这玩意冷门但很重要!陀螺仪你又知多少?

2016-01-29 00:15  出处:PConline原创  作者:笛吹川   责任编辑:kuangweijun 

  【PConline 杂谈】手机里最常被忽略的东西是什么?音频芯片?扬声器?接口?还是传感器?作为被厂商营销影响已久的我们,购机时多关注处理器、摄像头、内存这些大的参数,对一些小的细节却知之甚少,这其中又以传感器最为明显。

陀螺仪知多少

  手机上常见的传感器有光线传感器、距离传感器、气压计、陀螺仪、磁力传感器、温度传感器、心率传感器、指纹传感器等等,它们是手机之所以智能的核心。上述传感器大多从命名中就能知晓大概作用,只有陀螺仪较难让人理解,但它几乎又是当下手机的标配,那陀螺仪到底是什么玩意儿呢?

陀螺仪用于重构空间动作

  2010年,iPhone 4的诞生绝对是手机发展史中里程碑式的事件,作为乔布斯生前发布的最后一款手机,它身上实在有太多亮点,双玻璃的经典外观、苹果自研的第一款A4处理器、视网膜屏幕等等,以至于另一个重大亮点“陀螺仪”有些被埋没,然而这的确是第一款采用了陀螺仪传感器的手机。

陀螺仪有啥用

  作为定义来讲,维基百科解释“陀螺仪是一种用来传感与维持方向的装置,基于角动量守恒的理论设计出来“,这句话很好地解释了陀螺仪的作用在于测量和维持方向。之所以把它加入到手机中,是因为传统采用的加速度计只能检测轴向的线性动作,没法测量、重构完整的3D动作。而陀螺仪就是为了帮助了计算机重构空间上的动作模型。

陀螺仪的前世今生

  陀螺仪由1850年法国物理学家莱昂·傅科在研究地球自传中获得灵感而发明出来的,类似像是把一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上,靠陀螺的方向来计算角速度,和现在小巧的芯片造型大相径庭。在发明的初期,陀螺仪主要用在航海中,之后逐渐拓宽到飞机和导弹中,如今已经凭借出色的制导性能被广泛应用于航天领域。

陀螺仪有啥用

  但是,这种体积巨大的机械式陀螺仪显然不符合电子时代的要求,它结构复杂、精度一般、易受震动等外界因素影响,对制造工艺有极高要求,所以自上个世纪七十年代以来,陀螺仪的发展进入了一个全新的阶段。

  十九世纪八十年代,以光导纤维线圈为基础敏感元件的光纤陀螺仪流行起来,它通过光传播的路径变化计算角位移,相较机械陀螺仪寿命长、动态范围大、瞬时启动快、结构简单、尺寸小而轻。同时,激光陀螺仪也有突破,它通过光程差来测量旋转角速度,优点和光纤陀螺仪差不多,但成本高一些。

陀螺仪有啥用

  而我们现在智能手机上采用的陀螺仪是MEMS(微机电)陀螺仪,它精度并不如前面说到的光纤和激光陀螺仪,需要参考其他传感器的数据才能实现功能,但其体积小、功耗低、易于数字化和智能化,特别是成本低,易于批量生产,非常适合手机、汽车牵引控制系统、医疗器材这些需要大规模生产的设备。

陀螺仪有啥用

手机中陀螺仪的作用

  将用于测量和维持方向的MEMS陀螺仪用在手机上有什么作用呢?

  首先就是乔布斯在发布会重点讲解的游戏控制。相比传统重力感应器只能感应左右两个维度的(多轴的重力感应是可以检测到物体竖直方向的转动,但角度难判断)变化,陀螺仪通过对偏转、倾斜等动作角速度的测量,可以实现用手控制游戏主角的视野和方向。比如在飞行游戏中,手机即可作为方向盘控制飞机,只需变换不同角度倾斜手机,飞机就会相应做出上下左右前后的联动。类似的游戏主要以竞速和模拟驾驶类居多。

陀螺仪有啥用

  其次,可以帮助手机摄像头防抖。在我们按下快门时,陀螺仪测量出手机翻转的角度,将手抖产生的偏差反馈给图像处理器,用计算出的结果控制补偿镜片组,对镜头的抖动方向以及位移作出补偿,实现更清晰的拍照效果。

  再者,是能辅助GPS进行惯性导航。特别是在没有GPS信号的隧道、桥梁或高楼附近,陀螺仪会测量运动的方向和速度,将速度乘以时间获得运动的距离,实现精确定位导航,并能修正导航线路。这也是目前导航仪和汽车上的标配了。

陀螺仪有啥用

  最后,还可协助用户界面实现动作感应。这也是最常见的功能,比如iOS的动态壁纸,之所以能随着手机角度调整发生偏移,就是靠陀螺仪检测完成的。另外,有些手机还能通过前后倾斜手机实现通讯录的上下滚动,左右倾斜手机实现浏览页面的左右移动或者放大缩小,都是相同的原理。

总结

  总的说来,陀螺仪看似不起眼,但实用性却是非常高的。而目前主流的智能机基本都配备了陀螺仪,只是我们在日常使用中没有感受到它的作用罢了。随着智能手机能实现的功能越来越多,陀螺仪也会配合其他传感器去完成各种任务,而对于我们用户来说,当然是坐享其成啦。

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