手機只要性能就夠了？這些隱藏的感測器表示不服！

如何權衡一款智能手機的好壞？外觀設計、用料、屏幕素質、處理器、內存和快閃記憶體規格、攝像頭品質等都是核心要素，但在這些表層硬體之下，還有很多小晶元會影響手機的實際體驗。它們，就是負責智能手機感知的各類感測器。

*****源於光的反映*****

智能手機頂部的開孔最為熱鬧，在這裡存在兩個至關重要的元件：光線感測器和距離感測器，雖然它們都是對光作出反應，但原理和用途卻有著雲泥之別。請注意，所謂的開孔不是指在表面玻璃上鑽穿出一個洞，而是只要讓滿足條件的光能夠從前面板玻璃對應的位置通過就行了。

光線感測器

拋開性能不談，護眼和續航也是時下智能手機要重點考核的對象。而光線感測器，就是可為護眼和續航加分的存在。

光線感測器通常位於聽筒附近，它的作用是用來檢測周圍環境的亮度，並將實時數據反饋給CPU，再結合系統的預設實現自動調節顯示屏亮度：白天或戶外調高亮度、室內或夜晚調低亮度。而感測器感光的靈敏度、系統層面對屏幕亮度的分級都會影響到自動亮度的體驗。

比如，有些手機屏幕最暗可以降到1nit，用於匹配沒有一點光線的純黑環境。而有些手機屏幕最暗也有20nit，在純黑環境下使用還是略有刺眼的感覺。此外，光線感測器也分不同檔次，目前高端機型普遍採用可獨立測量白、紅、綠和藍光亮度的感測器，所以可以實現更為精準的光線採集。

總之，如何將感測器反饋的亮度數據，匹配一個最合理、不刺眼又看著舒服的亮度參數，這就能體現不同手機廠商在軟硬體層面的調校實力了。

距離感測器

很多人都以為光線和距離感測器是通用的，因為很多手機在屏幕頂部揚聲器附近除了前置攝像頭就留了一個孔。

實際上，它們是兩個獨立的感測器，只是以iPhone 6為代表的手機們為了美觀，將光線感測器開孔的表面塗了一層和頂蓋顏色相同的油墨，將其隱藏了起來，所以我們只能看到距離感測器的開孔。

用強光照射可以讓光線感測器開孔顯露出來

問題來了，為什麼智能手機總會選擇隱藏光線感測器的開孔，而不是「幹掉」距離感測器的開孔呢？

原因很簡單，經過處理的表面塗層對光線的過濾不大，不會影響光線感測器對環境光線的識別和抓取。

但距離感測器的結構比較特殊，它是由1個紅外LED燈和1個紅外輻射光線探測器構成，其工作原理是當紅外LED燈發出的紅外光（不可見）由附近的物體反射後（比如打電話時手機貼近耳朵附近時），會被紅外輻射光線探測器探測到，此時距離感測器會發給CPU一個信號，通知系統可以關閉屏幕，防止通話時屏幕接觸耳朵或臉部而引發誤操作。當通話結束手機離開臉部時，光線感測器則會通知CPU點亮屏幕，不影響用戶後續的操作。

由於距離感測器是對紅外光作出反應，所以它需要讓更多的紅外光通過，就需要在感測器開孔對應的玻璃下方塗抹一層黑色紅外油墨。因此，如果是白色款手機，距離感測器將是一個非常明顯且略微泛紅的孔洞，而黑色款手機距離感測器則幾乎不可見。

霍爾感測器

早期的智能手機還會藉助距離感測器實現翻蓋式保護套的解鎖，只是這種全局性的距離感應開/關屏幕很難匹配帶天窗的保護套。而霍爾感測器的出現，則恰好解決了天窗保護套的各種動作設置。這種磁性翻蓋手機套在合上蓋子和打開蓋子時，會有信號接近和遠離霍爾感測器，感應器再傳遞信號給CPU去控制手機亮屏和滅屏，或是在屏幕對應保護套天窗的位置內顯示相關畫面。需要注意的是，出於省電的考慮，激活霍爾開關可能還需要打開手機設置中的「皮套模式」選項。

*****為安全而生的存在*****

三星從Galaxy Note 7開始引入了虹膜識別的概念，通過掃描眼球就能實現安全驗證，其安全指數甚至要在指紋識別之上。此外，蘋果iPhone X也提出了面部ID的概念，安全性更是秒指紋識別幾條街。

虹膜識別感測器模組

以三星最早的虹膜手機Galaxy Note 7為例，這款手機屏幕上方除了前置攝像頭以外還有2個「窟窿」，裡面分別嵌入了一枚紅外IR LED和虹膜攝像頭。IR LED就不用說了，它的用途是讓「夜晚變成白天」（和攝像機的夜間模式類似），晚上不開燈也不影響識別效率。

而虹膜攝像頭可就厲害了，它內置CMOS圖像感測器、微型光學鏡頭、紅外濾光片等部件，其中圖像感測器提高了對紅外部分的感光能力，可以在25cm～60cm的距離內採集到清晰的虹膜圖像。當手機啟動虹膜識別功能後，IR LED和虹膜攝像頭就將同時啟動，並經歷虹膜圖像獲取、圖像預處理、特徵提取和特徵匹配四個步驟。

面部ID的感測器模組

iPhone X面部ID與其他智能手機所用的人臉解鎖有著本質上的區別，它實現了對面部信息收集從2D到3D的進化。簡單來說，iPhone X在採集面部信息時，前置攝像頭基本就是擺設，而是依靠紅外鏡頭、泛光感應元件和點陣投影器的協同配合。

其中，點陣投影器會發射30000多個肉眼不可見的光點投影在你的臉部，繪製出三維建模的立體面譜，紅外鏡頭則會讀取這些點陣圖案，並將信息發送到A11仿生晶元的安全隔離區進行匹配對照，而泛光感應則是確保識別面部不受環境光線的影響。

*****體感類健身教練*****

智能手機都能根據手機方向實現屏幕的旋轉，在安裝微信運動後還能統計每天的走路步數，玩遊戲時還能通過傾斜手機進行操作。而這些功能的背後，少不了重力、加速度和陀螺儀感測器的幫忙。而這三顆感測器晶元，也經常客串手機里健身教練的角色。

重力感測器

重力感測器應該是智能手機領域歷史最為悠久的感測器之一，它是一種內置重力搖桿的裝置，利用壓電效應來判斷手機當前的水平方向。藉助這個感測器，智能手機曾先後實現了自動旋轉屏幕、搖晃手機切換界面、甩歌甩屏、翻轉靜音和水平儀等實用的小功能。

加速度感測器

加速度感測器的原理和重力感測器類似，都是通過壓電效應在三個維度獲取數據。如果說重力感測器只是用來測定手機X、Y軸的水平方向，那加速度感測器則可在此基礎上計算X、Y、Z軸的方向、線性加速度和路徑。

有了它，系統就能辨別手機的狀態是否是平放，當前屏幕方向到底是向上還是向下。如果說通過重力感測器可以（通過翻轉手機）完美玩滾鋼珠一類的2D遊戲，那依靠加速度感測器就能控制3D遊戲了。

陀螺儀感測器

陀螺儀是一種基於角動量守恆理論設計出來的，用來感測與維持方向的裝置。如今智能手機普遍內置3軸陀螺儀，而它又通常和3軸的加速度感測器搭配使用，二者結合後也就是我們常念叨的「6軸陀螺儀」。像《神廟逃亡》一類的遊戲就是成功發揮6軸陀螺儀的典範，加速度感測器用來感應三個方向的直線加速度，而陀螺儀則用來感知角速度。

奮鬥在這些應用場景

隨著產業鏈的成熟，原本屬於高檔貨的加速度感測器和陀螺儀已經不存在成本壓力，哪怕是千元手機也普遍將它們納為了標配。缺少存在感的它們，其實仍在其他領域貢獻著自己的力量。

比如現在很多地圖軟體都新增了室內導航，集合速度感測器、陀螺儀和後面會提到的電子羅盤和氣壓計等感測器匯總的數據可以作為室內導航（或途徑複雜高架橋）的依據，在沒有GPS信號的商場內也能知道你拐了幾道彎，上了幾層樓，以便準確找到所需的商鋪。

再比如，很多人都覺得中低端手機玩起VR來很暈，而旗艦級手機就會好很多。原因就是旗艦手機普遍會配備精度更高的感測器，結合VR APP的優化可以最大限度降低眩暈感。

還有現在最熱的計步，無論是微信運動還是各種運動類APP，不同手機在運動之後所統計出來的步數信息有些精準，而有些卻相差甚遠。原因在於這些APP在統計運動信息時，都是同時收集重力、加速度和陀螺儀三種感測器所生成的數據，並進行二次解讀和分析，剔除因震動產生的內容，僅保留由走路產生的數據。因此，那些計步準確的手機，一定都是集成了加速度和陀螺儀感測器的產品。

協處理器的重要性

無論是光線距離，還是重力、加速度陀螺儀，它們反饋的信號都需要提交給CPU，再由CPU下發給指定的APP進行讀取分析。為了減少喚醒CPU次數實現節省電力的目的，如今中高端手機處理器內都集成了獨立的協處理器單元，它們專門用於協調和處理各種感測器採集的數據。

*****健康生活好助手*****

無論是上學、工作、旅遊還是探險，智能手機肯定是隨身必備的存在。那麼，如何才能讓它們可以更為高效地承擔和處理生活中遇到的各種麻煩？集成更多類別的感測器，就是解決這個問題的捷徑。

工具類感測器

對經常出遊的用戶而言，磁力感測器的重要性不言而喻。它是GPS功能的有效補充，能通過內部特殊的電阻材料感受微弱的磁場變化來確定當前方向。手機中的指南針、地圖導航和金屬探測器類APP都需要找它幫忙。

出遊的同時如果你還喜歡爬山，那氣壓感測器就能派上大用場了。我們身處環境的海拔高度，今天你一共爬了多少層樓梯，都能通過它測算出來。至於準確性，自然還是需要視運動類APP的演算法是否合理了。

所有手機都會集成內部溫度感測器，用於實時監測CPU等硬體溫度，在過熱時觸發降頻、重啟等保護機制。而有些型號手機還會配備外部溫度感測器，可以監測用戶所處的環境是否舒適。雖然天氣類APP通過定位功能也能推送給我們當前位置的天氣和溫度，但如果你身處沒有信號的深山，就能感受到溫度感測器的好處了。

健康類感測器

加速度感測器和陀螺儀雖然可以統計運動數據，但卻無法讓我們掌握實時的健康情況。而心率感測器和血氧感測器，則是專門針對個人健康而生的存在。

它們的工作原理相似，都是藉助高亮LED光源照射手指監測血液從而反饋結果。差異在於心率感測器是監測毛細血管內呈現如波浪般周期性變化的顏色來判斷心臟的收縮頻率，血氧感測器則是用紅外光和紅光兩個LED同時照射手指測量血氧含量。

此外，有些手機還曾集成過紫外線感測器，它能利用某些半導體、金屬或金屬化合物的光電發射效應，在紫外線照射下會釋放出大量電子，檢測這种放電效應就能計算出紫外線強度。

手機感測器自查

如果你想知道自己手機都集成了哪些感測器，可以搜索名為「MyDroid System Info」這款APP，該應用最大的特色在於可以監測各種感測器實時的工作情況。

通過不間斷的軍備競賽，智能手機已經全面步入八核（處理器）時代，內存容量也多以3GB起步，哪怕是千元機在性能上也沒有太多遺憾了。

在性能基本夠用之餘，功能層面的體驗將是各大品牌下一步努力優化的方向，而如何讓體驗接近完美？源於各種感測器反饋的數據，就是最為核心的參考信息。

根據相關機構統計，2014年智能手機身上平均感測器的數量為12個，而2020年這個數字將超過20個！除了本文涉及的類別外，像有害輻射感測器、熱成像感測器、分子識別感測器等各種「專業」功能也有機會得以普及。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！