詳解蘋(píng)果iPhone近十年采用過(guò)的傳感器

　　四、iPhone 4(2010)

　　陀螺儀(Gyroscope)

　　你應該打過(guò)陀螺，也見(jiàn)過(guò)獨輪電動(dòng)平衡車(chē)，這兩種東西都利用了一種物理原理。就是轉動(dòng)的物體，會(huì )沿著(zhù)軸心方向保持穩定。轉動(dòng)的陀螺即使被碰一下，還是會(huì )晃動(dòng)幾下回到穩定朝下。而陀螺儀還有個(gè)特性就是可以通過(guò)轉動(dòng)位移，來(lái)計算出轉動(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的傾斜，但無(wú)法很好的計算手機的旋轉，特別在玩一些賽車(chē)游戲的時(shí)候，你無(wú)法實(shí)現手機晃動(dòng)靈敏的控制方向盤(pán)。有了陀螺儀就不一樣了，喬布斯在現場(chǎng)演示了一個(gè)拆積木的游戲，通過(guò)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(jiàn)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(guò)轉動(dòng)時(shí)的電容變化量來(lái)測定角速度，再配合加速度計傳感器，來(lái)計算姿態(tài)。

　　內部溫度傳感器(Internal Temperature Sensor)

　　iPhone 4 上還有個(gè)溫度傳感器，并不是為了測外部溫度，主要是為了監測手機本身是否過(guò)熱。手機溫度過(guò)熱時(shí)，會(huì )提示關(guān)機一段再開(kāi)機。

　　500 萬(wàn)像素攝像頭

　　攝像頭升級到了 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，可以看到對方的臉了。

　　雙麥克風(fēng)

　　在手機的頂部耳機插口旁邊，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)

　　藍牙 4.0(Bluetooth 4.0)

　　iPhone 4S 據說(shuō)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(kāi)著(zhù)藍牙也不用擔心費電，這主要為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代做鋪墊。

　　800 萬(wàn)像素攝像頭

　　iPhone 4S 攝像頭升級到了 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速度，等待時(shí)間縮短。

　　六、iPhone 5(2012)

　　4G(LTE)

　　增加了 4G 信號接收器，上網(wǎng)速度和用 Wi-Fi 沒(méi)區別了。

　　120 萬(wàn)像素前置攝像頭

　　iPhone 5 的前置攝像頭升級到了 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 健下側的耳機孔旁邊，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。我們在打電話(huà)時(shí)，聲音會(huì )傳給耳機孔旁的麥克風(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，就達到了降噪的目的，讓聲音更清晰。

　　One more thing，在正面耳機的聽(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)現自己的 iPhone 6 Plus 在微信視頻時(shí)說(shuō)話(huà)對方聽(tīng)不到，幾周前發(fā)現插上耳機可以聽(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，并想嘗試一下新的 Siri，結果發(fā)現 Siri 并不能識別我說(shuō)話(huà)。于是我在網(wǎng)上查資料，漸漸意識到 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)筒內部的那個(gè)隱藏麥克風(fēng)。我就去蘋(píng)果店進(jìn)行了檢測，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(gè)識別指紋的傳感器。

　　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 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)的數據采集與處理，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)果設計出來(lái)專(zhuān)門(mén)為傳感器信息處理服務(wù)的，我把它列出來(lái)，主要是為了強調蘋(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，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(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，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(cháng)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。(據說(shuō)現在已經(jīng)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(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，我們在初中課本里不是學(xué)過(guò)，空氣濕度對氣壓的影響嗎?會(huì )不會(huì )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(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。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后發(fā)現，還有專(zhuān)門(mén)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(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(chǎng)景，再用六軸陀螺儀。蘋(píng)果在細節設計上，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(dòng)對焦)的技術(shù)，可以使對焦速度更快。具體技術(shù)細節我也不懂，據說(shuō)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(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，監測到抖動(dòng)的加速度情況，進(jìn)而計算出位移情況，將攝像頭向相反的方向移動(dòng)，就實(shí)現了去除抖動(dòng)帶來(lái)的影響。當然，為了實(shí)現這一點(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)。