增强现实技术的专利分析

郭凯 刘丹 齐欣

摘要：增强现实（AR）技术通过将虚拟世界信息与现实世界信息相融合，完美地实现了超越现实感官的体验，目前已经广泛应用到军事、医疗、教育、建筑、娱乐等行业，成为可穿戴设备领域的研究热点。本文针对增强现實（AR）技术，对国内外专利的目的地输出国、申请量趋势、申请人排序以及作为该领域的主要申请人奇跃公司的相关专利申请进行了统计和分析，供相关领域的技术人员参考。

关键词：增强现实;虚拟;可穿戴;传感

一、技术原理

AR技术即Augmented Reality技术的简称，被称作增强现实技术、混合现实技术或扩增现实技术。该技术的基本理念是将计算机仿真模拟生成的虚拟影像叠加在现实世界的真实环境中，从而实现对现实的增强。作为一种全新的人机交互技术，AR技术利用传感器与摄像头的实时信息采集以及实时跟踪及注册、场景融合与匹配技术【1， 2】，实现了真实世界与虚拟世界之间的“无缝”集成，真实与虚幻在同一个画面或空间中的同时存在使得诸多无法在真实世界中感受到的体验成为了现实【3】。

二、从专利角度看AR技术的发展

1.全球专利申请情况

图1为AR技术全球专利申请目的地输出国分布情况，截止目前， AR技术全球专利申请量为29981件，其中美国为主要目的地，为19454件，中国和韩国分列二、三位，分别为11210件和7052件，欧洲和日本分别为3518件和1837件。可见，美国是AR高新科技企业竞相争夺的首要市场，亚洲市场紧随其后。

图2为AR技术全球专利申请年度分布情况，可以看出，2010年以前，AR全球专利申请量总共1000余件，而进入2010年后，每年的申请量都在1000件以上。由此可见， 在全球范围内，AR技术在最近十年的时间里一直保持快速平稳的发展态势。

图3所示为AR技术全球专利申请人排序情况。其中，Magic Leap公司（下文称为奇跃公司）凭借其强大的研发实力，以2660件的申请量占据首位，接下来分别是华为、三星、LG和微软，申请量分别为1632件，1203件和1180件。前十位申请人中，美国公司占据了六个席位，韩国有两家上榜，日本和中国各占一席。

2.在华专利申请的总体情况

图4所示为AR技术在华专利申请年度分布情况。2010年以前，AR技术在华每年的申请量最多只有两位数，而2011年至今，每年的相关专利申请量都在三位数，其专利申请量的增加趋势与图2所示AR技术全球专利申请年度分布情况基本一致，说明AR技术在最近十年的时间里在中国市场也得到了快速稳定的发展。

图5所示为AR技术在华专利申请人排序情况。奇跃公司以1646件的数量占据首位，接下来分别是华为、三星、高通和微软，申请量分别为1326件、831件、591件和449件。根据图3和图5可知，奇跃公司无论在全球范围还是在中国，其在AR技术领域都居于领先地位。下面就对该公司AR技术相关专利申请进行简单分析。

3.奇跃公司全球专利申请的总体情况

图6所示为截止到2021年12月为止，奇跃公司在全球申请的2660件AR相关专利的技术分类情况。其中位于申请量之首的专利主要涉及显示器结构的改进，占总比例的29%;其次分别涉及三维图像操作、人机交互、光学系统改进、模式识别等。下面笔者简单介绍两篇相关专利申请内容。

图7所示的公开号为CN109642716A的专利申请公开了一种通过使用单个厚光导光学元件的增强现实系统，该系统包括光源120和光导光学元件LOE 190，LOE 190具有内耦合光栅192（“ICG”）和外耦合光栅198（“OCG”）。当使用系统100时，来自光源120的虚拟光束210经由ICG 192进入LOE 190，通过基本全内反射（“TIR”）沿着LOE 190传播并经由OCG 198离开LOE 190，用于显示到用户的眼睛;其克服了多平面开关元件的要求、对准层的难度、以及来自多个表面反射的散射效应等问题。

公开号为CN106662754A的专利申请公开了一种增强现实系统中用于生成物理环境的表面模型的方法，其使用增强现实系统生成现实世界物理环境的表面模型，根据接收的图像/视频生成平面多边形网格，并计算3-D点云的截断符号距离函数（“TSDF”），基于3-D点云生成平面多边形网格，然后提取平面多边形网格的边界多边形，根据提取的边界多边形生成凸包，最后根据凸包生成最小面积定向的边界多边形（“MAOBP”）;该方法能够呈现更加优质的图像显示效果。

三、小结

AR技术包含了计算机、多媒体、实时视频显示及控制、多传感器融合等新技术与新手段，在尖端武器、飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、教育培训、文艺娱乐等领域具有广泛的应用空间。预计到2024年，AR市场将有望达到1002.4亿美元，其中亚太AR市场有望达到442亿美元。以奇跃公司为首的美国科技领导者仍是该项技术的研发主力，我国只有华为公司跻身于世界AR专利申请前十位。面对国外科技巨头的激烈争夺，国内企业应当给予足够的重视，要积极地进行专利布局，并及时了解竞争对手的技术发展动态。在巨大的AR市场面前，我国科研机构需要加快步伐，抓紧机遇，投入更大的研发力量，争取在AR技术的竞争中处于更加有利的地位。

参考文献：

[1] 申军岭，姜国华，晁建刚. 增强现实三维注册中标识点匹配算法研究与改进[J].测控技术，2012，31（12）：120-122.

[2] 麻兴东. 增强现实的系统结构与关键技术研究[J].无线互联科技，2015（10）：132-133.

[3] 胡晓琛，邓冰. 增强现实辅助设计在虚拟互动中的应用研究[J]. 创意设计源，2015（2）：36-41.