楊欣怡 李雙

摘 要：智能電視具有操作系統(tǒng)，支持第三方應(yīng)用資源實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，支持多網(wǎng)絡(luò)接入功能，具備人機(jī)交互、與其他智能設(shè)備進(jìn)行交互等。隨著計算機(jī)視覺的發(fā)展和人機(jī)交互的需要，手勢識別研究取得了蓬勃的發(fā)展，通過手勢識別對智能電視進(jìn)行控制和操作，能夠更輕松、高效地使用電視設(shè)備。文章利用專利數(shù)據(jù)庫對智能電視手勢識別技術(shù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，對該領(lǐng)域的專利申請趨勢等情況做了歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：智能電視；手勢識別；發(fā)展?fàn)顩r；專利

中圖分類號：T-18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0011-03

Abstract： Intelligent TV has the operating system， which supports the third party application resources to realize the function expansion， supports the multi-network access function， has the man-machine interaction， and carries on the interaction with other intelligent devices. With the development of computer vision and the need of human-computer interaction， the research of gesture recognition has made great progress. By controlling and operating intelligent TV through gesture recognition， one can more easily and more efficiently use TV equipment. This paper makes use of patent database to analyze the data of intelligent TV gesture recognition technology， and summarizes the trend of patent application in this field.

Keywords： intelligent TV； gesture recognition； development status； patent

引言

電視是家庭娛樂休閑必不可少的家用電器。如今，電視依然是最為普及的信息傳播載體，用戶在觀看普通節(jié)目的同時，還可以上網(wǎng)、娛樂等。從用戶的角度出發(fā)，通過自然簡單、人性化的方式完成交互，無疑是用戶完成電視操作的最佳方式。而手勢具有直觀、自然、豐富的特點(diǎn)，是一種符合人們?nèi)粘Ａ?xí)慣的交互手段，是表達(dá)信息和特定意圖的良好載體，由于手勢具有上述特性，因此在對智能電視進(jìn)行操控中得到了良好的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了對智能電視自然靈活地操作。

1 基于手勢識別的智能電視控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)分析

1.1 技術(shù)分解

本文通過檢索獲得的專利申請進(jìn)行統(tǒng)計分析，對基于手勢識別的智能電視控制所涉及的具體技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分解。

根據(jù)手勢采集設(shè)備可以將手勢識別系統(tǒng)大致分為基于數(shù)據(jù)手套和基于視覺的兩種手勢識別系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)手套通過多個傳感器反饋各關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)，并通過位置跟蹤器返回人手所在的三維坐標(biāo)，從而獲取手勢在三維空間中的位置信息和手指的運(yùn)動信息。通過數(shù)據(jù)手套可以直接獲取人手在三維空間中的位置和運(yùn)動參數(shù)，數(shù)據(jù)精度高，但數(shù)據(jù)手套的不足是設(shè)備較為昂貴，長時間佩戴時手部出汗等會造成用戶體驗不佳。而基于視覺的手勢識別系統(tǒng)，通過攝像頭采集用戶的手勢信息，從圖像中提取手勢特征，識別出相應(yīng)的手勢，用戶無需佩戴額外的設(shè)備，可以直接與智能電視進(jìn)行交互，降低了輸入設(shè)備的成本，對用戶的限制較少，但從圖像中識別手勢具有一定的難度。

1.2 主要應(yīng)用場景

經(jīng)過對檢索文獻(xiàn)的分析可以發(fā)現(xiàn)，手勢識別在智能電視的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在對智能電視進(jìn)行常見功能的控制、游戲娛樂以及基于手勢的視頻推薦這三個方面。通過手勢可以簡單的實(shí)現(xiàn)遙控器的基本功能，例如開關(guān)機(jī)、音量調(diào)節(jié)，換臺等；在游戲娛樂方面，通過手勢參與視頻游戲，增加了用戶的體驗度，豐富了游戲的形式，有利于提高用戶參與互動的熱情，增加游戲的樂趣，使體驗變得流暢自然；此外，通過用戶表情與手勢的識別，判斷用戶的偏好，例如豎起大拇指的手勢表示對某一正在觀看的節(jié)目類型的喜愛，并根據(jù)獲取的用戶偏好向用戶推薦相適應(yīng)的資源節(jié)目，生成相應(yīng)的EPG菜單供用戶選擇，能夠人性化地實(shí)現(xiàn)節(jié)目推薦。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2.1 全球相關(guān)技術(shù)申請量年趨勢

相關(guān)技術(shù)的專利從1998年開始出現(xiàn)，由于識別技術(shù)要求較高，且硬件成本相對較高，期初發(fā)展較為緩慢，相關(guān)專利的申請量較少。但隨著后續(xù)識別技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，識別精度逐漸能夠滿足對各種操作的需求，且隨著人們對類似手勢控制的簡單化交互的需求的不斷增長，不斷有科研力量投入到這一領(lǐng)域，隨著越來越多的申請人加入了該領(lǐng)域，該技術(shù)從2009年到2014年得到了迅速發(fā)展，申請量增長較快，由此呈現(xiàn)了逐年增長的發(fā)展趨勢，保持了較高的發(fā)展水平，有較大的發(fā)展空間，總體而言，基于手勢的智能電視交互從出現(xiàn)以來，發(fā)展迅速，得到了較好的發(fā)展。此外，從圖2可以看出，在基于手勢的智能電視交互技術(shù)領(lǐng)域，美國受理的申請量最多，其次是中國、日本、韓國、歐洲和臺灣。可見，美國和中國在這一領(lǐng)域具有最大的消費(fèi)潛力。

2.2 各技術(shù)分支的發(fā)展情況

經(jīng)過對各申請的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，由于基于視覺的識別技術(shù)具有較大的優(yōu)勢，其只需要根據(jù)需要設(shè)置一個或多個攝像頭，通過獲取的用戶圖像中的手勢來進(jìn)行各種操作，而不需要多個傳感器用于識別用戶手勢，因此在各個時期基于視覺的手勢識別技術(shù)的智能電視交互技術(shù)方面的專利申請量都優(yōu)于基于輔助設(shè)備如數(shù)據(jù)手套的專利申請量。全部專利申請中，基于視覺的手勢識別占到了總數(shù)的74%，而基于數(shù)據(jù)手套的手勢識別方法多出現(xiàn)于早期的手勢識別以及視頻游戲領(lǐng)域。從發(fā)展階段上看，1999年之前專利申請主要集中通過各種技術(shù)識別手勢以實(shí)現(xiàn)對電視基本功能的調(diào)節(jié)，而其他運(yùn)用發(fā)展相對較為滯后，1999年之后，基于手勢識別的視頻游戲的申請量開始出現(xiàn)，并呈現(xiàn)出增值的趨勢，此外，隨著技術(shù)的發(fā)展和人們對更多個性化播放的需求和其他功能多樣化的需求，又出現(xiàn)了通過手勢識別用戶偏好的個性化播放技術(shù)方面的專利申請以及其他方面的申請，申請量都出現(xiàn)了逐年上升的趨勢。

3 技術(shù)演進(jìn)及核心專利分析

3.1 技術(shù)發(fā)展演進(jìn)路線

通過對基于手勢識別的智能電視交互技術(shù)的專利技術(shù)進(jìn)行檢索分析，得到了該領(lǐng)域的發(fā)展路線。從相關(guān)的圖中可以看出早期專利申請主要涉及對智能電視的基本功能的控制，如換臺、音量調(diào)節(jié)等，涉及到的手勢識別技術(shù)最早包括基于由傳感器組成的可穿戴設(shè)備的識別技術(shù)及基于視頻的手勢識別技術(shù)，再往后發(fā)展涉及到的基于可穿戴設(shè)備的識別技術(shù)較少，主要涉及基于各種基于視覺的手勢識別技術(shù)；此外，基于手勢識別的視頻游戲的發(fā)展也較早，由于手勢控制游戲操作性強(qiáng)，可以為用戶帶來不一樣的體驗，因此，這方面的技術(shù)也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步。另外，隨著智能電視功能的不斷發(fā)展，逐漸產(chǎn)生了其他的應(yīng)用，如基于手勢的個性化視頻推薦、基于手勢的用戶身份識別、基于手勢軌跡的文字輸入等。可見，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，基于手勢識別的智能電視交互的應(yīng)用領(lǐng)域得到了不斷的擴(kuò)展，用戶參與度得到了提高，在方便操作的基礎(chǔ)上體驗也更加豐富。

3.2 核心專利分析

核心專利的選取參考了被引用數(shù)量及同族數(shù)量的排序，分別就識別技術(shù)及主要應(yīng)用場景選取了幾篇專利進(jìn)行分析。

（1）基于識別技術(shù)分支的核心專利

US1998103905A是惠普公司于1998提出的一個申請，通過可穿戴的設(shè)備識別手勢命令。其通過不同手勢及手勢持續(xù)的時間來定義手勢命令，即通過獲取手勢的位置、位置變化的時間間隔獲取手勢對應(yīng)的不同指令。該可穿戴手勢指令識別裝置可以佩戴在手背，以便于檢測腕部及前臂的運(yùn)動和轉(zhuǎn)動，因此各位置的手勢命令可以容易地提交到該可穿戴設(shè)備，不用借助按鍵和其他選項，就可以通過手指發(fā)送手勢命令。

此外，在通過基于運(yùn)動傳感器的可穿戴式設(shè)備進(jìn)行手勢識別的基礎(chǔ)上，有大量專利對這一技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。例如，利用生物電流的方法。具體的，做某種手勢時，相應(yīng)的肌肉會產(chǎn)生微弱的生物電流，因此通過檢測肌肉電流的變化，配合其他傳感器檢測的加速度和角度數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理檢測出手指、手掌、手腕、手臂的運(yùn)動，可以提高手勢識別的精度，為用戶提供更好的體驗。另外，還發(fā)展出了基于雷達(dá)的手勢識別裝置，這些技術(shù)和設(shè)備可以使得實(shí)現(xiàn)大量手勢并且通過穿戴式雷達(dá)系統(tǒng)使用這些手勢。替代地，可以使用穿戴式雷達(dá)系統(tǒng)來控制其他計算設(shè)備和與其他計算設(shè)備交互，諸如接收簡單或非常復(fù)雜的手勢，用戶不必觸摸遠(yuǎn)程觸摸屏或旋鈕或按鈕，產(chǎn)生用于游戲控制器的大的身體運(yùn)動，或控制聲音系統(tǒng)接收器來調(diào)整音量。可見，基于穿戴式的手勢識別的智能電視的交互技術(shù)雖然占總申請量的比例較小，但是并沒有由于其固有的如設(shè)備成本等問題而被淘汰，而是得到了不斷的發(fā)展，提高了用戶使用的舒適度與操作的精度。

此外，也有大量對基于視覺的手勢識別的智能電視交互技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展，主要涉及基于視覺的手勢識別技術(shù)的優(yōu)化，例如手勢圖像采集技術(shù)從2D圖像的手勢識別發(fā)展到基于3D圖像的手勢識別，手勢的檢測和分析方法涉及到基于運(yùn)動信息的檢測分割、基于表觀特征的檢測分割、基于多模式的信息的檢測分割等技術(shù)；手勢識別涉及到基于模板匹配、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于概率統(tǒng)計等多種方法以及對上述已有方法的改進(jìn)。

（2）基于主要應(yīng)用領(lǐng)域分支的核心專利

a.基本控制及視頻游戲

US2003156756A1為2003年申請的一項專利，涉及一種三維手勢識別系統(tǒng)，利用深度感知傳感器識別手勢以實(shí)現(xiàn)電視基本功能的控制以及游戲操作。本申請通過識別對象的移動作為電子設(shè)備或系統(tǒng)，例如電視、游戲控制臺的輸入，系統(tǒng)檢測用戶的手指的相對位置，并解釋手的運(yùn)動以作為電子設(shè)備的輸入。通過深度圖像消除背景和照明變化的影響，手勢識別系統(tǒng)包括三維傳感器系統(tǒng)、分割模塊、體位模塊和分類模塊，此外還包括姿態(tài)表現(xiàn)模塊以提供作為可選的手勢特征。通過上述各模塊檢測手部在特定區(qū)域內(nèi)的移動，可以通過檢測和解析獲取的手勢姿態(tài)改變參數(shù)動態(tài)地創(chuàng)建可作為電視遙控指令或轉(zhuǎn)換為游戲中的動作。

b.基于手勢的個性化播放

US2005022239A1為于2004年提出的一項專利，涉及一種用于推薦媒體內(nèi)容的系統(tǒng)，包括反饋系統(tǒng)，用于處理估計用戶反饋分?jǐn)?shù)的可靠性得分，通過將當(dāng)前的得分用于檢索以后用于推薦的媒體內(nèi)容；該系統(tǒng)還包括輸入裝置，用于評級媒體系統(tǒng)呈現(xiàn)的媒體內(nèi)容，輸入裝置可以進(jìn)一步包括輸入的語音的麥克風(fēng)或者獲取的手勢的攝像機(jī)識別裝置。反饋可以通過類似將大拇指輸入到媒體系統(tǒng)以標(biāo)識用戶偏好，例如喜歡、厭惡、既不喜歡也不討厭，通過用戶反饋可以獲取實(shí)際觀看內(nèi)容的評分用于向用戶推薦適合用戶偏好的媒體內(nèi)容。即實(shí)現(xiàn)了通過攝像機(jī)等組成的手勢識別系統(tǒng)識別的手勢以判斷用戶偏好，并根據(jù)用戶偏好向用戶推薦相應(yīng)的媒體內(nèi)容。

c.其他應(yīng)用領(lǐng)域

基于手勢識別的智能電視交互在其他方面也得到了發(fā)展，例如在智能電視中通過手勢實(shí)現(xiàn)文字輸入；通過智能電視進(jìn)行購物時，通過手勢識別鑒別用戶登錄權(quán)限；用戶通過智能電視進(jìn)行試衣時，通過手勢控制顯示的衣物的替換等。

我們有理由相信，隨著智能電視功能的不斷發(fā)展和進(jìn)步，基于手勢的智能電視交互也一定會隨著智能電視的發(fā)展而不斷充實(shí)其應(yīng)用領(lǐng)域，為用戶提供更多的方便。

4 結(jié)束語

本文梳理了基于手勢識別的智能電視交互技術(shù)的各技術(shù)分支及各應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展情況，并對該領(lǐng)域的核心專利進(jìn)行了解析，有助于審查員全面了解有關(guān)技術(shù)的基本發(fā)展態(tài)勢，對審查工作有一定的幫助。

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