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| 本文作者： 陳圳 | 2016-10-11 09:35 |
雷鋒網(wǎng)按：本文作者桑文鋒，神策數(shù)據(jù)創(chuàng)始人兼 CEO，前百度大數(shù)據(jù)部技術(shù)經(jīng)理。
最近一段時(shí)間我把蘋果這十年的 iPhone 發(fā)布會(huì)都看了一遍，目的只有一個(gè)，就是研究 iPhone 在傳感器使用上的演進(jìn)。所謂傳感器（Sensor），就是能夠感知周圍環(huán)境并輸出電信號(hào)的元器件。像麥克風(fēng)，就是一個(gè)能夠感知周圍聲音的傳感器，而攝像頭就是視覺傳感器。
人通過耳朵、眼睛、皮膚、鼻子等感知周圍的刺激，進(jìn)而做出決策，智能設(shè)備同樣如此。我認(rèn)為 iPhone 之所以強(qiáng)大，除了具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和 iOS 操作系統(tǒng)，很重要的一點(diǎn)就是采用了各種先進(jìn)的傳感器，采集周邊的數(shù)據(jù)。接下來我就按時(shí)間順序講解 iPhone 上所采用的傳感器，帶你領(lǐng)略蘋果的黑科技。
多點(diǎn)觸控屏幕
2007 年初，蘋果對(duì)外發(fā)布了它們的新產(chǎn)品 iPhone，在這之前，iPod 已經(jīng)非常普及，許多人都在設(shè)想蘋果的手機(jī)會(huì)是什么樣子，有人將 iPod 的觸控滾輪 PS 為老式電話的撥號(hào)盤，等 iPhone 真正展現(xiàn)到大家眼前時(shí)，還是驚呆了。這款手機(jī)竟然沒有實(shí)體按鍵！
當(dāng)然，沒有實(shí)體按鍵的智能手機(jī)之前也有，但需要配置一只筆，因?yàn)椴捎玫氖请娮杵聊唬`敏度是個(gè)問題。iPhone 的屏幕采用了電容屏幕，反應(yīng)靈敏，并且支持多點(diǎn)觸控，通過十個(gè)手指就可以很精準(zhǔn)的操作。就連產(chǎn)品發(fā)布后，許多人還在懷疑打字的時(shí)候會(huì)不會(huì)太痛苦，你現(xiàn)在低頭看看自己的手機(jī)，就知道現(xiàn)在已經(jīng)不是個(gè)問題了。多點(diǎn)觸控屏幕，讓 iPhone 有了觸覺。
近距離傳感器（Proximity sensor）
在 iPhone 的正面，有一個(gè)近距離傳感器，通過紅外線感應(yīng)，可以檢測(cè)到人臉與手機(jī)屏幕的距離，如果非常貼近，就會(huì)將屏幕關(guān)掉，這樣既能省電，又能避免臉部觸碰產(chǎn)生的誤操作。
光度傳感器（Ambient light sensor）
在正面還有個(gè)光度傳感器，可以獲取到周邊的光亮強(qiáng)度，這樣就可以智能的調(diào)節(jié)屏幕亮度了。
加速度傳感器（Accelerometer）
加速度傳感器用來感知手機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況，它的原理就像在一個(gè)盒子里裝個(gè)鐵球，由于重力的作用，如果轉(zhuǎn)動(dòng)盒子的方向，各個(gè)側(cè)面收到的鐵球的壓力是不同的，以此來判斷盒子的朝向。
基于加速度傳感器，iPhone 可以實(shí)現(xiàn)橫屏?xí)r，內(nèi)容自動(dòng)轉(zhuǎn)成寬屏顯示。近距離傳感器、光度傳感器再加上加速度傳感器，一下子讓 iPhone 的智能化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)時(shí)的半吊子智能手機(jī)，更別提功能機(jī)了。
200萬像素?cái)z像頭
iPhone 一代配備了 200 萬像素的攝像頭，這并不高，我 2007 年買的諾基亞 7500 也是 200 萬像素。但拍照效果，并不是只有像素所決定的。
每個(gè)像素就像一個(gè)坑，每個(gè)坑里能夠吸收到光線情況是有差異的（我在 iPhone 5S 部分會(huì)更詳細(xì)講解）。再加上蘋果的高清屏幕，拍出來的照片，就是更加好看。
麥克風(fēng)
有了麥克風(fēng)，就可以聽到聲音了，iPhone 有了耳朵。
濕度傳感器（Moisture Sensor，并不是真正的傳感器）
每代 iPhone 都有濕度傳感器，主要是監(jiān)測(cè) iPhone 是否浸水。它只是濕度試紙，如果浸水，就會(huì)變紅色，蘋果店會(huì)拒絕維修。
經(jīng)網(wǎng)友指正，這東西叫浸液指示器，隱藏在充電口、耳機(jī)口、卡槽等位置，并不是標(biāo)準(zhǔn)的傳感器，但能起到感知環(huán)境的作用。
2G / Wi-Fi / 藍(lán)牙（BlueTooth）
iPhone 一代只支持 2G 信號(hào)，像手機(jī)信號(hào)就是電磁波。其實(shí)我們看到的光也是電磁波，聽到這句話可能文科生已經(jīng)暈了，有興趣可以重學(xué)一下高中物理，我中文系畢業(yè)的媳婦年初的時(shí)候就在網(wǎng)上買了一套高中物理教材。
不同的信號(hào)，需要不同的接收器進(jìn)行解碼操作。2G 信號(hào)接收器，就是一個(gè)可以感知 2G 電磁波的“眼睛”。有了 Wi-Fi 傳感器，就可以連接 Wi-Fi 了，沒錯(cuò)，Wi-Fi 信號(hào)也是電磁波。藍(lán)牙也是接收某一頻段電磁波的傳感器。
許多專業(yè)人士或網(wǎng)友并不同意將這些信號(hào)接收設(shè)備歸為傳感器，它們只是信號(hào)接收裝置，并沒有一個(gè)把一種物理量轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娏康倪^程。
而我認(rèn)為正是有了這些裝置，才讓手機(jī)能夠“感知”到這些信號(hào)。像人體雖然籠罩在各種無線信號(hào)之下，但卻不能感知。我這種歸類方法大家不要當(dāng)成專業(yè)劃分，權(quán)當(dāng)促進(jìn)思考的手段吧。
3G
在 iPhone 二代，增加了對(duì) 3G 信號(hào)的支持，在上網(wǎng)速度上，有了比較大的飛躍。
GPS
有了 GPS 傳感器，可以通過衛(wèi)星信號(hào)，定位手機(jī)的當(dāng)前位置。同樣，專業(yè)人士不認(rèn)為 GPS 是傳感器。
300 萬像素?cái)z像頭
iPhone 三代把攝像頭升級(jí)到了 300 萬像素，并且增加了視頻錄制功能。
磁力傳感器（Compass）
有了 GPS，雖然能夠定位，但是無法辨別方向。只有你拿著手機(jī)朝一個(gè)方向走上 20 米，才能通過位移估算你的方向，但這還是不夠精準(zhǔn)。在衛(wèi)星信號(hào)不好的地方，定位的偏差可能都有幾百米，這種估算的方向完全不可信。
有了磁力傳感器就不一樣了，就是手機(jī)有了指南針，打開地圖，我們不只是知道當(dāng)前位置，還會(huì)知道我們當(dāng)前的手機(jī)朝向，再也不用看著太陽辨別方向了（這種古老的技術(shù)，我發(fā)現(xiàn)周圍許多人都無法掌握）。
陀螺儀（Gyroscope）
你應(yīng)該打過陀螺，也見過獨(dú)輪電動(dòng)平衡車，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)特性就是可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)位移，來計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)的傾斜，但無法很好的計(jì)算手機(jī)的旋轉(zhuǎn)，特別在玩一些賽車游戲的時(shí)候，你無法實(shí)現(xiàn)手機(jī)晃動(dòng)靈敏的控制方向盤。
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，通過轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電容變化量來測(cè)定角速度，再配合加速度計(jì)傳感器，來計(jì)算姿態(tài)。
（PS：本來我以為自行車的平衡也是用了陀螺儀的原理，后經(jīng)網(wǎng)友指正不是，有興趣的了解的見：如何解釋自行車的平衡原理？ - 物理學(xué)）
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)本身是否過熱。手機(jī)溫度過熱時(shí)，會(huì)提示關(guān)機(jī)一段再開機(jī)。
500 萬像素?cái)z像頭
攝像頭升級(jí)到了 500 萬像素，拍照效果更好。這里要說的是，iPhone 的閃光燈，會(huì)根據(jù)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(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，目前還沒有第二個(gè)人。羅永浩在 3 年前曾經(jīng)嘗試過，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 萬像素?cái)z像頭
iPhone 4S 攝像頭升級(jí)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(yīng)速度，等待時(shí)間縮短。
4G（LTE）
增加了 4G 信號(hào)接收器，上網(wǎng)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(jí)到了 120 萬像素。
三麥克風(fēng)
我問了身邊好幾個(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？都沒有回答出來。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)诖螂娫挄r(shí)，聲音會(huì)傳給耳機(jī)孔旁的麥克風(fēng)，但周圍可能有噪音。
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)說話對(duì)方聽不到，幾周前發(fā)現(xiàn)插上耳機(jī)可以聽到。而平時(shí)打電話是正常的，說明我的麥克風(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)別我說話。于是我在網(wǎng)上查資料，漸漸意識(shí)到 Siri 并不是通過 Home 鍵旁邊的麥克風(fēng)接收語音的，而是用了聽筒內(nèi)部的那個(gè)隱藏麥克風(fēng)。我就去蘋果店進(jìn)行了檢測(cè)，果真是隱藏麥克風(fēng)壞了。坑爹的是這個(gè)麥克風(fēng)是和屏幕一體的，如果要解決這個(gè)問題，就得花 1100 元更換屏幕，想想還是算了。
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，是專為傳感器服務(wù)的處理器）
傳感器越來越多，對(duì) 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(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(shè)計(jì)出來專門為傳感器信息處理服務(wù)的，我把它列出來，主要是為了強(qiáng)調(diào)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(gè)誤區(qū)，就是覺得攝像頭的像素越多越好，比如會(huì)覺得 1200 萬像素的攝像頭要比 800 萬像素的更好。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(zhì)量就大打折扣了。所以蘋果說“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。
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，但是蘋果擅長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)我這樣的戶外愛好者來說，爬上某個(gè)山頭，就可以看看到底有多高了。
可能有人會(huì)有一個(gè)疑惑，我們?cè)诔踔姓n本里不是學(xué)過，空氣濕度對(duì)氣壓的影響嗎？會(huì)不會(huì)因?yàn)樘鞖獠煌瑢?duì)測(cè)試的誤差影響很大？從我目前收集到的資料來看，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)。按道理來說，就不需要再有專門的加速度傳感器了，可以二合一了。可有人拆機(jī)后發(fā)現(xiàn)，還有專門的加速度傳感器，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(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，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(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)。
壓力傳感器（3D Touch）
iPhone 6S 增加了屏幕壓力傳感器，能夠采集到按壓力度，這樣在交互上可以玩出新花樣來。屏幕能夠感知到手按壓的力度，但人并不會(huì)感受到屏幕真的被按壓下去了。
為了給人以反饋，內(nèi)部增加了一個(gè)叫 TAPTIC Engine 的設(shè)備，根據(jù)壓力，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這樣人就能感受到按壓了。但目前來看，這一功能的應(yīng)用并不是特別廣泛。
500 萬像素前置攝像頭
前置攝像頭都 500 萬像素了。
1200 萬像素?cái)z像頭
后置攝像頭升級(jí)到了 1200 萬，光感更好。
在今年初，蘋果還發(fā)布了 iPhone SE，主要是迎合喜歡小屏幕的客戶。外觀上就是 iPhone 5S 的翻版，配置上更接近 iPhone 6S，如攝像頭是 1200 萬像素的，只是沒有 3D Touch 功能。沒有太多可說的地方，直接跳過。
非機(jī)械按壓 Home 鍵
iPhone 將 Home 鍵換成了非機(jī)械按壓式的，如果你按著沒感覺，是不是很不爽？所以蘋果把在實(shí)現(xiàn) 3D Touch 所用到的 TAPTIC Engine 振動(dòng)器加大，按壓的時(shí)候振動(dòng)一下，給你一種錯(cuò)覺，按鍵按壓下去了。
有了這種方式，一是不容易損壞（有人擔(dān)憂按鍵是不會(huì)壞了，振動(dòng)器是不是更容易壞了？），二是防水性更好，三是在玩游戲的時(shí)候，可以采用振動(dòng)反饋，想象一下振動(dòng)手柄。
700 萬像素前置攝像頭
前置攝像頭都升級(jí)到了 700 萬像素。
更好的攝像頭
采用更快速的圖像傳感器，拍照更快了。并且在 iPhone 7 上，也增加了只有在 Plus 系列才有的光學(xué)防抖。
閃爍傳感器（Flicker sensor）
我們平時(shí)用的電燈之類的，都是交流電人造光，看著光線很穩(wěn)定，實(shí)際是在不斷的閃爍。這樣在拍照時(shí)，因?yàn)閳D像傳感器是一行行采集的圖像，這樣不同行采到的人造光影響可能就不一樣，會(huì)導(dǎo)致拍出來的照片色彩不均。
于是蘋果增加了一個(gè)閃爍傳感器，不斷采集到光線情況，這樣在圖像處理時(shí)，就可以進(jìn)行修正。閃爍傳感器應(yīng)該是和圖像傳感器放在一起的一塊芯片，獲取光線應(yīng)該就是通過鏡頭，這點(diǎn)還有待確認(rèn)。
雙攝像頭
iPhone 7 Plus 采用了雙攝像頭，一個(gè)廣角一個(gè)長焦，可以照顧兩種需求，并且能拍微距照片。正是這個(gè)雙攝像頭吸引了我，我決定換手機(jī)了。
寫到這里，我發(fā)現(xiàn)整個(gè)內(nèi)容里，攝像頭的比例非常大，可見蘋果在攝像頭上所花費(fèi)的功夫。
通過上面的回顧，我們看到蘋果在傳感器使用上可謂越來越廣泛。事實(shí)上，不止是蘋果，其他公司也同樣在采用越來越多的傳感器。有了各種傳感器，就可以采集到各種數(shù)據(jù)，再加上大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，就可以挖掘越來越多的價(jià)值。我覺得未來可能通上電的設(shè)備，都會(huì)帶有傳感器，而傳感器會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，正是基于這點(diǎn)考慮，我把現(xiàn)在的創(chuàng)業(yè)公司起名叫 Sensors Data，我覺得未來是傳感器時(shí)代。
參考資料：
歷年蘋果發(fā)布會(huì)。
歷代 iPhone 你愛誰：庫克的腎7已在路上 歷代iPhone你愛誰?__info.91.com
加速計(jì)原理：加速計(jì)原理 - decemberd的專欄
加速計(jì)與陀螺儀：加速計(jì)與陀螺儀
iPhone 內(nèi)部的傳感器：The Senors That Make the iPhone So Cool
iOS 設(shè)備常見傳感器：iOS 設(shè)備常見傳感器
iPhone6設(shè)計(jì)奧秘：iPhone6設(shè)計(jì)奧秘：InvenSense和Bosch加速度計(jì)
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