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- 領(lǐng)略蘋(píng)果黑科技：詳解iPhone這十年所采用的傳感器（二）
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2017/7/11
四、iPhone 4（2010）
陀螺儀（Gyroscope）
你應(yīng)該打過(guò)陀螺，也見(jiàn)過(guò)獨(dú)輪電動(dòng)平衡車(chē)，這兩種東西都利用了一種物理原理。就是轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，會(huì)沿著軸心方向保持穩(wěn)定。轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺即使被碰一下，還是會(huì)晃動(dòng)幾下回到穩(wěn)定朝下。而陀螺儀還有個(gè)特性就是可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)位移，來(lái)計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)加速度。
雖然在 iPhone 一代中通過(guò)加速度傳感器可以感知到手機(jī)的傾斜，但無(wú)法很好的計(jì)算手機(jī)的旋轉(zhuǎn)，特別在玩一些賽車(chē)游戲的時(shí)候，你無(wú)法實(shí)現(xiàn)手機(jī)晃動(dòng)靈敏的控制方向盤(pán)。有了陀螺儀就不一樣了，喬布斯在現(xiàn)場(chǎng)演示了一個(gè)拆積木的游戲，通過(guò)手機(jī)旋轉(zhuǎn)，可以從不同的角度去拆積木。喬布斯還在最后把這五種智能的傳感器都放在一起，可見(jiàn)他對(duì)傳感器是情有獨(dú)鐘。
這里要補(bǔ)充的是 iPhone 手機(jī)用的陀螺儀并不是這種旋轉(zhuǎn)輪子式的機(jī)械陀螺，而是一種微機(jī)電結(jié)構(gòu)（MEMS）的，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電容變化量來(lái)測(cè)定角速度，再配合加速度計(jì)傳感器，來(lái)計(jì)算姿態(tài)。
內(nèi)部溫度傳感器（Internal Temperature Sensor）
iPhone 4 上還有個(gè)溫度傳感器，并不是為了測(cè)外部溫度，主要是為了監(jiān)測(cè)手機(jī)本身是否過(guò)熱。手機(jī)溫度過(guò)熱時(shí)，會(huì)提示關(guān)機(jī)一段再開(kāi)機(jī)。
500 萬(wàn)像素?cái)z像頭
攝像頭升級(jí)到了 500 萬(wàn)像素，拍照效果更好。這里要說(shuō)的是，iPhone 的閃光燈，會(huì)根據(jù)周?chē)沫h(huán)境亮度，來(lái)決定閃光燈到底要多亮，而不是一視同仁，避免過(guò)爆的問(wèn)題。
30 萬(wàn)像素前置攝像頭
終于有了前置攝像頭，可以看到對(duì)方的臉了。
雙麥克風(fēng)
在手機(jī)的頂部耳機(jī)插口旁邊，又增加了一個(gè)麥克風(fēng)，這是干嘛的？我后面會(huì)講。
iPhone 4 是喬布斯最后一次親自發(fā)布，之后一年去世。在科技與人文的交叉口，目前還沒(méi)有第二個(gè)人。羅永浩在 3 年前曾經(jīng)嘗試過(guò)，但只能站在 UI 和 段子的交叉口。
五、iPhone 4S（2011）
藍(lán)牙 4.0（Bluetooth 4.0）
iPhone 4S 據(jù)說(shuō)是最早支持藍(lán)牙 4.0 的手機(jī)之一。藍(lán)牙 4.0 相比之前的版本，功耗更低，默認(rèn)開(kāi)著藍(lán)牙也不用擔(dān)心費(fèi)電，這主要為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代做鋪墊。
800 萬(wàn)像素?cái)z像頭
iPhone 4S 攝像頭升級(jí)到了 800 萬(wàn)像素，并且支持 1080P 的視頻錄制。這次發(fā)布讓我印象比較深刻的是拍照響應(yīng)速度，等待時(shí)間縮短。
六、iPhone 5（2012）
4G（LTE）
增加了 4G 信號(hào)接收器，上網(wǎng)速度和用 Wi-Fi 沒(méi)區(qū)別了。
120 萬(wàn)像素前置攝像頭
iPhone 5 的前置攝像頭升級(jí)到了 120 萬(wàn)像素。
三麥克風(fēng)
我問(wèn)了身邊好幾個(gè)朋友是否知道 iPhone 背面攝像頭和閃光燈之間的孔是干嘛的？都沒(méi)有回答出來(lái)。事實(shí)上，那是一個(gè)麥克風(fēng)。一般都知道在 Home 健下側(cè)的耳機(jī)孔旁邊，是個(gè)麥克風(fēng)，打電話(huà)的時(shí)候需要用，為什么要在閃光燈旁邊加個(gè)麥克風(fēng)呢？答案是為了降噪。我們?cè)诖螂娫?huà)時(shí)，聲音會(huì)傳給耳機(jī)孔旁的麥克風(fēng)，但周?chē)赡苡性胍�。這些噪音同時(shí)會(huì)傳到這兩個(gè)麥克風(fēng)，那么，我們將主麥克風(fēng)接收到的聲音，再濾除掉閃光燈旁麥克風(fēng)的聲音，就達(dá)到了降噪的目的，讓聲音更清晰。
One more thing，在正面耳機(jī)的聽(tīng)筒里，也還隱藏這一個(gè)麥克風(fēng)。也就是 iPhone 5 配有三個(gè)麥克風(fēng)，它們組合在一起，一方面為了降噪，另一方面可以從多個(gè)角度接收語(yǔ)音，使聲音更加真實(shí)。
在幾個(gè)月前，我發(fā)現(xiàn)自己的 iPhone 6 Plus 在微信視頻時(shí)說(shuō)話(huà)對(duì)方聽(tīng)不到，幾周前發(fā)現(xiàn)插上耳機(jī)可以聽(tīng)到。而平時(shí)打電話(huà)是正常的，說(shuō)明我的麥克風(fēng)是正常的啊，百思不得其解。幾天前 iOS 10 發(fā)布后，我進(jìn)行了升級(jí)，并想嘗試一下新的 Siri，結(jié)果發(fā)現(xiàn) Siri 并不能識(shí)別我說(shuō)話(huà)。于是我在網(wǎng)上查資料，漸漸意識(shí)到 Siri 并不是通過(guò) Home 鍵旁邊的麥克風(fēng)接收語(yǔ)音的，而是用了聽(tīng)筒內(nèi)部的那個(gè)隱藏麥克風(fēng)。我就去蘋(píng)果店進(jìn)行了檢測(cè)，果真是隱藏麥克風(fēng)壞了�？拥氖沁@個(gè)麥克風(fēng)是和屏幕一體的，如果要解決這個(gè)問(wèn)題，就得花 1100 元更換屏幕，想想還是算了。
七、iPhone 5C/5S（2013）
指紋識(shí)別（Touch ID）
iPhone 5S 增加了指紋識(shí)別，解除屏保不用輸密碼了。指紋識(shí)別同樣是一個(gè)識(shí)別指紋的傳感器。
協(xié)處理器 M7（Motion coprocessor，不是傳感器，是專(zhuān)為傳感器服務(wù)的處理器）
傳感器越來(lái)越多，對(duì) CPU 的資源占用越來(lái)越大，耗電量也越來(lái)越大。于是蘋(píng)果推出了 M7 協(xié)處理器，把這些運(yùn)動(dòng)相關(guān)的傳感器（包括加速度傳感器、陀螺儀、磁力傳感器）的數(shù)據(jù)采集與處理，都交由 M7 來(lái)完成，這樣降低耗電量，并且讓 CPU 可以專(zhuān)門(mén)做其他的事情。
M7 并不是傳感器，只是蘋(píng)果設(shè)計(jì)出來(lái)專(zhuān)門(mén)為傳感器信息處理服務(wù)的，我把它列出來(lái)，主要是為了強(qiáng)調(diào)蘋(píng)果在傳感器周邊所花的心思。
更大單位像素的攝像頭
許多人有個(gè)誤區(qū)，就是覺(jué)得攝像頭的像素越多越好，比如會(huì)覺(jué)得 1200 萬(wàn)像素的攝像頭要比 800 萬(wàn)像素的更好。其實(shí)不是的，還要看每個(gè)像素能夠接受的光線(xiàn)強(qiáng)度，色彩豐富度。iPhone 5S 使用了更大面積的圖像傳感器，但像素依舊是 800 萬(wàn)像素，這樣每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的傳感器寬度從 1.4 微米提升到了 1.5 微米，也就是面積增加了 15%，這樣單個(gè)像素的采光情況更好，進(jìn)而提升的拍照質(zhì)量。相反，有些手機(jī)的攝像頭有 1300 萬(wàn)像素，但是可能只是 1.1 微米，這樣采光情況要差一些，拍出來(lái)的照片質(zhì)量就大打折扣了。所以蘋(píng)果說(shuō)“Bigger Pixels = Better Pictures”。
這一代還升級(jí)了閃光燈為雙閃光燈，一個(gè)暖光一個(gè)冷光，這樣再配合光度傳感器（我目前尚不確定是否采用的正面聽(tīng)筒旁邊的光度傳感器，還是在主攝像頭或者閃光燈里還隱藏了一個(gè)），可以打出匹配環(huán)境的光亮，這樣拍出來(lái)的照片更為融合。閃光燈本身并不是傳感器，配合光度傳感器，發(fā)揮了更好的效果。
八、iPhone 6/6 Plus（2014）
近場(chǎng)通信（NFC）
在 iPhone 5S 上有了指紋識(shí)別，而 iPhone 6 上就增加了近場(chǎng)通信（也是電磁波），兩個(gè)疊加到一起，就成了Apple Pay，從此刷卡變成了刷手機(jī)，輸入密碼變成了刷指紋。雖然這些技術(shù)以前都有，但是蘋(píng)果擅長(zhǎng)就是把它們整合成優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。我自己在星巴克用過(guò)幾次，遺憾的是我的信用卡還有密碼，刷了之后還得再輸密碼。（據(jù)說(shuō)現(xiàn)在已經(jīng)不用輸密碼了，我改天去確認(rèn)一下。）
氣壓計(jì)（Barometer）
有了氣壓計(jì)，就可以測(cè)量海拔了，還可以測(cè)量你爬了多少層樓梯。對(duì)我這樣的戶(hù)外愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，爬上某個(gè)山頭，就可以看看到底有多高了�？赡苡腥藭�(huì)有一個(gè)疑惑，我們?cè)诔踔姓n本里不是學(xué)過(guò)，空氣濕度對(duì)氣壓的影響嗎？會(huì)不會(huì)因?yàn)樘鞖獠煌�，�?duì)測(cè)試的誤差影響很大？從我目前收集到的資料來(lái)看，這個(gè)影響很小，可以忽略。
六軸陀螺儀
iPhone 6 系列中的陀螺儀是六軸的，相比 iPhone 4 所使用的三軸陀螺儀多了三軸，主要是增加了三個(gè)軸的加速度計(jì)。按道理來(lái)說(shuō)，就不需要再有專(zhuān)門(mén)的加速度傳感器了，可以二合一了�？捎腥瞬饳C(jī)后發(fā)現(xiàn)，還有專(zhuān)門(mén)的加速度傳感器，這是為何呢？
答案是體驗(yàn)和功耗。加速度的啟動(dòng)需要一個(gè)時(shí)間，專(zhuān)門(mén)的加速度傳感器只需要 3 ms，而六軸陀螺儀需要 30 ms。另外，同樣是測(cè)量加速度，六軸陀螺儀是加速度傳感器的 3 倍電耗。于是蘋(píng)果在實(shí)現(xiàn)上，對(duì)于手機(jī)橫屏、計(jì)步這樣的應(yīng)用，只調(diào)用加速度傳感器，而對(duì)于靈敏度比較高的場(chǎng)景，再用六軸陀螺儀。蘋(píng)果在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，真是舍得下功夫。
更好的圖像傳感器
iPhone 6/6 Plus 采用了新的圖像傳感器，拍照效果更好。比如采用了一種叫做 Focus Pixels （相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦）的技術(shù)，可以使對(duì)焦速度更快。具體技術(shù)細(xì)節(jié)我也不懂，據(jù)說(shuō)早就在單反相機(jī)上成熟應(yīng)用，手機(jī)上應(yīng)用的還比較少。
iPhone 6 Plus 還增加了光學(xué)防抖，直接感受就是拍出來(lái)的照片在略微抖動(dòng)的情況還會(huì)比較清晰。其基本原理是這樣的：人拍照時(shí)相機(jī)抖動(dòng)的話(huà)，等于同一物體，投射到了不同圖像傳感器的像素上。那么通過(guò)陀螺儀，監(jiān)測(cè)到抖動(dòng)的加速度情況，進(jìn)而計(jì)算出位移情況，將攝像頭向相反的方向移動(dòng)，就實(shí)現(xiàn)了去除抖動(dòng)帶來(lái)的影響。當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，iPhone 6 Plus 的攝像頭不只是能夠前后伸縮，還能夠上下左右移動(dòng)。
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