科技革命就靠它 你不知道的六大传感器

2014-12-04 17:40:58来源: 中关村在线

    指纹识别,光线感应,测量步数、脉搏、体温,如今有越来越多的功能被应用于手机,平板,笔记本等移动终端上面。我们使用这些功能,体会着被科技怀抱的感觉。你可曾想过,在这些功能的背后,隐藏着多少科技以及故事。

  今天,笔者将和大家聊一聊移动平台传感器的那些事儿,看看它们如何改变我们的生活。

  ■科技革命,传感器的地位举足轻重

  一个传感器加上使用它的创意能够获得什么?答案是一个革命性的产品。2007年,苹果发布iPhone。它重新定义了传统手机的使用方式。通过两手指的开合,便可以将屏幕上的图片放大缩小,这在当时就像魔法一样吸引着全世界的人去体验。而实现这一功能的,便是iPhone上的多点触摸传感器。


2007年苹果发布第一代iPhone,魔法般的触控操作成为该机最大看点

  如今,大热的智能穿戴设备,能够全天候的监测我们每天行走的步数,睡眠质量,消耗的卡路里甚至还有脉搏,心率等信息。由于不需要医生便可以对我们的身体状态有一个直观的了解,所以它们受到热捧便在情理之中。由此可以感到传感器在科技产业的地位多么重要。

  ■创新的传感器是提升产品卖点的硬道理

  在微软刚刚发布不久的智能手环内部,竟然设计有多达十种传感器。这些传感器听起来就令人觉得神奇,比如可以测量阳光强度的紫外线传感器,测量体温的皮肤温度传感器,以及脉搏传感器,三轴陀螺仪等等。如今,这款产品已经在市场上销售,创新的功能令其供不应求。


微软手环设计有10款传感器

  创新的传感器为微软手环带来了充足的卖点。同样刚推出的iPhone 6以及iPad Air2,由于首次搭载气压计可测量海拔高度,从而成为户外运动员的福音。


搭载创新的传感器,可为产品带来或新颖或便捷的功能

  如今很多科技厂商意识到,搭载创新的传感器,可为产品带来或新颖或便捷或安全的功能,但想要发明一个创新的传感器却并不是一件容易的事情,而需要耗费巨大的研发成本。

  所以很多研发实力相对较弱的厂商都是等到某款传感器上市并达到一定产量之后,才将其配备到自家的产品上的。这也是为什么指纹识别技术才刚刚在手机上普及开来的原因。

  ■门槛较高,软硬结合是王道

  如今困扰科技厂商的问题并不仅仅在于自己弄不到创新的传感器,而是就算产品搭载了这些传感器,但却无法实现他们想要的功能。

目前健康应用没有普及的很大原因在于仅仅记录传感器数据,缺少挖掘信息提供建议的能力

  我们知道传感器本身,只是一个检测装置,它能够感受到被测量的信息,并将这些信息传递给设备进行处理,从而得出相应的结论或者给出应对措施。而这个处理的过程是需要设备制造商通过反复测量试验,最终写入程序中的。


将传感器数据利用程序软件的算法从而得出对佩戴者有益的结论,才是其存在的价值


目前很多产品的软件仅显示传感器数据,但对数据的挖掘较为薄弱

  如果写入机身内的程序不准确,轻则影响产品体验,重则导致这项功能成为鸡肋,增加了产品成本,却遭到用户诟病。所以,如今很多评测者会把屏幕触摸精准度,重力感应灵敏度,成像质量等作为评测内容的重要环节。

    前面笔者通过这么多篇幅,阐述了传感器之于移动平台的重要地位以及面临的问题,那么接下来我们就一起探讨一下传感器本身吧。

  指纹识别传感器:不止安全

  笔者清楚,介绍太多传感器的工作原理不仅会让文章晦涩难懂而且也不是读者感兴趣的内容,所以本文将着重介绍移动终端传感器的用途以及面临的问题。也希望网友能够多与编辑互动探讨,在本文底部回复@作者即可得到我的回复。

  指纹识别传感器及其功能

  随着iPhone以及iPad搭载Touch ID指纹识别传感器,拉动了越来越多厂商将指纹识别技术应用于自家产品上。这一功能已经不仅仅局限于解锁屏幕了,我们还可以用它进行掌上支付,令移动终端成为你的钱包。


指纹识别安全是因为人的指纹只有50亿分之一的重复概率

  人的指纹有50亿分之一的重复概率,奠定了指纹识别技术极高的安全性。以前,这一技术仅仅应用于刑事侦查案件中,而如今普通大众也可使用搭载指纹识别技术的终端啦。


滑动指纹识别技术多用于电脑


手机平板厂商更青睐按压式指纹传感器

  目前,应用于移动终端的指纹识别技术共有两大类,分别是滑动式与按压式,代表机型有三星S5和iPhone 6。滑动式需要用手指在传感器上滑动才能识别,而按压试只要手指放在传感器上便可以识别。

  代表设备:iPhone 6/plus,iPad Air 2,Galaxy S5,魅族MX4 Pro

  对于指纹识别传感器,我们必须明白的事:

  1:滑动式传感器因为每一次都会扫描较大面积指纹,所以安全性和识别率更高,但也牺牲了识别速度。

  2:滑动式传感器相比按压式更节省空间。

  3:按压式传感器拥有比滑动式相对较快的识别速度。

  4:按压式传感器不管手指从哪个方向按压都能够识别,随意性更高。滑动式则只能上下滑动识别。

  皮电传感器:知你性情

  皮电传感器及其功能

  相信每一位读者都有这样的经历,当你要从事一项非常重要的任务之前,你会觉得紧张,焦虑以至于手脚冒汗。这种心理反应转化成生理反应的过程,我们是可以通过皮电传感器探测出来。

Sensoree的心情毛衣利用皮电反应感知人们的心情,并用不同颜色灯光表现


皮电传感器是测谎仪的重要组成部分


测谎仪结合皮电传感器,呼吸速率传感器以及心率传感器共同工作(图片来自Lafayette)

  需要注意的是皮电传感器并不能测试出用户的喜怒哀乐,只能感受到用户心理状态是否变化,而通过这种变化,我们可以得到一些结论。例如通过测谎仪的皮电传感器感应被测者说话时的心理变化,从而断定是否说谎。

  例如有研究表明,人们在一天的活动中,早晨刚醒以及晚上睡觉时候人体皮电反应水平较低,而上午和下午的某一个时段的皮电水平相对较高,而这一时段正是我们学习或者工作效率最高的时段。

 

目前智能穿戴设备开始搭载皮电传感器,例如:微软手环

  如果通过皮电传感器检测我们几天的人体皮电反应水平,通过皮电波形高低,我们就可以得知自己每天哪一个时段的工作效率最高了。以此依据来安排我们的工作在状态最佳的时段,岂不可以令效率事半功倍?!

  代表设备:测谎仪,微软手环

  对于皮电传感器,我们必须明白的事:

  1.人体皮电反应受温度,人体活动以及心理反应三个因素影响,皮电传感器因此会收到影响,准确性有待检验。

  2.人们一天会拥有众多情绪,每一天所产生情绪的时间、情绪类别皆不同,就算我们准确测量出皮电反应情况,归类整理这些数据并给出科学的建议依然是厂商最头痛的问题。

  3.目前微软手环已经搭载该传感器,该项技术很快便会走入我们的生活中。

  光线传感器:贴心调节

  光线传感器及其功能

  光线传感器是一种光敏元件,通过感受机身环境光的强度以及变化,从而调整机器屏幕的亮度,键盘背景灯亮度以及其它拓展功能。


光线传感器一般都设计在手机的顶部,不是很显眼且不易触摸到的位置


由于平板的使用姿态较不固定,苹果在iPad Air2顶部左右两边分别设计了光线感应器

  光线传感器早在十年前,便已经应用于移动产品身上。它尽管功能相对单一,仅仅用于根据不同环境光线,调整屏幕亮度以及键盘背景灯开关,但由于功能实用,所以成为目前大屏手机以及平板电脑的必备元件。

  代表设备:iPhone,iPad,MacBook Air三星S系列等配备大屏的移动终端。

  对于光线传感器,我们必须明白的事:

  1.它可以控制屏幕的亮度,令你在户外可以看清屏幕,室内也不会因为觉得刺眼。

  2.如果你的移动终端有键盘,那么它还可以控制键盘背景灯的开关以及亮度

  3.差的光线传感器降低移动终端的使用体验,例如会出现在黑暗的环境下,屏幕依然很亮;在光线条件变化较大的户外,屏幕亮度变化较为迟钝等现象。

  4.光线传感器一般设计在机身顶部手不宜覆盖的部位,以防影响测量的准确性。

  心率传感器:告诉你心跳背后的秘密

  心率传感器及其功能

  心率监测是目前十分热门的功能。三星Galaxy S5,微软手环以及明年春季将会推出的苹果手表都具备这一功能。

移动设备上目前皆为光电心率传感器

  作为个人健康设备的超级武器,该功能可以通过监测心率来追踪运动强度,不同的运动训练模式等,并可以针对这一数据推算睡眠周期等与之关联的健康行动数据。


睡眠时心率变化与睡眠状态的关系图(图片来自网络)

  由于脉率随着睡眠周期的变化而改变,睡眠加深时脉率减小,所以我们可以由睡眠时间的心率变化来监测睡眠质量。但由于目前移动设备上的心率传感器准确度偏低,所以可信度有待考量。据传,为了保证心率测量的可信度,苹果手表设计了四个心率传感器用以准确测量心率。


目前医院常用的为电极式心率传感器,精度更高

  目前心率传感器有两种,一种是通过光反射测量的光电心率传感器以及利用人体不同部位电势测量的电极式心率传感器。前者尽管测量准确度欠佳,但优势在于体积小,所以目前所有的移动终端都用该种方式测量。后者在医院中测量心电图的时候我们经常会看到,通过测量人体不同点的电势变化,从而测量出心率变化,该方法 测量精准,但必须同时监测人体的两个部位,而我们平时用手机和手表的时候都是单手接触产品,所以无法做到持续监测。

  代表设备:微软手环,松拓 VECTOR HR运动腕表,三星Galaxy S5手机

  对于心率传感器,我们必须明白的事:

  1.单纯给出心率数值对你并没有太大意义,如果能够持续测量,并通过一段时间的心率数据给出睡眠质量/休息时间等健康建议则会对用户有很大帮助。

  2.目前绝大部分移动终端用的都是光电心率传感器,相比电极式心率传感器误差几率较大。

  3.电极式心率传感器目前还无法应用于较小的穿戴设备上,但目前已经有厂商在为此而努力了。相信未来会成为高端设备的标志配件。

  气压计:感知你的高度

  气压计及其功能

  气压计是一个被埋没但非常实用的小东西。很久以前便已经有手机搭载,例如三星Galaxy S3,Galaxy note 2,而目前iPhone 6/plus也将其纳入怀中,为机器提供气压数据。

  气压计虽然仅能够测量气压数据,但通过该数据我们可以精确得知机器的海拔高度。如果监测一段时间内的气压变化,还能获得机器高度变化数据,从而为进一步的数据处理做准备。

有了气压计,得知高度,走在这样的双层路上就不用担心无法导航了(图片来自网络)


运动腕表配备气压计,可为运动员提供海拔高度数据

  那 么气压计到底通过测量出来的高度数据,能给用户带来什么好处呢?户外运动员可以直观的了解自己所在的高度;未来导航地图不仅可以知道我们所在的平面位置, 甚至还能知道我们所在的楼层,而这绝对是未来导航发展的必然趋势;现在穿戴设备只能侦测人们每天所走的步数,而拥有气压计还能侦测所走过的楼梯数,从而令 消耗卡路里数据更准确。

  代表设备:LG G Watch R,iPhone 6/plus,三星Galaxy S3,Galaxy note 2

  对于气压计,我们必须明白的事:

  1.既然是测量气压的元件,那么气压变化异常也势必会影响用户得到信息的有效性。例如在飞机飞行的时候,为了乘客舒适都会为机舱加压,此时飞机内部的气压值与外部不同,我们也就无法得到正确的高度信息了。

  2.目前气压计已经广泛应用于移动终端中,但由于缺乏应用软件支持,它们经常被用户冷落。

  3.气压计是非常实用的元件,我们登山时可以利用搭载它的设备读取海拔高度信息。

  图像传感器:像素太高未必好

  图像传感器及其功能

  图像传感器是摄像头内部用于接收光学信号的元件。配合镜片组以及图像处理器(ISP)可以实现拍摄照片的功能。这三者共同决定成像质量的好坏。


图像传感器通过镜头组接收外部的光学信号

  图像传感器上面拥有众多接收光线信号的像素点,它们将自己接收到的光线信号转换成电信号,并通过ISP转化成我们在屏幕中看到的照片。所以这些“小家伙”才是决定图像效果最重要的因素。


优良的镜头组,出色的图像传感器以及强大的ISP将共同决定摄像头的成像质量

  如果图像传感器中集成了很多像素点,那么它拍出的照片将会存留更多信息,细节会更好。如果像素越大,那么每个像素接收光线的能力就越强,最大的好处就是降低了曝光时间,增加暗光环境拍摄成功率,色彩也会更丰富锐利。


由于腕表对元件体积要求高,所以只能使用体积较小的低像素图像传感器

  代表设备:目前市面上几乎所有手机,平板,笔电皆有配备,三星智能腕表

  对于图像传感器,我们必须明白的事:

  1.并非像素越高越好。因为手机体积决定图像传感器不能设计过大,所以如果像素过高,单个像素面积便会减小。

  2.除了像素,镜头同样可以影响画质,有些镜头带有镀膜,可以阻挡红外线干扰,降低炫光以及紫边等现象。

  3.光学防抖可以通过延长曝光时间的方式提升暗光环境的拍摄能力,以及防止拍摄视频时抖动

  本文总结:

  通读全文可以看出,移动终端对传感器的应用已经达到难舍难分的地步,在如今配置流,价格战,拼外观已经无法再赚足眼球的年代,传感器成为厂商增加产品卖点的大救兵,而消费者则享受在它们悉心敏感的“关照”中。

  但我们也必须意识到,决定传感器发展的壁垒并不在于传感器本身,而是如何用程序去分析传感器积累的数据,并为人所用。很多厂商都是花费数年研究才有所建树。

  放眼未来,伴随着越来越多创新的传感器植入移动终端设备中,我们可以轻松掌握身体的状态,情绪以及能量消耗,这些数据将会助力我们的身体健康,调整情绪以及工作效率提升,如此设备难道不能称为科技革命吗?

关键字:科技  科技革命  知道  六大

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2014/1204/article_8251.html
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