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1、图形用户界面交互中人脸识别技术应用的专利技术综述 罗畅 陈晨 国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心 摘 要： 图形用户界面是移动终端等电子设备与用户进行交互的图形化接口。为了突破手指与图形用户界面直接交互的束缚, 利用人脸识别技术进行图形界面交互, 以达到解放双手的目的, 已经逐步应用在一些配备有摄像头的终端设备上, 并显示出良好的用户体验。本文以国内外图形用户界面中人脸识别技术的专利文献为基础进行统计分析, 总结了图形用户界面中人脸识别技术的专利申请趋势、重要申请人、专利布局情况, 并解读了该技术的进展。关键词： 图形用户界面; 人脸识别; 交互; 专利分析; The Overview
2、of Patent Technology of Face Recognition Technology Applied to Graphical User InterfaceLUO Chang CHEN Chen Abstract： The graphical user interface is a graphical interface for the interaction of electronic devices such as mobile terminals with users.In order to break the bondage of the direct interac
3、tion between fingers and graphical user interface, face recognition technology has been gradually applied to some of terminals equipped with cameras.Using this technology for interacting with graphical can achieve the purpose of hands free and shows a good user experience.Based on domestic and forei
4、gn patent literature of face recognition technology applied to graphical user interface, this paper summarizes the patent application trend, important applicant and patent layout of face recognition technology applied to graphical user interface, and explains the technology progress.Keyword： graphic
5、al user interface; face recognition; interaction; patent analysis; 2017 年 7 月, 阿里巴巴的无人超市在杭州正式开业, 一场零售变革就此拉开序幕, 店里的众多“黑科技”成为其创新的驱动力, 带来一种新的购物体验, 这其中就包括人脸识别技术。顾客进入商店走到触摸屏桌面前, 桌面上的摄像头自动识别顾客身份, 桌面屏幕随即打开顾客的淘宝账号, 顾客即可快速进入购物状态, 这是图形用户界面中人脸识别技术的又一应用。近些年, 随着智能终端的普及, 智能终端价格不断走低、功能不断提升, 给每个人的生活都带来了变化。就最常见的手机而言
6、, 根据 Counterpoint 发布的手机市场出货量调查, 2017 年第二季度中国手机市场同比增长仅为 3%, 高增长的时代已经过去, 智能终端市场趋于饱和。与此同时, 市场的竞争也趋于白热化, 战场已由原来的硬件堆叠转向追求用户的操作体验。图形用户界面交互技术的初衷就是给用户带来更便捷、负担小的人机交互方式。通常用户使用手指与界面进行直接交互, 所见即所得的操作方式相比于物理按键方式极大地提升了交互效率。但是手指触摸的方式仍然具有局限性, 如操作繁琐、遮挡视线等, 因此, 需要一种用户操作负担更小的交互方式作为替代。人脸识别技术在一定程度上可以解放用户的双手, 同时, 有利于实现更加快
7、速的交互, 因而在图形用户界面交互领域中越来越受到重视。本文以专利信息为基础, 通过分析图形用户界面交互中人脸识别技术的相关技术和专利布局, 了解当前该技术的竞争格局以及国内的发展现状。一、图形用户界面交互中人脸识别技术的专利技术全球发展趋势1. 全球专利申请发展态势分析通过在德温特世界专利库中的检索, 并通过 CNABS 和 SIPOABS 数据库进行补充, 截至 2017 年 7 月, 共检索到相关专利 1100 篇, 并对检索结果进行分析。图 1是图形用户界面交互中人脸识别技术的全球专利申请量的趋势, 可以看出该技术起步较晚, 在 2005 年才开始出现相关的专利申请, 最早提出将人脸识
8、别技术应用于图形界面交互领域的是丰田公司 (申请号为 JP2005002968A) , 该申请是将这项技术应用在汽车显示界面中, 通过识别乘客面部来控制显示界面以确定是否为乘客提供合适的乘车环境;2005-2007 年, 年申请量在 20 件左右, 处于技术的积累阶段, 究其原因, 这与当时的图形界面交互技术还处于起步阶段有很大关系;随着摄像头进行人脸识别的应用不断推广以及图形界面交互技术的逐渐兴起, 图形用户界面交互中人脸识别技术作为二者的有机结合也进入了快速发展的时期, 因此, 从 2008 年开始全球申请量进入快速增长时期, 2014 年之后, 随着公开时间的滞后性, 申请量有所下降。2
9、008 年至今, 手机等移动终端经历了几次大变革, 图形界面交互技术已经成为各大厂商争夺用户的焦点, 而通过人脸识别技术来改进图形用户界面的交互方式提供了全新的交互体验, 因此, 在近几年越来越受到重视。在追求良好用户体验的图形界面交互技术中, 人脸识别可以大大减少人为手动交互的次数, 其提供了区别手指直接触摸交互的全新交互方式, 更加便利和快捷, 相信未来这项技术的申请量将会持续上升。图 1 图形用户界面交互中人脸识别技术的全球专利申请量 下载原图2. 区域分布分析图 2 表示的是图形用户界面交互中人脸识别技术在全球专利申请的区域分布情况。从图中可以看出, 美国 (US) 、日本 (JP)
10、和中国 (CN) 分别位于申请量的前三位, 这是由于美国和日本在电子产品消费领域一直处于领先地位, 拥有强大的研发实力, 而中国近些年随着智能终端快速发展, 国内本土的智能终端制造商不断加大对于图形用户界面领域的研发投入, 逐渐缩小与国外企业的差距。从图 2 中还可以清楚看出, 该技术的申请量主要集中在美国、日本、中国、世界知识产权组织、欧盟、韩国这 6 个国家和地区, 占全球总申请量的 91%, 说明该技术处于垄断发展的阶段。图 2 图形用户界面交互中人脸识别技术的全球专利申请的区域分布 下载原图图 3 对图形用户界面交互中人脸识别技术中专利技术来源国的情况进行分析, 可以看到技术来源国前三
11、名是日本 (JP) 、美国 (US) 、中国 (CN) , 而日本作为排名第一位的技术来源国, 其技术输出量远高于其他国家。这是由于人脸识别技术的关键还是在于图像技术, 而日本在摄像和图像处理领域一直处于全球领先的地位, 在拥有先天优势的情况下, 不难想象日本在图形界面交互领域中的人脸识别技术的发展占据绝对有利地位。图 3 图形用户界面交互中人脸识别技术的专利技术来源国分布 下载原图对比图 2 和图 3 可以看出, 排名前三位的国家虽然没有变化, 但是日本的全球专利申请量为 20%而技术来源国的占比上升到 39%, 与此同时, 美国和中国在技术来源国的占比中均有所下降, 可见, 日本企业在该技
12、术领域中最为活跃, 同时, 日本企业注重专利在全球的布局, 将中国和美国作为主要的专利布局市场。相比之下, 中国作为该技术领域的原创国占比有所减少, 中国在该技术领域的创新主体还需要加强海外的专利布局。此外, 韩国 (KR) 和日本一样是在技术来源国分布中占比出现上升的国家, 说明韩国企业在该领域中也具备相当的实力。二、图形用户界面交互中人脸识别技术中国专利申请状况1. 中国专利申请趋势以下的中文专利文献数据通过 CNABS 获得。图 4 是图形用户界面交互中人脸识别技术在中国的专利申请情况, 可以看出中国专利申请趋势与在全球申请趋势基本相同, 该技术领域是近 10 年才逐步发展, 相较于全球
13、申请情况, 起步略晚, 目前正呈现出快速发展的势头。虽然国外来华申请只占总申请量的 41%, 但是从历年的申请数据来看, 20072011 年国外申请人在中国的专利申请量多于国内申请人的专利申请量, 说明国外申请人在华专利布局较早, 国内的创新主体需要研究国外来华的技术方向, 做好防备专利侵权风险, 以及适当调整研发投入的方向。图 4 图形用户界面交互中人脸识别技术在中国的专利申请量及成分占比 下载原图2. 在华专利技术发展现状通过对专利文献的进一步分析, 按照人脸识别在图形用户界面交互领域的功能应用类型, 其主要划分为以下三类技术分支。(1) 人眼定位操作眼睛是脸部最容易实现控制的五官之一,
14、 并且视线往往能够反应用户的操作意图, 利用人眼定位对终端设备进行操作, 主要是通过识别人的视线来定位显示界面, 调整图形界面的显示方式, 免去了人为手动调节, 达到节省操作、提高效率的效果。例如, 控制界面的缩放比例、页面翻页、修正界面显示方向等。(2) 身份信息验证人脸作为人体重要的生物特征, 具有很好的安全性和用户认证体验。目前较为常见的身份信息验证方式有指纹识别和密码输入。输入密码的过程较为繁琐;指纹验证虽然方便, 但是受限于验证环境严格, 容易造成验证失败, 一般还需要在屏幕上提供专门的指纹验证区域, 这样就占用了屏幕显示的区域, 与提高屏占比的趋势背道而驰。因此, 可以利用人脸作为
15、验证信息, 有效避免上述两种方式的缺点, 从而成为一种新的进入设备权限的安全验证方式。例如, 解锁设备、验证用户。(3) 界面调整人脸反映了用户的特质, 如年龄、性别、情绪、方位等, 利用人脸的这些特质体现出用户对用户界面的操作需求, 从而调整界面的显示模式, 设计出体验良好和更加个性化的用户界面。相比传统风格单一的操作界面, 通过人脸识别技术来为不同的用户提供不同的操作界面, 从而满足用户个性化的操作需求。图 5 是以上三类技术分支在中国的专利申请的分布情况。可以看出人眼定位操作技术占比最多, 达到 47%, 而其他两类技术分支分别有 39%和 14%。图形用户界面交互中人脸识别技术的中国专
16、利申请主要集中在人眼定位操作和界面调整技术分支, 创新主体选择人眼定位操作和界面调整技术作为重点申请领域, 说明图形用户界面交互技术的发展热点目前集中在人眼交互技术和界面动态显示技术。2014 年三星公司推出的多款旗舰手机中均采用了人眼识别技术, 在提升用户操作体验上走在了行业前列。图 5 图形用户界面交互中人脸识别技术三类技术分支中国专利申请的分布 下载原图3. 中国专利申请的申请人分析(1) 中国专利申请排名前十申请人图 6 显示的是中国专利申请的主要申请人的申请量排名, 分别为 SONY (索尼株式会社) 、SMSU (三星电子株式会社) 、GLDS (LG 电子株式会社) 、SHIH (精工爱普生株式会社) 、XIAO (小米科技有限责任公司) 、LENV (联想 (北京) 有限公司) 、ZTEC (中兴通讯股份有限公司) 、TNCT (腾讯科技 (深圳) 有限公司) 、KYOC (京瓷办公信息系统株式会社) 、GDOP (广东欧珀移动通信有限公司) 。图 6 中国专利申请主要申请人分布 下载原图从上述排名
