楊 哲

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心,北京 100000)

1 概述

高動態(tài)范圍(High Dynamic Range,HDR)成像是指捕捉、存儲、傳輸和顯示真實世界光亮廣泛范圍并進行精確表示。HDR 圖像的主要特點是高對比度、高位深度,層次豐富,畫面真實感強,可更真實地還原出逼近真實場景的光影效果。與著重進一步提高清晰度的UHDTV(UltraHigh Definition TV)等技術(shù)相比,HDR 技術(shù)不但能夠在戶外、影院等大空間應(yīng)用領(lǐng)域,更能在室內(nèi)、家庭等小空間應(yīng)用中提供更具臨場感、更好視覺體驗的觀影效果。因此,HDR 技術(shù)必將在數(shù)字視頻領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,而HDR 視頻傳輸、廣播、顯示系統(tǒng)將是未來消費電子領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。HDR 成像的研究起步于上世紀90 年代,發(fā)展至今,HDR 成像在計算機視覺、衛(wèi)星遙感、醫(yī)療影像、虛擬現(xiàn)實、國防軍事等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用,并且成為學(xué)術(shù)界和各大廠商的研究熱點。本文通過HDR 成像技術(shù)的專利發(fā)展狀況來分析HDR 技術(shù)的目前發(fā)展狀況。

2 國內(nèi)外專利申請概況

針對HDR 成像技術(shù),分別在中文文摘數(shù)據(jù)庫(CNABS)和德文特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(DWPI)中進行了檢索,在全球和中國國內(nèi)范圍內(nèi)從申請量、申請人以及目標國角度進行了專利現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的分析。

2.1 申請趨勢分析

HDR 成像的研究起步于上世紀90 年代,圖1 示出了HDR 成像技術(shù)公開日截止到2019 年12 月31 日全球和國內(nèi)專利申請量情況。由圖中可以看出,早在1995 年就開始有涉及HDR 成像的專利申請,不過早期申請一般僅僅涉及高動態(tài)范圍這一概念。之后相關(guān)專利的不管是全球?qū)＠暾埩窟€是國內(nèi)專利申請量整體上都一直處于增長趨勢。對于全球?qū)＠暾埩?僅在2002 年和2007 年有些許回落,之后一直快速穩(wěn)步增長,其中2013-2016 年申請量增幅尤其明顯,并在2016 年達到最大年申請量565 件,之后申請量開始下降,尤其是2019 年的申請量一下子下降到2008 年左右的水平,可見,該領(lǐng)域技術(shù)已經(jīng)日益成熟,各科技公司的研發(fā)重點開始向其他方面轉(zhuǎn)移。

而對于國內(nèi)專利申請量,其發(fā)展趨勢與全球?qū)＠暾埩堪l(fā)展趨勢基本相同,同樣也是2013-2016 年是快速穩(wěn)步增長時期,并在2016 年達到年最大申請量356 件,之后申請量開始回落?？梢?對于HDR 成像技術(shù)的研究,國內(nèi)公司一直緊跟著全球科技公司的步伐。

2.2 專利申請人分析

表1 示出了HDR 成像技術(shù)全球?qū)＠暾埲朔植记闆r和國內(nèi)專利申請人分布情況,為了便于分析,僅僅展示了申請量排名前二十的申請人。對于全球?qū)＠暾埲?由表1 可以看出,日本在HDR 成像技術(shù)的研究方面處于領(lǐng)先地位,申請量排名前兩位的申請人均是來自日本的公司,分別為佳能株式會社和索尼公司,除此之外,其他我們熟知的例如松下、夏普等日本公司的申請量也在前二十的排名中占據(jù)一席之地。實際上,這與我們在日常生活中關(guān)于相機類電子產(chǎn)品的多數(shù)廠商是日本公司的直觀感受是一致的。來自美國公司的申請量緊跟其后,杜比實驗室特許公司、高通股份有限公司和湯姆遜股份有限公司的申請量分別位于申請量前五位的后三位。同時,由表中還可以看出,上榜的美國公司是最多的,可見,美國公司對于HDR 成像技術(shù)的研究也處于領(lǐng)先的地位。

圖1 HDR 成像技術(shù)專利申請量

表1 全球申請人和國內(nèi)申請人

值得一提的是,國內(nèi)的兩個申請人——廣東歐珀移動通信有限公司和華為技術(shù)有限公司也榜上有名,尤其是廣東歐珀移動通信有限公司的申請量排名第七,同時從表1 中也可以看出,廣東歐珀移動通信有限公司在國內(nèi)的申請量排名第一,可見,廣東歐珀移動通信有限公司是國內(nèi)關(guān)于HDR 成像技術(shù)研究方面的佼佼者,創(chuàng)新能力可見一斑,同時也說明該公司具有知識產(chǎn)權(quán)保護和專利布局意識。不過略有遺憾的是,在HDR 成像技術(shù)方面,跟廣東歐珀移動通信有限公司同樣具有創(chuàng)新能力和專利布局意識的國內(nèi)公司并不多,在國內(nèi)申請人中,大部分申請人與全球?qū)＠暾埲嘶臼且恢碌?真正的國內(nèi)公司或高校實際上只有七家,占比一半不到,這說明在創(chuàng)新能力和專利布局意識方面,我國企業(yè)和高校要想趕上發(fā)達國家的企業(yè)和高校的水平,還有很長的一段路要走。

圖2 全球?qū)＠暾埬繕藝植?/p>

2.3 全球?qū)＠繕藝治?/h3>

圖2 示出了全球?qū)＠暾埬繕藝虻貐^(qū)分布,為了便于分析,僅提取了申請量排名前十位的國家或地區(qū)進行分析,分別是美國、中國、日本、歐盟、韓國、中國臺灣、印度、澳大利亞、德國和加拿大。通過全球?qū)＠暾埬繕藝虻貐^(qū)分布,我們可以一窺就HDR 成像技術(shù)而言各科技公司更希望自己的專利在哪些國家或地區(qū)得到保護,換言之,他們更希望在哪些國家或地區(qū)的市場推出他們與受保護專利相關(guān)的產(chǎn)品。從圖中容易看出,目標國為美國的申請量占申請總量的29%,目標國是中國的申請量緊跟其后,占申請總量的25%?？梢?目標國為美國和中國的申請量的總量之和超過申請總量的一半以上,可謂是該領(lǐng)域的半壁江山都被美國市場和中國市場瓜分。當然,這也是側(cè)面反映了全球第一大經(jīng)濟體和第二大經(jīng)濟體的強大的市場吸引力。目標國或地區(qū)為日本、歐盟和韓國的申請量分別為14%、12%和7%,分別排在第三名、第四名和第五名,剩下的12%的份額則由剩下的五個國家或地區(qū)分享。

2.4 典型專利

HDR 成像技術(shù)中一個很重要的研究方向是如何獲得HDR 圖像。通過對目前公開的全球?qū)＠暾堖M行分析梳理,為了獲得HDR 圖像,可以粗略地劃分為三種方法：第一種是通過使用圖像信號處理的算法來增強從圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍和質(zhì)量；第二種是通過獲得具有不同曝光量的兩個或多個圖像并合成這些圖像來提高動態(tài)范圍；第三種是通過在圖像傳感器的單個像素中配置具有不同敏感度的多個像素來獲得兩個圖像數(shù)據(jù),在相同的曝光時間中從具有不同的敏感度的多個像素產(chǎn)生的像素數(shù)據(jù)顯示出與通過不同的曝光量產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)具有相同的效果,通過兩個像素產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)被合成和修正,從而獲得高動態(tài)范圍圖像。

申請人為廣東歐珀移動通信有限公司、公開號為CN106454149B 的專利中,公開了一種獲得HDR 圖像的方法：依據(jù)預(yù)設(shè)的策略,控制輔圖像傳感器中,與同一濾光單元對應(yīng)的n 個相鄰的像素點分別處于不同的曝光量下；分別通過主圖像傳感器和輔圖像傳感器獲取被拍攝物的第一圖像和第二圖像；將第二圖像進行拆分處理,得到與第一圖像中包括的像素數(shù)量相同的第三圖像；將第三圖像和所述第一圖像進行合成處理,得到所述被拍攝物的高動態(tài)圖像。

申請人為佳能株式會社、公開號為JP5767485B2 的專利中公開了一種獲得HDR 圖像的方法：獲得使用第一曝光拍攝的第一圖像和使用高于所述第一曝光的第二曝光拍攝的第二圖像,根據(jù)所述第一圖像創(chuàng)建作為合成處理的基準使用的第三圖像,通過使用預(yù)先與所述第三圖像的像素值相關(guān)聯(lián)的加法系數(shù)對所述第一圖像和所述第二圖像進行加權(quán)合成來創(chuàng)建HDR 圖像。

申請人為杜比實驗室特許公司、公開號為US8135230B2 的專利中公開了一種提高圖像數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍的方法,其發(fā)明點在于將亮度提高函數(shù)應(yīng)用于低動態(tài)范圍圖像數(shù)據(jù)以生成高動態(tài)范圍圖像數(shù)據(jù)。

申請人為三星電子株式會社、 公開號為US8547451B2 的專利中,公開了一種獲得HDR 圖像的方法,其發(fā)明點在于通過基于應(yīng)用不同的曝光時間獲得的圖像,來獲得HDR 圖像。

3 結(jié)束語

本文對HDR 成像技術(shù)的全球?qū)＠暾埡蛧鴥?nèi)專利申請進行了研究分析,全球?qū)＠暾埩亢蛧鴥?nèi)專利申請量都在2016 年達到峰值,之后穩(wěn)步發(fā)展。日本在HDR 成像技術(shù)的研究方面處于領(lǐng)先地位,申請量排名前兩位的申請人均是來自日本的公司。國內(nèi)企業(yè)的創(chuàng)新能力和專利保護意識相比國外公司依然有一定的差距。值得慶幸的是,以廣東歐珀移動通信有限公司為代表的國內(nèi)公司正在努力迎頭趕上,期待在不遠的未來能看到更多中國公司的身影。