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谷歌眼镜产品及其专利布局分析
2014-04-28 15:36:48   来源:   评论:0 点击:

        可穿戴设备作为一种能直接穿在身上,或者整合进用户的衣服或配件中的智能型终端设备,越来越受到人们的关注。其中,谷歌眼镜由于其先进的增强现实技术、人机交互能力和超酷的产品结构设计,成为万众瞩目的焦点。
本文以EPOQUE系统的TXTUS0库~TXTUS5库,以及WPI库中公开的与谷歌眼镜(Google Glass)相关的专利文献为基础,采用申请人谷歌(Google)公司结合关键词的方式进行检索,检索截止日为2013年6月18日。由于发明专利申请一般在申请日之后18个月公开,因此,部分相关专利申请可能处于未被公开状态而没有被统计。
 
        一、谷歌眼镜的由来
        谈到谷歌眼镜的由来,我们不能不提到谷歌公司的一个神秘的实验室——Google X。该实验室创建于2010年,位于美国旧金山的一处秘密地点。该实验室的机密程度堪比美国中央情报局(CIA),有关这一实验室的信息在最近两年才逐步为人们所了解,2011年之前,连谷歌公司内部的员工都很少有人知道这一实验室,即便知道Google X这一名称,也不知道它究竟为何物。这个实验室的工作就是要打造出像科幻片《星际迷航》里一样的技术,其中的绝大多数都是探索性的项目。据了解,谷歌公司利用这个实验室来追踪100个震撼世界的创意,这些创意包括太空电梯、无人驾驶汽车和谷歌眼镜。谷歌公司的其他部门主要由软件工程师组成,而该实验室却有很多机器人专家和电气工程师,他们大多来自微软、诺基亚实验室、斯坦福大学、麻省理工学院、卡内基梅隆大学以及纽约大学等科研院所和研发机构,其中就包括在2010年被谷歌公司从西雅图华盛顿大学招募到麾下的巴巴克·帕尔维兹(Babak Amirparviz),正是此人给谷歌眼镜团队带来了无限活力,加速了谷歌眼镜研发和面市的步伐。
 
      
2005年,谷歌公司创始人之一拉里·佩奇(Larry Page)首次同斯坦福大学的计算机科学家塞巴斯蒂安·杜伦(Sebastian Thrun)在无人驾驶车大赛(Darpa Grand Challenge)上碰面,当时杜伦正带着他的研究生努力让一部自动驾驶汽车完成在莫哈维沙漠中的7英里障碍赛。出自相同的信仰,即对人工智能与机器人技术前景的信任,两人一见如故,结为好友。2007年,拉里·佩奇说服杜伦加入谷歌公司。2009年初,杜伦在谷歌公司开始了无人驾驶汽车项目的研究。在短短15个月的时间里,杜伦就完成了拉里·佩奇与谢尔盖·布林(谷歌公司的另一位创始人)给他制定的一个目标:打造一部可以在加利福尼亚高速公路以及曲折的城市街道上无差错行驶1000英里(约合1609千米)的自动汽车。他们的汽车成功地穿梭在洛杉矶和硅谷的拥堵街道上,以及旧金山奥克兰海湾大桥的下面——要知道,在那里汽车是无法接收GPS信号的。

图1  佩奇、布林、杜伦和他们的自动驾驶汽车

        该项目的进展超出预期。杜伦以其卓越的产品实现能力、超乎寻常的科学素养和强劲的执行能力,深得谷歌公司联合创始人布林和佩奇的赏识。正所谓“千军易得,一将难求”,为了留住这位不可多得的人才,谷歌公司开始筹划将这个项目拓展为一个完备的实验室——Google X。

        谷歌眼镜是Google X的第二个项目。巴巴克·帕尔维兹,这位华盛顿大学的电气工程教授,2009年9月凭借一篇关于隐形眼镜内置电路的可行性论文引起轰动,并吸引了布林和佩奇的注意。他在该论文中写道,这个设备可以在隐形眼镜佩戴者的眼睛中投射影像。谷歌公司高层认为,通过Google X实验室,把自动驾驶汽车和头戴式增强现实智能设备结合起来,把杜伦超强的产品实现能力和帕尔维兹超前的增强现实理念结合起来,将Google X实验室探索未知的精神和一种开创性的产品构想结合起来,看起来非常合理。

       经过巴巴克·帕尔维兹、塞巴斯蒂安·杜伦以及斯蒂芬·李这3位核心人员的引领,和多名不同国籍研发人员的共同努力,谷歌眼镜从原来的重达10磅(相当于4.5千克)的头戴式显示设备,演变为重量和普通眼镜相当。2012年4月,谷歌眼镜产品开始面向开发者发售,售价1500美元。谷歌眼镜的出现无疑将改变人类获取信息、认识事物的方式,从而改变人们的认知方式和生活方式。

      二、谷歌眼镜的产品设计
     作为搜索引擎领域当之无愧的领航者,谷歌公司的优势在于其海量的数据资源、强大的搜索技术、瞬时的搜索能力,而将其优势整合起来,集中体现到一种新潮的、极具魅力的智能终端设备中,进而控制未来访问网络资源的入口,将为谷歌公司在未来市场的竞争中攻城略地打下坚实的基础。谷歌公司凭借其全面的人才储备、雄厚的资金支持,设计出了一种眼镜,集智能手机、GPS、摄像机、触控板、语音交互、眼动控制、增强现实功能于一身,所有的信息都能即时展现在眼前,并实现现实世界与虚拟图像叠加,使人们能够迅速、全面、多维度地获取信息、认知世界。

      1.眼镜结构和材料

图2  谷歌眼镜的结构

        由图2可知,谷歌眼镜的基本构成包括:能量来源——电池;数据处理核心——CPU;人机交互部件——触控板、喇叭、话筒、摄像头;增强现实部件——投影仪、棱镜。该产品的设计理念在于:便携、轻质、结实、易用、强大的交互能力、迅捷的信息获取渠道、多角度的信息呈现方式、炫酷的外形设计。

       谷歌眼镜采用全新的材料,其镜架主要采用钛合金,其主要优势在于:质量轻,并且,当发生形变时,只要将它置于某一特定的温度条件下,就可恢复到原来的形状,同时还具有良好的生物相容性。此外,与图像显示相关的部件主要采用稀有金属铟,其主要优势在于:良好的透光性和极强的导电性。

       由于眼镜是戴在眼睛前面的,因此,使用者彻底解放了双手,在不影响原有工作的情况下即可直接利用谷歌眼镜来获取信息、感知世界。

        2.人机交互

图3  谷歌眼镜具有强大的人机交互能力

        谷歌眼镜作为一种新型的智能终端设备,具有强大的、多样性的人机交互能力:

        ——语音识别:通过对用户语音的识别,谷歌眼镜即可获知用户的控制指令信息,执行相关的操作。比如,用户只需要说“OK,Glass,Take a photo”,谷歌眼镜即可拍摄照片,并呈现在用户眼前。

       ——眼动识别:通过传感器获取场景图像,同时捕获用户眼动方向信息,通过图像识别算法识别用户正在观看的目标,即通过眼动识别感兴趣的目标,进行准确定位和清晰成像。

       ——触控识别:将触控板设置在眼镜的镜架上,通过用户触摸触控板上不同键的电压变化来感知识别用户的指令信息,这与目前已有智能控制设备上的触控板没有什么区别。

       ——姿态识别:通过用户手势的改变,谷歌眼镜即可获知相应的指令,执行相关的操作。比如,通过摄像机捕获用户手指位置的变化轨迹来判断用户所要执行的指令。

       ——虚拟键盘指令识别:由于谷歌眼镜与其他可穿戴设备例如智能手表、智能手链、智能鞋子,有着天然的不同,触控板设置在眼镜的镜架上,用户不能直接观看到触控板上的键盘,导致可能出现误操作,影响控制指令发出的时间和用户体验。对此,谷歌眼镜采用了虚拟键盘技术,通过激光将虚拟键盘投影到手掌或手臂上,使用户能够采用传统的方式操作虚拟键盘,并捕获用户对虚拟键盘的操作,识别相应的指令,执行相关的动作。

        3.增强现实


图4  谷歌眼镜具备增强现实的功能
 
        谷歌眼镜与其他类型的可穿戴设备(例如智能手表、智能手链、智能鞋子)的最大不同在于其具备增强现实的功能,即计算设备获取的虚拟图像叠加进由眼睛直接观测到的现实世界的图像中(如图4所示),使用户可以实时获取需求信息,就算在户外也可以同样看到电脑、手机屏幕上类似的图像。如此设计的增强现实显示效果,大大提高了用户的操作感受和乐趣,丰富多彩的图像显示以及及时准确的信息提供,一定可以吸引非常多的用户进行体验。

        4.物体捕获
        人们在寻找或者检查物体时,通过外观和手感基于常识或者经验进行判断,由于实物的种类非常多,对有些物品无法仅仅靠外观和常识得到结论。另外,单凭肉眼对遗失物品或者特定物品进行搜索不但效率低,而且经常无法找到,更有可能造成误判。

        谷歌眼镜的物体捕获功能,在一定程度上实现了对于特定物体的定位和分析,用户仅仅通过视野的移动就可以使眼镜捕捉对象,对于视野内检查的物体可以实时得到相关参数,用户可以快速有效地得到需要的信息(如图5所示)。它将人类的感知能力进行了扩展,为人类带来了实实在在、功能强大的第六感。多年来,人们在特效电影中看到的通过眼镜进行扫描、跟踪和分析等科幻效果,正在慢慢走进我们的生活。


图5  谷歌眼镜具有物体捕获功能
 
        5.应用
        现阶段,显示技术、网络技术、通信技术等高度发展,从研发部门到市场部门,甚至是用户层面,都希望可以将这些技术更好地投入使用。以谷歌眼镜为代表的新一代智能可穿戴设备已经应用到了社会生活的各个领域,从通信、导航到定位、追踪,从医疗、旅游、教育、公共安全到广告,从科技研究到休闲娱乐,都发挥了比较重要的作用。把这些高科技手段运用到终端上,满足各行各业的需要,也是相关技术下一步开发和改进的方向和重点。谷歌眼镜将给社会生活的各个领域带来改变甚至变革。图6所示的就是谷歌眼镜在导航中的应用。

图6  谷歌眼镜在导航中的应用

        三、谷歌眼镜的相关专利布局分析
        1.“软硬兼施”的专利布局
        谷歌眼镜是谷歌公司的新一代产品,为了对其进行充分的专利保护,一向注重应用的谷歌公司不仅对谷歌眼镜的应用进行了多方位的保护,而且对其新产品的硬件结构、人机交互、成像技术、物体捕获技术、安全技术、能量续航技术等也进行了全面保护。
图7  谷歌眼镜相关专利申请的技术分布
 
        如图7所示,谷歌公司关于谷歌眼镜的专利申请集中在成像技术、人机交互和应用方面,这与谷歌眼镜作为新型的小型智能终端的特点紧密相关:由于谷歌眼镜的摄像、投影显示设备较小,如何高质量地为用户显示图像是其核心;由于增强现实功能的需要,如何将虚拟图像信息成功地叠加到现实世界中,使图像虚实有度、清晰而有层次,也使得成像技术尤为重要;谷歌眼镜作为娇小型的智能终端,人机交互直接影响着用户的体验度,方便快捷、多角度的人机交互方式必然为其加分;此外,智能眼镜作为物联网中与人密切相关的一种终端,其应用功能具备多样性才可使其适应物联网的发展需求,因此谷歌公司在谷歌眼镜的应用方面也研发了大量技术。在人机交互方面,涉及谷歌眼镜触控键盘方式的专利申请量最大,而且,经过对专利文献的阅读笔者发现,谷歌眼镜的触控技术不仅仅包括传统的物理触控方式,而且还包括虚拟触控方式,这种虚拟触控方式可谓是专门为眼镜式智能控制设备打造的,因为触控板位于镜架上,处于人类的视野范围以外。为了解决这个问题,谷歌眼镜采用了两种虚拟键盘的方式,其一为将键盘虚拟呈现到人眼的正前方(如专利申请US20130027572A1),其二为采用激光技术将虚拟键盘投射到手臂或手掌上(如专利申请US20130016070A1)。

        下面将对谷歌眼镜相关专利申请的技术和功效进行细分,进一步探究其相关专利布局。

        2.从技术功效看相关专利布局
        通过对谷歌眼镜相关专利文献进行人工阅读和标引,笔者将谷歌眼镜相关专利申请进行了细分,同时对相应的功效进行分析,制定出谷歌眼镜的技术功效表(表1)。
 
表1  谷歌眼镜的技术功效表
       功效
 
技术
提高图像清晰度 扩大识别范围 便捷控制 提高响应速度 提高准确性 物体捕获 增强安全性 提高续航能力 提高佩戴舒适度 提高数据利用率
聚焦、对准 11                  
亮度调节 2                  
对比度控制 3                  
语音识别     3              
姿态识别     4              
键控识别     14              
界面控制     3              
即时搜索       2            
自适应传输       2            
功率控制               2    
扫描镜成像   1                
光流分析           2        
光学闭塞           2        
信息共享                   6
鼻托硬度调节                 1  
空气腔结构                 1  
认证             3      
锁定与解锁             2 1    
骨传输     1   1          
文本纠错     1   1          
 
 
        通过表1可知,谷歌公司目前的研发重点在于如何提高图像的清晰度、如何提供便捷的控制,同时,谷歌眼镜作为一种头戴式的智能控制终端设备,其相关专利布局还考虑了快速、准确、安全、续航、舒适、效率等诸多方面。为了达到上述技术效果,谷歌公司进行了多维度的专利布局,就提高图像清晰度而言,主要采用了聚焦、对准技术(如专利申请US8189263B1、US20130016292A1、US20130021658A1),同时,还通过亮度调节和对比度控制的方式来使得图像更加清晰(如专利申请US20130113973A1、US20130063486A1)。此外,谷歌眼镜通过语音识别技术、姿态识别技术、键控识别技术、界面识别技术和即时搜索技术来提供便捷的控制方式,其中就包括虚拟键盘交互技术。
 
 
        值得注意的是,谷歌公司在提高谷歌眼镜续航能力方面的专利申请并不多。基于头戴式智能设备的特点和现有谷歌眼镜续航能力不足的现实,笔者预计,谷歌公司将在这方面加大研发和专利布局力度,也可能还有部分专利申请由于时间原因,处在申请而未公开的阶段。
 
 
        综上可知,谷歌公司对谷歌眼镜的专利布局既有所侧重(如在清晰成像、便捷控制领域),又全面涉及,不留死角。
 
 
        但我们也可以从表1中发现,虽然谷歌公司针对谷歌眼镜进行了严密的专利布控,但由于谷歌眼镜属于新兴产品,具体到每个技术分支,相关专利申请量并不是很多,各个领域都有发展的空间。根据谷歌眼镜现有续航能力不足,以及谷歌眼镜要从谷歌公司海量的信息资源中搜索并呈现特定信息的现实情况,笔者预计,谷歌公司将在谷歌眼镜的能量续航和即时搜索方面加大研发和专利布局力度。
 
 
        3.深谋远虑的专利申请和并购策略
 
        (1)专利申请结构:集中突破美国,逐步进入他国
 
 
        在谷歌眼镜推出前,谷歌公司已提前围绕该产品申请了大量专利,主要集中在美国,其充分利用美国的专利保护制度,为其产品占据美国市场提供支持。此外,谷歌公司也没有忽视世界其他地区的市场,陆续以其美国申请为优先权提交了PCT申请。参见图8所示,其中的“WO同族”是指谷歌公司针对谷歌眼镜在世界知识产权组织国际局(WO)提交的PCT申请。
 
图8  谷歌眼镜相关专利申请结构
 
        值得注意的是,目前谷歌眼镜相关WO同族中已公开的申请大约是已公开的相关美国申请的一半,但这并不意味着相关WO同族申请量仅仅是相关美国申请量的一半。笔者通过对谷歌眼镜相关专利文献的逐篇阅读发现,相关WO申请都是以相应美国申请为优先权的,WO申请的申请日晚于相应美国申请的申请日,因此,可能存在一部分相关WO申请处于申请但未公开的阶段,随着时间的推移,这部分WO申请将逐步浮出水面。随着产品的发布,以及相关WO同族的逐步公开,谷歌眼镜相关专利申请通过PCT方式进入其他国家的步伐也很可能会加速,在其他国家的申请量可能会快速增加。

         (2)重要的专利并购:兵马未动,粮草先行

        谷歌公司作为一家成立于1998年的年轻的科技公司,“不作恶”(Don't be evil)一直是其一个非正式的公司口号,加之强劲的产品实现能力,使得谷歌公司较之老牌的科技公司往往更加注重产品的研发和市场效应,专利布局量也比老牌的科技公司小,这给谷歌公司带来了一定的风险。就智能眼镜而言,早在谷歌公司面向开发者推出谷歌眼镜之前的2006年,苹果公司就在美国申请了两件智能眼镜的基础性专利(US7595933B2、US8212859B2),并于2009年获得授权,这使得谷歌眼镜落入了苹果公司的专利火力范围,给有着炫酷设计的谷歌眼镜的未来上市之路蒙上了一层阴影。

        谷歌公司深知谷歌眼镜对其未来发展战略的重要性,为了寻求有效的专利防御和支撑,2011年8月4日,谷歌公司从日本富士通公司购得一件专利(US2001010598A1),该件专利描述了我们今天看到的谷歌眼镜产品的基本功能和设计雏形,这无疑为谷歌眼镜的市场化提供了坚实的专利堡垒。由于该专利的申请日在2001年,这给其他研发头戴式智能设备的公司也带来了威胁。

        谷歌公司的这一举动值得我国企业深思。如果我国企业在某一新型产品方面缺乏专利,只要锚定了该产品的价值,看清了未来市场发展的趋势,就可以通过专利并购的方式来为未来产品的市场化铺平道路。

图9  谷歌公司与苹果公司的潜在冲突示意图
 
        四、总结
        本文从Google X实验室、谷歌眼镜的研发历程开始探究谷歌眼镜项目的运作过程,并通过对产品结构的考察来分析其主要构成和功能,最后,通过对专利文献的阅读、标引和统计分析,来挖掘谷歌公司对谷歌眼镜的专利布局策略,并试探性地预测谷歌眼镜未来的相关专利布局,为国内相关企业提供一些关于产品研发和专利布局的参考。(作者单位:国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心通信部;第二作者、第三作者所作贡献等同第一作者)
 

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