詳解冷門(mén)但很重要的手機陀螺儀

　　手機里最常被忽略的東西是什么？音頻芯片？揚聲器？接口？還是傳感器？作為被廠(chǎng)商營(yíng)銷(xiāo)影響已久的我們，購機時(shí)多關(guān)注處理器、攝像頭、內存這些大的參數，對一些小的細節卻知之甚少，這其中又以傳感器最為明顯。

　　手機上常見(jiàn)的傳感器有光線(xiàn)傳感器、距離傳感器、氣壓計、陀螺儀、磁力傳感器、溫度傳感器、心率傳感器、指紋傳感器等等，它們是手機之所以智能的核心。上述傳感器大多從命名中就能知曉大概作用，只有陀螺儀較難讓人理解，但它幾乎又是當下手機的標配，那陀螺儀到底是什么玩意兒呢？

　　陀螺儀用于重構空間動(dòng)作

　　2010年，iPhone 4的誕生絕對是手機發(fā)展史中里程碑式的事件，作為喬布斯生前發(fā)布的最后一款手機，它身上實(shí)在有太多亮點(diǎn)，雙玻璃的經(jīng)典外觀(guān)、蘋(píng)果自研的第一款A4處理器、視網(wǎng)膜屏幕等等，以至于另一個(gè)重大亮點(diǎn)“陀螺儀”有些被埋沒(méi)，然而這的確是第一款采用了陀螺儀傳感器的手機。

　　作為定義來(lái)講，維基百科解釋“陀螺儀是一種用來(lái)傳感與維持方向的裝置，基于角動(dòng)量守恒的理論設計出來(lái)“，這句話(huà)很好地解釋了陀螺儀的作用在于測量和維持方向。之所以把它加入到手機中，是因為傳統采用的加速度計只能檢測軸向的線(xiàn)性動(dòng)作，沒(méi)法測量、重構完整的3D動(dòng)作。而陀螺儀就是為了幫助了計算機重構空間上的動(dòng)作模型。

　　陀螺儀的前世今生

　　陀螺儀由1850年法國物理學(xué)家萊昂·傅科在研究地球自傳中獲得靈感而發(fā)明出來(lái)的，類(lèi)似像是把一個(gè)高速旋轉的陀螺放到一個(gè)萬(wàn)向支架上，靠陀螺的方向來(lái)計算角速度，和現在小巧的芯片造型大相徑庭。在發(fā)明的初期，陀螺儀主要用在航海中，之后逐漸拓寬到飛機和導彈中，如今已經(jīng)憑借出色的制導性能被廣泛應用于航天領(lǐng)域。

　　但是，這種體積巨大的機械式陀螺儀顯然不符合電子時(shí)代的要求，它結構復雜、精度一般、易受震動(dòng)等外界因素影響，對制造工藝有極高要求，所以自上個(gè)世紀七十年代以來(lái)，陀螺儀的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。

　　十九世紀八十年代，以光導纖維線(xiàn)圈為基礎敏感元件的光纖陀螺儀流行起來(lái)，它通過(guò)光傳播的路徑變化計算角位移，相較機械陀螺儀壽命長(cháng)、動(dòng)態(tài)范圍大、瞬時(shí)啟動(dòng)快、結構簡(jiǎn)單、尺寸小而輕。同時(shí)，激光陀螺儀也有突破，它通過(guò)光程差來(lái)測量旋轉角速度，優(yōu)點(diǎn)和光纖陀螺儀差不多，但成本高一些。

　　而我們現在智能手機上采用的陀螺儀是MEMS（微機電）陀螺儀，它精度并不如前面說(shuō)到的光纖和激光陀螺儀，需要參考其他傳感器的數據才能實(shí)現功能，但其體積小、功耗低、易于數字化和智能化，特別是成本低，易于批量生產(chǎn)，非常適合手機、汽車(chē)牽引控制系統、醫療器材這些需要大規模生產(chǎn)的設備。

　　手機中陀螺儀的作用

　　將用于測量和維持方向的MEMS陀螺儀用在手機上有什么作用呢？

　　首先就是喬布斯在發(fā)布會(huì )重點(diǎn)講解的游戲控制。相比傳統重力感應器只能感應左右兩個(gè)維度的（多軸的重力感應是可以檢測到物體豎直方向的轉動(dòng)，但角度難判斷）變化，陀螺儀通過(guò)對偏轉、傾斜等動(dòng)作角速度的測量，可以實(shí)現用手控制游戲主角的視野和方向。比如在飛行游戲中，手機即可作為方向盤(pán)控制飛機，只需變換不同角度傾斜手機，飛機就會(huì )相應做出上下左右前后的聯(lián)動(dòng)。類(lèi)似的游戲主要以競速和模擬駕駛類(lèi)居多。

　　其次，可以幫助手機攝像頭防抖。在我們按下快門(mén)時(shí)，陀螺儀測量出手機翻轉的角度，將手抖產(chǎn)生的偏差反饋給圖像處理器，用計算出的結果控制補償鏡片組，對鏡頭的抖動(dòng)方向以及位移作出補償，實(shí)現更清晰的拍照效果。

　　再者，是能輔助GPS進(jìn)行慣性導航。特別是在沒(méi)有GPS信號的隧道、橋梁或高樓附近，陀螺儀會(huì )測量運動(dòng)的方向和速度，將速度乘以時(shí)間獲得運動(dòng)的距離，實(shí)現精確定位導航，并能修正導航線(xiàn)路。這也是目前導航儀和汽車(chē)上的標配了。

　　最后，還可協(xié)助用戶(hù)界面實(shí)現動(dòng)作感應。這也是最常見(jiàn)的功能，比如iOS的動(dòng)態(tài)壁紙，之所以能隨著(zhù)手機角度調整發(fā)生偏移，就是靠陀螺儀檢測完成的。另外，有些手機還能通過(guò)前后傾斜手機實(shí)現通訊錄的上下滾動(dòng)，左右傾斜手機實(shí)現瀏覽頁(yè)面的左右移動(dòng)或者放大縮小，都是相同的原理。

　　總結

　　總的說(shuō)來(lái)，陀螺儀看似不起眼，但實(shí)用性卻是非常高的。而目前主流的智能機基本都配備了陀螺儀，只是我們在日常使用中沒(méi)有感受到它的作用罷了。隨著(zhù)智能手機能實(shí)現的功能越來(lái)越多，陀螺儀也會(huì )配合其他傳感器去完成各種任務(wù)，而對于我們用戶(hù)來(lái)說(shuō)，當然是坐享其成啦。