一文讀懂手機(jī)傳感器

智能手機(jī)技術(shù)的發(fā)展速度快得令人難以想象，這其中就包含傳感器技術(shù)。手機(jī)當(dāng)中的傳感器有能力讓我們的生活方式發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。

手機(jī)傳感器

手機(jī)中的傳感器是指手機(jī)上的那些能夠通過(guò)芯片來(lái)感應(yīng)的元器件，如反應(yīng)距離值、光線值、溫度值、亮度值和壓力值等。和所有的電子元件一樣，這些傳感器都在越變?cè)叫?，性能越?lái)越強(qiáng)，同時(shí)成本也越來(lái)越低。

通過(guò)傳感器采集的各種數(shù)據(jù)，經(jīng)由手機(jī)的程序軟件分析計(jì)算，生成了各種應(yīng)用。如今的手機(jī)，已經(jīng)在我們的社交、金融支付、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、娛樂(lè)、學(xué)習(xí)等各方面提供了極其便利的功能。

今天，我們來(lái)為您扒一扒手機(jī)中的各種傳感器

加速度傳感器

加速度傳感器的概念和重力傳感器略微有些重疊，但事實(shí)上卻又不一樣。加速度傳感器是多個(gè)維度測(cè)算的，是指x、y、z三個(gè)方向上的加速度值，主要測(cè)算一些瞬時(shí)加速或減速的動(dòng)作。比如測(cè)量手機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度和方向，當(dāng)用戶拿著手機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)上下擺動(dòng)的情況，這樣可以檢測(cè)出加速度在某個(gè)方向上來(lái)回改變，通過(guò)檢測(cè)這個(gè)來(lái)回改變的次數(shù)，可以計(jì)算出步數(shù)。在游戲里能通過(guò)加速度傳感器觸發(fā)特殊指令。日常應(yīng)用中的一些甩動(dòng)切歌、翻轉(zhuǎn)靜音等也都用到了這枚傳感器。

加速度傳感器功耗小但精度低。通常運(yùn)用在手機(jī)中可用來(lái)計(jì)步、判斷手機(jī)朝向的方向。

重力傳感器(G-Sensor)

透過(guò)壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。重力傳感器內(nèi)部有一塊重物與壓電片整合在一起，透過(guò)正交兩個(gè)方向產(chǎn)生的電壓大小，來(lái)計(jì)算出水平的方向。運(yùn)用在手機(jī)中時(shí)，可用來(lái)切換橫屏與直屏方向。

在一些游戲中也可以通過(guò)重力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)更豐富的交互控制，比如平衡球、賽車游戲等。

光線傳感器(Ambient Light Sensor)

光線傳感器類似于手機(jī)的眼睛。人類的眼睛能在不同光線的環(huán)境下，調(diào)整進(jìn)入眼睛的光線。而光線傳感器則可以讓手機(jī)感測(cè)環(huán)境光線的強(qiáng)度，用來(lái)調(diào)節(jié)手機(jī)熒幕的亮度。而因?yàn)闊赡煌ǔＪ鞘謾C(jī)最耗電的部分，因此運(yùn)用光線傳感器來(lái)協(xié)助調(diào)整熒幕亮度，能進(jìn)一步達(dá)到延長(zhǎng)電池壽命的作用。光線傳感器也可搭配其他傳感器一同來(lái)偵測(cè)手機(jī)是否被放置在口袋中，以防止誤觸。

距離傳感器(proximity sensor)

由一個(gè)紅外LED燈和紅外輻射光線探測(cè)器構(gòu)成。距離傳感器位于手機(jī)的聽(tīng)筒附近，手機(jī)靠近耳朵時(shí)，系統(tǒng)借助距離傳感器知道用戶在通電話，然后會(huì)關(guān)閉顯示屏，防止用戶因誤操作影響通話。距離傳感器的工作原理是，紅外LED燈發(fā)出的不可見(jiàn)紅外光由附近的物體反射后，被紅外輻射光線探測(cè)器探測(cè)到。距離傳感器一般是配合著光線傳感器來(lái)使用。

磁(場(chǎng))傳感器(Magnetism Sensor)

磁場(chǎng)傳感器是利用磁阻來(lái)測(cè)量平面磁場(chǎng)，從而檢測(cè)出磁場(chǎng)強(qiáng)度以及方向位置。一般用在常見(jiàn)的指南針或是地圖導(dǎo)航中，幫助手機(jī)用戶實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。 

通過(guò)磁場(chǎng)傳感器，可以獲得手機(jī)在x、y、z三個(gè)方向上的磁場(chǎng)強(qiáng)度，當(dāng)你旋轉(zhuǎn)手機(jī)，直到只有一個(gè)方向上的值不為零時(shí)，你的手機(jī)就指向了正南方。很多手機(jī)上的指南針應(yīng)用，都是利用了這個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。同時(shí)，可以根據(jù)三個(gè)方向上磁場(chǎng)強(qiáng)度的不同，計(jì)算出手機(jī)在三維空間中的具體朝向。

陀螺儀(Gyroscope)

陀螺儀能夠測(cè)量沿一個(gè)軸或幾個(gè)軸動(dòng)作的角速度，是補(bǔ)充MEMS加速度計(jì)(加速度傳感器)功能的理想技術(shù)。事實(shí)上，如果結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀這兩種傳感器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以跟蹤并捕捉3D空間的完整動(dòng)作，為終端用戶提供更真實(shí)的用戶體驗(yàn)、精確的導(dǎo)航系統(tǒng)及其他功能。手機(jī)中的“搖一搖”功能(例如搖動(dòng)手機(jī)就能抽簽…)、體感技術(shù)，還有VR視角的調(diào)整與偵測(cè)，都是運(yùn)用到陀螺儀的作用。

而陀螺儀傳感器對(duì)于一些感應(yīng)游戲來(lái)說(shuō)是必需的元件，正是有了這款傳感器，手機(jī)游戲的交互才有了革命性的轉(zhuǎn)變，用戶結(jié)合身體多方位的操作對(duì)游戲進(jìn)行反饋，而不僅僅只是簡(jiǎn)單的按鍵。

平時(shí)手機(jī)里標(biāo)配的都是三軸陀螺儀，可追蹤6個(gè)方向的位移變化。 三軸陀螺儀可以拿到當(dāng)前手機(jī)在x、y、z三個(gè)方向上的角加速度， 用來(lái)檢測(cè)手機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。一些翻轉(zhuǎn)手機(jī)，接聽(tīng)電話的功能，就是利用角加速度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

GPS位置傳感器

地球上方特定軌道上運(yùn)行著24顆GPS衛(wèi)星，它們會(huì)不停的向全世界各地廣播自己的位置座標(biāo)與時(shí)間戳(timestamp，指格林威治時(shí)間1970年01月01日00時(shí)00分00秒到現(xiàn)在為止的總秒數(shù))，手機(jī)中的GPS模組透過(guò)衛(wèi)星的瞬間位置來(lái)起算，以衛(wèi)星****座標(biāo)的時(shí)間戳與接收時(shí)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出手機(jī)與衛(wèi)星之間的距離?？蛇\(yùn)用在定位、測(cè)速、測(cè)量距離與導(dǎo)航等用途。

GPS模塊主要作用是通過(guò)天線來(lái)接收到衛(wèi)星的坐標(biāo)信息幫用戶定位。隨著4G網(wǎng)絡(luò)普及，GPS被應(yīng)用在更多場(chǎng)景，比如與智能硬件配合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程定位監(jiān)控，或是設(shè)備丟失后定位查找。 

指紋傳感器

目前主流的技術(shù)是電容式指紋傳感器，然而超音波指紋傳感器也有逐漸流行起來(lái)趨勢(shì)。電容式指紋傳感器作用時(shí)，手指是電容的一極、另一極則是矽晶片陣列，透過(guò)人體帶有的微電場(chǎng)與電容傳感器之間產(chǎn)生的微電流，指紋的波峰波谷與傳感器之間的距離形成電容高低差，來(lái)描繪出指紋的圖形。

而超音波指紋傳感器原理也類似，但不會(huì)受到汗水、油污的干擾，辨識(shí)速度也更為快速。運(yùn)用在手機(jī)中可用來(lái)解鎖、加密、支付等等?？梢宰詣?dòng)采集用戶指紋，以此實(shí)現(xiàn)保護(hù)隱私的效果，通常被用作一種安全措施。

霍爾傳感器(Hall Sensor)

霍爾傳感器的作用原理是霍爾磁電效應(yīng)，當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差。

霍爾傳感器安裝在手機(jī)上主要功能就是使用智能皮套（磁皮套），扣上皮套后屏幕就會(huì)在皮套上留出的小窗口中出現(xiàn)一個(gè)小窗口界面，用來(lái)接聽(tīng)來(lái)電或閱讀****。

氣壓傳感器(氣壓計(jì)，barometer)

將薄膜與變組器或電容連接在一起，當(dāng)氣壓產(chǎn)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電阻或電容數(shù)值發(fā)生變化，借此量測(cè)氣壓的數(shù)據(jù)。GPS也可用來(lái)量測(cè)海拔高度但會(huì)有10米左右的誤差，若是搭載氣壓傳感器，則可以將誤差校正到1米左右，有助于提高GPS(全球定位系統(tǒng))的精度

此外，在一些戶外運(yùn)用需要測(cè)量氣壓值時(shí)，此時(shí)搭配氣壓傳感器的手機(jī)也能派上用場(chǎng)，在iOS的健康應(yīng)用中，可以計(jì)算出你爬了幾層樓。 

心率傳感器

透過(guò)高亮度的LED燈照射手指，因心臟將血液壓送到毛細(xì)血管時(shí)，亮度(紅光的深度)會(huì)呈現(xiàn)周期性的變化。再透過(guò)攝影機(jī)捕捉這一些規(guī)律性的變化，并將數(shù)據(jù)傳送到手機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算，進(jìn)而判斷心臟的收縮頻率，得出每分鐘的心跳數(shù)。

通過(guò)檢測(cè)用戶手指上血管每分鐘的脈動(dòng)數(shù)量獲得用戶的心率數(shù)據(jù)。心率傳感器在穿戴設(shè)別中比較常見(jiàn)。 

血氧傳感器

和心率傳感器一樣，血液當(dāng)中血紅蛋白與氧合血紅蛋白對(duì)于紅光的吸收比率不同，用紅外光與紅光LED同時(shí)照射手指，并測(cè)量反射光的吸收光譜，借此量測(cè)血含氧量?？捎糜谶\(yùn)動(dòng)或健康領(lǐng)域的應(yīng)用。 

紫外線傳感器

某些半導(dǎo)體、金屬或金屬化合物的光電****效應(yīng)，在紫外線照射下會(huì)釋放出大量電子，透過(guò)檢測(cè)這種放電效應(yīng)可計(jì)算出紫外線強(qiáng)度。主要用途也在運(yùn)動(dòng)與健康領(lǐng)域。探測(cè)環(huán)境中的輻射水平。

 現(xiàn)在應(yīng)用這種傳感器的手機(jī)并不多見(jiàn)，而且測(cè)算的穩(wěn)定性也有待進(jìn)一步觀察。

溫度傳感器

許多智能手機(jī)都配置有溫度傳感器，有的還不止一個(gè)。區(qū)別就在于它們的目的是監(jiān)測(cè)手機(jī)內(nèi)部以及電池的溫度。如果發(fā)現(xiàn)某一部件溫度過(guò)高，手機(jī)就會(huì)關(guān)機(jī)，防止手機(jī)損壞。 擴(kuò)展功能方面，溫度傳感器也能檢測(cè)外界空氣中的溫度變化，甚至是用戶當(dāng)前的體溫。

當(dāng)今智能手機(jī)的技術(shù)水平快速更新，很大程度來(lái)源于手機(jī)中的傳感器技術(shù)的創(chuàng)新突破，利用基礎(chǔ)傳感器的集成應(yīng)用和軟件支持，手機(jī)研發(fā)人員開(kāi)發(fā)出了許多酷炫的手機(jī)功能

超級(jí)安全的3D超聲波指紋識(shí)別

手機(jī)集成了驍龍820芯片組和驍龍Sense ID，其中驍龍Sense ID采用了高通最新開(kāi)發(fā)的超聲波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了3D指紋識(shí)別功能。 

指紋按壓識(shí)別技術(shù)當(dāng)前已經(jīng)成為一些智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備 。而高通驍龍Sense ID與此前技術(shù)不同，在用戶手指有少量污垢或潮濕的情況下仍能工作，甚至能穿透玻璃、鋁、不銹鋼、藍(lán)寶石、塑料等設(shè)備進(jìn)行識(shí)別。這意味著手機(jī)生產(chǎn)商可以將傳感器和設(shè)備融為一體，而不必將指紋識(shí)別單元單獨(dú)做成一個(gè)按鈕這種形式。 

超聲波指紋識(shí)別技術(shù)的三大優(yōu)勢(shì)

因此， 超聲波指紋識(shí)別技術(shù)可以放入平板的屏幕窗口之中。另外在安全方面，也有較大提升，超聲波早已用在專業(yè)的生物識(shí)別領(lǐng)域，它可以穿透表皮層，探測(cè)指紋的三維細(xì)節(jié)，讓黑客難以仿制指紋侵入用戶手機(jī)。

虹膜識(shí)別手機(jī)

人眼的虹膜比指紋更復(fù)雜，因此手機(jī)解鎖采用虹膜識(shí)別比指紋識(shí)別更加安全。用戶只需先通過(guò)專用App拍攝眼球，將眼部虹膜圖案登錄到終端上，從此便可安全使用。虹膜手機(jī)將成為大家支付的錢包、****的金卡、開(kāi)門的鑰匙、通關(guān)的證件、醫(yī)保的憑據(jù)，開(kāi)啟了新一代的互聯(lián)網(wǎng)身份認(rèn)證方式。

手機(jī)內(nèi)置微型虹膜識(shí)別產(chǎn)品，其由成像模塊、照明模塊和軟件算法組成，可以通過(guò)內(nèi)置攝像頭來(lái)掃描用戶的虹膜特征，用戶只需短暫凝視屏幕即可。有效識(shí)別距離為20~30cm，識(shí)別速度達(dá)到1s。基于展訊自主研發(fā)的椒圖安全芯片和元心雙操作系統(tǒng)， 從系統(tǒng)成像、特征描述與匹配、安全防偽、用戶交互等方面對(duì)虹膜識(shí)別方案進(jìn)行優(yōu)化 ，達(dá)到精準(zhǔn)的辨識(shí)度。

RWB技術(shù)打造智美影像

采用RWB技術(shù)的手機(jī)，配備了F1.8光圈和6P鏡頭，對(duì)比以往RGB技術(shù)機(jī)型所拍攝的照片，在降噪能力方面提升了80%，感光提升40%，面積更是降低23%，以更小的后置攝像頭鏡面體積去獲取更多的光線，在弱光下的細(xì)節(jié)表現(xiàn)會(huì)更好。

通常使用的拜耳陣列的圖像傳感器， 采用RGB（紅綠藍(lán)）技術(shù)， 整個(gè)傳感器平均而言會(huì)擋掉三分之二的入射光線，產(chǎn)生了極大的浪費(fèi)。RWB（紅白藍(lán)）相比傳統(tǒng)拜耳陣列傳感器，改善最大的就是高感拍攝性能。由于綠色像素被白色像素取代，傳感器接收到的有效光線強(qiáng)度幾乎翻倍，RWB的高感指標(biāo)也有了明顯提升。

徠卡雙攝像頭

徠卡SUMMARIT系列雙鏡頭，更好的亮度和清晰度表現(xiàn)，使拍攝相片和視頻變得更加輕松。后置的1200萬(wàn)像素黑白和彩色雙攝像頭，拍攝效果可不僅僅是兩個(gè)1200萬(wàn)像素鏡頭拍攝這么簡(jiǎn)單。在拍照的過(guò)程中，雙攝像頭同時(shí)工作，黑白鏡頭捕捉細(xì)節(jié)，成像更清晰；彩色鏡頭捕捉顏色，色彩更飽滿，加上圖像合成算法，讓細(xì)節(jié)與色彩愈加融合，拍出的畫面栩栩如生，驚艷躍于指尖。

 
采用激光對(duì)焦、深度對(duì)焦和對(duì)比度對(duì)焦相結(jié)合的混合對(duì)焦技術(shù)，可以在瞬間拍攝到畫面清晰，層次分明的精彩照片。

全方位健康運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)手機(jī)

這款手機(jī)對(duì)于用戶的健康非常看重，是配備了十大專業(yè)傳感器的手機(jī)，功耗較低，能實(shí)現(xiàn)用戶24小時(shí)對(duì)于專業(yè)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用的使用。另外，更多的傳感器讓這款手機(jī)能夠還原用戶真實(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，精確到三級(jí)臺(tái)階的運(yùn)動(dòng)情況，同時(shí)還能測(cè)量心率、血氧和紫外線。在應(yīng)用算法的支持下，還將能夠準(zhǔn)確識(shí)別用戶的步幅和步頻。

眼球追蹤技術(shù)的3D視覺(jué)感官體驗(yàn)

“全顯手機(jī)”概念，它前置兩顆攝像頭，一顆和普通手機(jī)一樣用于拍照，而另一顆則用于眼球追蹤、捕捉人眼位置，并根據(jù)你的眼部位置、瞳距，定制并實(shí)時(shí)生成相匹配人眼位置的合理視角圖象。無(wú)論是左右前后移動(dòng)，都能全程獲得舒適、清晰的3D視覺(jué)感官體驗(yàn)。

“一屏?雙芯?三攝”是全顯手機(jī)標(biāo)配。一屏即裸眼3D柱狀光柵液晶屏幕，用戶無(wú)需佩戴3D眼鏡就能體驗(yàn)身臨其境的3D、VR視界的震撼，而且可以實(shí)現(xiàn)2D/3D的自由切換。雙芯就是在CPU之外，還有一個(gè)獨(dú)立的VR視覺(jué)運(yùn)動(dòng)芯片，提升3D/VR渲染速度。三攝即在常規(guī)攝像頭之外，增加人眼追蹤攝像頭。

2D/VR自由轉(zhuǎn)換的視像集成手機(jī)

手機(jī)實(shí)現(xiàn)了VR攝像頭和手機(jī)的融合，配備了四顆攝像頭，前后各兩顆，可滿足360度全景拍攝的需求，實(shí)現(xiàn)3D立體效果，同時(shí)也可在VR鏡頭與2D平面鏡頭之間自由切換。

VR攝像頭模組中的CMOS圖像傳感器像素達(dá)到2600萬(wàn)，采用Sony感光器件。超薄VR全景鏡頭的攝像頭模組最厚處僅為23.8mm，為全球最薄的手機(jī)VR攝像頭模組。VR手機(jī)攝像頭采用的是單顆雙目曲折二合一超廣角攝像頭模組，這個(gè)VR攝像頭模組包含兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的成像系統(tǒng)，每個(gè)成像系統(tǒng)由一個(gè)200度超廣角鏡頭和成像傳感器構(gòu)成。鏡頭光路采用90度曲折雙光路設(shè)計(jì)，兩個(gè)攝像頭的光軸一致，大大縮小鏡頭體積，達(dá)到超薄、超輕一體化結(jié)構(gòu)。

VR攝像頭模組還通過(guò)圖像識(shí)別、拼接等算法等，將前后VR攝像頭取景融合為一個(gè)球體，做到兩個(gè)半球的像素大小、顏色、亮度等參數(shù)一致，技術(shù)角度上乃是首創(chuàng)。

超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)完美全息屏

占比91.3%的全息屏毫無(wú)疑問(wèn)帶來(lái)的最大優(yōu)勢(shì)是視覺(jué)上的震撼。傳統(tǒng)的智能手機(jī)頂部的元器件通常有三個(gè)：前置攝像頭、基于紅外測(cè)距原理的接近傳感器、聽(tīng)筒，如何把這三個(gè)元器件藏起來(lái)的呢？

首先，前置攝像頭被設(shè)計(jì)在底部右側(cè)。其次，聽(tīng)筒方面采用陶瓷聲學(xué)系統(tǒng)替代聽(tīng)筒發(fā)聲的工作。

而傳統(tǒng)基于紅外測(cè)距原理的接近傳感器，被采用了超聲波測(cè)距傳感器來(lái)替代。超聲波測(cè)距傳感器將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小的特點(diǎn)，能夠?qū)σ后w、固體進(jìn)行穿透，因此傳感器可以隱藏于手機(jī)屏幕內(nèi)部，避免占用屏幕外部空間。

活體指紋傳感器手機(jī)

采用指靜脈識(shí)別系統(tǒng)（Live Finger Detection），可以有效防止假指紋騙過(guò)指紋識(shí)別的保護(hù)，讓用戶放心使用支付寶、微信支付等平臺(tái)，暢享移動(dòng)支付的安全與便捷。此外，該機(jī)亮屏狀態(tài)輕觸解鎖快至0.15秒，為用戶帶來(lái)更加可靠、流暢的使用體驗(yàn)。

該項(xiàng)指靜脈紋識(shí)別方案是由匯頂科技全球首創(chuàng)并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的。該方案將指紋識(shí)別傳感器和光學(xué)傳感器集成到一顆模組中，在進(jìn)行指紋識(shí)別的同時(shí)，可以通過(guò)光學(xué)傳感器對(duì)人體的心率、血液等用戶的生物特征來(lái)驗(yàn)證用戶的指紋信息真實(shí)性，從而識(shí)別并拒絕偽造或克隆的假指紋，提高支付安全等級(jí)。該方案不僅創(chuàng)新地采用單芯片傳感器，還具有體積小、封裝工藝簡(jiǎn)單、模組生產(chǎn)簡(jiǎn)化的優(yōu)點(diǎn)。

未來(lái)傳感器的發(fā)展可以肯定的是它將更加了解周邊環(huán)境，也就是說(shuō)傳感器的種類將遠(yuǎn)不止現(xiàn)在這些。更大膽的設(shè)想是，未來(lái)的傳感器不僅僅是感知，更具備一定的處理能力，傳感器傳輸?shù)牟粌H僅是數(shù)據(jù)，或許還有一些智能化的操作和判斷。

在傳感器的工藝上，傳感器集成度越來(lái)越高是整個(gè)行業(yè)共同的認(rèn)識(shí)，越高的集成度給傳感器的拓展留下了更多的可能，而且大大節(jié)約了設(shè)備空間，這更有利于移動(dòng)設(shè)備朝向輕便化的發(fā)展。

相信在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，我們手機(jī)對(duì)用戶的感知會(huì)更加精準(zhǔn)，未來(lái)它的應(yīng)用也遠(yuǎn)比我們現(xiàn)在想象的要更加豐富。