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領略蘋果黑科技:詳解iPhone這十年所采用的傳感器(二)
來源:賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2017/7/11

四、iPhone 4(2010)

陀螺儀(Gyroscope)

你應該打過陀螺,也見過獨輪電動平衡車,這兩種東西都利用了一種物理原理。就是轉動的物體,會沿著軸心方向保持穩(wěn)定。轉動的陀螺即使被碰一下,還是會晃動幾下回到穩(wěn)定朝下。而陀螺儀還有個特性就是可以通過轉動位移,來計算出轉動加速度。

雖然在 iPhone 一代中通過加速度傳感器可以感知到手機的傾斜,但無法很好的計算手機的旋轉,特別在玩一些賽車游戲的時候,你無法實現手機晃動靈敏的控制方向盤。有了陀螺儀就不一樣了,喬布斯在現場演示了一個拆積木的游戲,通過手機旋轉,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,可見他對傳感器是情有獨鐘。

這里要補充的是 iPhone 手機用的陀螺儀并不是這種旋轉輪子式的機械陀螺,而是一種微機電結構(MEMS)的,通過轉動時的電容變化量來測定角速度,再配合加速度計傳感器,來計算姿態(tài)。

內部溫度傳感器(Internal Temperature Sensor)

iPhone 4 上還有個溫度傳感器,并不是為了測外部溫度,主要是為了監(jiān)測手機本身是否過熱。手機溫度過熱時,會提示關機一段再開機。

500 萬像素攝像頭

攝像頭升級到了 500 萬像素,拍照效果更好。這里要說的是,iPhone 的閃光燈,會根據周圍的環(huán)境亮度,來決定閃光燈到底要多亮,而不是一視同仁,避免過爆的問題。

30 萬像素前置攝像頭

終于有了前置攝像頭,可以看到對方的臉了。

雙麥克風

在手機的頂部耳機插口旁邊,又增加了一個麥克風,這是干嘛的?我后面會講。

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,目前還沒有第二個人。羅永浩在 3 年前曾經嘗試過,但只能站在 UI 和 段子的交叉口。

五、iPhone 4S(2011)

藍牙 4.0(Bluetooth 4.0)

iPhone 4S 據說是最早支持藍牙 4.0 的手機之一。藍牙 4.0 相比之前的版本,功耗更低,默認開著藍牙也不用擔心費電,這主要為物聯(lián)網時代做鋪墊。

800 萬像素攝像頭

iPhone 4S 攝像頭升級到了 800 萬像素,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速度,等待時間縮短。

六、iPhone 5(2012)

4G(LTE)

增加了 4G 信號接收器,上網速度和用 Wi-Fi 沒區(qū)別了。

120 萬像素前置攝像頭

iPhone 5 的前置攝像頭升級到了 120 萬像素。

三麥克風

我問了身邊好幾個朋友是否知道 iPhone 背面攝像頭和閃光燈之間的孔是干嘛的?都沒有回答出來。事實上,那是一個麥克風。一般都知道在 Home 健下側的耳機孔旁邊,是個麥克風,打電話的時候需要用,為什么要在閃光燈旁邊加個麥克風呢?答案是為了降噪。我們在打電話時,聲音會傳給耳機孔旁的麥克風,但周圍可能有噪音。這些噪音同時會傳到這兩個麥克風,那么,我們將主麥克風接收到的聲音,再濾除掉閃光燈旁麥克風的聲音,就達到了降噪的目的,讓聲音更清晰。

One more thing,在正面耳機的聽筒里,也還隱藏這一個麥克風。也就是 iPhone 5 配有三個麥克風,它們組合在一起,一方面為了降噪,另一方面可以從多個角度接收語音,使聲音更加真實。

在幾個月前,我發(fā)現自己的 iPhone 6 Plus 在微信視頻時說話對方聽不到,幾周前發(fā)現插上耳機可以聽到。而平時打電話是正常的,說明我的麥克風是正常的啊,百思不得其解。幾天前 iOS 10 發(fā)布后,我進行了升級,并想嘗試一下新的 Siri,結果發(fā)現 Siri 并不能識別我說話。于是我在網上查資料,漸漸意識到 Siri 并不是通過 Home 鍵旁邊的麥克風接收語音的,而是用了聽筒內部的那個隱藏麥克風。我就去蘋果店進行了檢測,果真是隱藏麥克風壞了?拥氖沁@個麥克風是和屏幕一體的,如果要解決這個問題,就得花 1100 元更換屏幕,想想還是算了。

七、iPhone 5C/5S(2013)

指紋識別(Touch ID)

iPhone 5S 增加了指紋識別,解除屏保不用輸密碼了。指紋識別同樣是一個識別指紋的傳感器。

協(xié)處理器 M7(Motion coprocessor,不是傳感器,是專為傳感器服務的處理器)

傳感器越來越多,對 CPU 的資源占用越來越大,耗電量也越來越大。于是蘋果推出了 M7 協(xié)處理器,把這些運動相關的傳感器(包括加速度傳感器、陀螺儀、磁力傳感器)的數據采集與處理,都交由 M7 來完成,這樣降低耗電量,并且讓 CPU 可以專門做其他的事情。

M7 并不是傳感器,只是蘋果設計出來專門為傳感器信息處理服務的,我把它列出來,主要是為了強調蘋果在傳感器周邊所花的心思。

更大單位像素的攝像頭

許多人有個誤區(qū),就是覺得攝像頭的像素越多越好,比如會覺得 1200 萬像素的攝像頭要比 800 萬像素的更好。其實不是的,還要看每個像素能夠接受的光線強度,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 萬像素,這樣每個像素對應的傳感器寬度從 1.4 微米提升到了 1.5 微米,也就是面積增加了 15%,這樣單個像素的采光情況更好,進而提升的拍照質量。相反,有些手機的攝像頭有 1300 萬像素,但是可能只是 1.1 微米,這樣采光情況要差一些,拍出來的照片質量就大打折扣了。所以蘋果說“Bigger Pixels = Better Pictures”。

這一代還升級了閃光燈為雙閃光燈,一個暖光一個冷光,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),可以打出匹配環(huán)境的光亮,這樣拍出來的照片更為融合。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)

近場通信(NFC)

在 iPhone 5S 上有了指紋識別,而 iPhone 6 上就增加了近場通信(也是電磁波),兩個疊加到一起,就成了Apple Pay,從此刷卡變成了刷手機,輸入密碼變成了刷指紋。雖然這些技術以前都有,但是蘋果擅長就是把它們整合成優(yōu)質的服務。我自己在星巴克用過幾次,遺憾的是我的信用卡還有密碼,刷了之后還得再輸密碼。(據說現在已經不用輸密碼了,我改天去確認一下。)

氣壓計(Barometer)

有了氣壓計,就可以測量海拔了,還可以測量你爬了多少層樓梯。對我這樣的戶外愛好者來說,爬上某個山頭,就可以看看到底有多高了?赡苡腥藭幸粋疑惑,我們在初中課本里不是學過,空氣濕度對氣壓的影響嗎?會不會因為天氣不同,對測試的誤差影響很大?從我目前收集到的資料來看,這個影響很小,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,主要是增加了三個軸的加速度計。按道理來說,就不需要再有專門的加速度傳感器了,可以二合一了?捎腥瞬饳C后發(fā)現,還有專門的加速度傳感器,這是為何呢?

答案是體驗和功耗。加速度的啟動需要一個時間,專門的加速度傳感器只需要 3 ms,而六軸陀螺儀需要 30 ms。另外,同樣是測量加速度,六軸陀螺儀是加速度傳感器的 3 倍電耗。于是蘋果在實現上,對于手機橫屏、計步這樣的應用,只調用加速度傳感器,而對于靈敏度比較高的場景,再用六軸陀螺儀。蘋果在細節(jié)設計上,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 (相位檢測自動對焦)的技術,可以使對焦速度更快。具體技術細節(jié)我也不懂,據說早就在單反相機上成熟應用,手機上應用的還比較少。

iPhone 6 Plus 還增加了光學防抖,直接感受就是拍出來的照片在略微抖動的情況還會比較清晰。其基本原理是這樣的:人拍照時相機抖動的話,等于同一物體,投射到了不同圖像傳感器的像素上。那么通過陀螺儀,監(jiān)測到抖動的加速度情況,進而計算出位移情況,將攝像頭向相反的方向移動,就實現了去除抖動帶來的影響。當然,為了實現這一點,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。

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