成熟為人體交互裝置的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)，2006年以后的專利申請(qǐng)量進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段，2013年專利申請(qǐng)量達(dá)到最大值。由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究熱點(diǎn)不斷升溫，導(dǎo)致2014年以后人體交互裝置的年申請(qǐng)數(shù)量出現(xiàn)一定程度的回落。

從圖2顯示了本領(lǐng)域重要申請(qǐng)人，日本索尼公司專利申請(qǐng)量排名第一。美國(guó)的微軟、谷歌、英特爾、蘋(píng)果，中國(guó)的聯(lián)想，韓國(guó)的三星和LG也有大量的申請(qǐng)。

3 本領(lǐng)域重要專利分析

基于頭部跟蹤的輸入裝置主要利用傳感器進(jìn)行面部識(shí)別，從而感測(cè)到頭部的運(yùn)動(dòng)而生成相應(yīng)的指令。微軟在2003提交了申請(qǐng)?zhí)枮閁S20030452783的專利，提出了一種根據(jù)估計(jì)的頭部姿勢(shì)跟蹤用戶的關(guān)注區(qū)域的方法。隨后三星提交了申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410539366的專利，針對(duì)手戴式穿戴設(shè)備在進(jìn)行操作時(shí)需要同時(shí)用到兩只手才能實(shí)現(xiàn)輸入的缺陷，提出了一種通過(guò)采集佩戴者頭部的運(yùn)動(dòng)或腕部的移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)便攜式設(shè)備進(jìn)行輸入控制的方法。聯(lián)想在2015年提交了申請(qǐng)?zhí)枮镃N201510093083的專利，該申請(qǐng)利用用戶頭部發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和環(huán)境空間信息，從而獲取用戶頭部發(fā)生運(yùn)動(dòng)之后的位置信息，有效解決了傳感器誤差導(dǎo)致頭部追蹤結(jié)果不準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題。

視覺(jué)跟蹤是指對(duì)圖像序列中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、提取、表達(dá)和識(shí)別，然后獲得關(guān)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如位置、速度、加速度及其運(yùn)動(dòng)軌跡，在通過(guò)進(jìn)一步的處理與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)行為理解從而完成更高一級(jí)的任務(wù)[3，4]。索尼在2004年提出了申請(qǐng)?zhí)枮镴P2004012577的專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)基于用戶視點(diǎn)控制圖像的清晰度，在確保用戶能使識(shí)別所顯示內(nèi)容的同時(shí)能使非使用者的第三人難以容易地看到所顯示的內(nèi)容。隨后，聯(lián)想公司和Intel公司分別進(jìn)行了專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)柗謩e為：CN201210050728和CN201280073525），聯(lián)想公司的申請(qǐng)是通過(guò)用戶眼球的運(yùn)動(dòng)判斷是否需要切換電子終端的操作模式，Intel公司的申請(qǐng)主要是通過(guò)采集的視覺(jué)數(shù)據(jù)來(lái)部分地調(diào)節(jié)3D顯示屏到用戶的投影距離。

手戴式交互技術(shù)發(fā)展較早，在2003年三星公司提交了申請(qǐng)?zhí)朇N200380108059的專利，其通過(guò)檢測(cè)佩戴在手指運(yùn)動(dòng)的手指裝置來(lái)執(zhí)行三維操作輸入。LG公司的申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺篕R20130124741）是基于所接收手掌觸摸輸入來(lái)改變智能手表的狀態(tài)。努比亞公司的申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201510613668）是用于識(shí)別手勢(shì)動(dòng)作的手部穿戴件通過(guò)無(wú)線模塊關(guān)聯(lián)設(shè)備，從而取代桌面上移動(dòng)的鼠標(biāo)。由此可知，手戴設(shè)備與手勢(shì)有機(jī)的結(jié)合是該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)檢測(cè)的輸入裝置領(lǐng)域中通常采用腦電波（EEG）檢測(cè)、肌動(dòng)電流（EMG）檢測(cè)，皮膚活動(dòng)反應(yīng)檢測(cè)等手段。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)提出了申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910077155的專利，公開(kāi)了用于對(duì)信號(hào)采集模塊采集到的表面肌電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將調(diào)制后的表面肌電信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行發(fā)射并顯示相關(guān)內(nèi)容。

4 結(jié)束語(yǔ)

人機(jī)交互經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，其發(fā)展歷史是從人適應(yīng)計(jì)算機(jī)過(guò)渡到計(jì)算機(jī)適應(yīng)人的過(guò)程[5]。隨著移動(dòng)終端功能變得更加多樣化，終端可支持更加復(fù)雜的功能，基于頭部跟蹤、視覺(jué)跟蹤、手戴式輸入/輸出裝置、基于神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)檢測(cè)的輸入裝置等多樣化的人機(jī)交互方式在不久將來(lái)將會(huì)漸漸替代傳統(tǒng)的交互方式，其將在智能家居、教育、健康監(jiān)測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1]王平，等.淺談人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程與專利概貌[J].中國(guó)發(fā)明與專利，2013，5：39-43.

[2]董士海.人機(jī)交互的進(jìn)展及面臨的挑戰(zhàn)[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2004，16（1）：1-12.

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[5]趙罡，等.復(fù)雜產(chǎn)品虛擬裝配系統(tǒng)的人機(jī)交互技術(shù)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，35（2）：137-141.

作者簡(jiǎn)介：廖凌慧（1988，10-），女，漢族，研究生學(xué)歷，湖北省應(yīng)城人，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，專利審查員，研究方向：人機(jī)交互，虛擬現(xiàn)實(shí)，主要從事人機(jī)交互，虛擬現(xiàn)實(shí)方面的專利審查工作。