詳解冷門但很重要的手機(jī)陀螺儀

　　手機(jī)里最常被忽略的東西是什么？音頻芯片？揚(yáng)聲器？接口？還是傳感器？作為被廠商營銷影響已久的我們，購機(jī)時(shí)多關(guān)注處理器、攝像頭、內(nèi)存這些大的參數(shù)，對(duì)一些小的細(xì)節(jié)卻知之甚少，這其中又以傳感器最為明顯。

　　手機(jī)上常見的傳感器有光線傳感器、距離傳感器、氣壓計(jì)、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(jī)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(dāng)下手機(jī)的標(biāo)配，那陀螺儀到底是什么玩意兒呢？

　　陀螺儀用于重構(gòu)空間動(dòng)作

　　2010年，iPhone 4的誕生絕對(duì)是手機(jī)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(jī)，它身上實(shí)在有太多亮點(diǎn)，雙玻璃的經(jīng)典外觀、蘋果自研的第一款A(yù)4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，然而這的確是第一款采用了陀螺儀傳感器的手機(jī)。

　　作為定義來講，維基百科解釋“陀螺儀是一種用來傳感與維持方向的裝置，基于角動(dòng)量守恒的理論設(shè)計(jì)出來“，這句話很好地解釋了陀螺儀的作用在于測(cè)量和維持方向。之所以把它加入到手機(jī)中，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)采用的加速度計(jì)只能檢測(cè)軸向的線性動(dòng)作，沒法測(cè)量、重構(gòu)完整的3D動(dòng)作。而陀螺儀就是為了幫助了計(jì)算機(jī)重構(gòu)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)明出來的，類似像是把一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺放到一個(gè)萬向支架上，靠陀螺的方向來計(jì)算角速度，和現(xiàn)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(jī)和導(dǎo)彈中，如今已經(jīng)憑借出色的制導(dǎo)性能被廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域。

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

　　十九世紀(jì)八十年代，以光導(dǎo)纖維線圈為基礎(chǔ)敏感元件的光纖陀螺儀流行起來，它通過光傳播的路徑變化計(jì)算角位移，相較機(jī)械陀螺儀壽命長、動(dòng)態(tài)范圍大、瞬時(shí)啟動(dòng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小而輕。同時(shí)，激光陀螺儀也有突破，它通過光程差來測(cè)量旋轉(zhuǎn)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(xiàn)在智能手機(jī)上采用的陀螺儀是MEMS（微機(jī)電）陀螺儀，它精度并不如前面說到的光纖和激光陀螺儀，需要參考其他傳感器的數(shù)據(jù)才能實(shí)現(xiàn)功能，但其體積小、功耗低、易于數(shù)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(jī)、汽車牽引控制系統(tǒng)、醫(yī)療器材這些需要大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)備。

　　手機(jī)中陀螺儀的作用

　　將用于測(cè)量和維持方向的MEMS陀螺儀用在手機(jī)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(tǒng)重力感應(yīng)器只能感應(yīng)左右兩個(gè)維度的（多軸的重力感應(yīng)是可以檢測(cè)到物體豎直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，但角度難判斷）變化，陀螺儀通過對(duì)偏轉(zhuǎn)、傾斜等動(dòng)作角速度的測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)用手控制游戲主角的視野和方向。比如在飛行游戲中，手機(jī)即可作為方向盤控制飛機(jī)，只需變換不同角度傾斜手機(jī)，飛機(jī)就會(huì)相應(yīng)做出上下左右前后的聯(lián)動(dòng)。類似的游戲主要以競(jìng)速和模擬駕駛類居多。

　　其次，可以幫助手機(jī)攝像頭防抖。在我們按下快門時(shí)，陀螺儀測(cè)量出手機(jī)翻轉(zhuǎn)的角度，將手抖產(chǎn)生的偏差反饋給圖像處理器，用計(jì)算出的結(jié)果控制補(bǔ)償鏡片組，對(duì)鏡頭的抖動(dòng)方向以及位移作出補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)更清晰的拍照效果。

　　再者，是能輔助GPS進(jìn)行慣性導(dǎo)航。特別是在沒有GPS信號(hào)的隧道、橋梁或高樓附近，陀螺儀會(huì)測(cè)量運(yùn)動(dòng)的方向和速度，將速度乘以時(shí)間獲得運(yùn)動(dòng)的距離，實(shí)現(xiàn)精確定位導(dǎo)航，并能修正導(dǎo)航線路。這也是目前導(dǎo)航儀和汽車上的標(biāo)配了。

　　最后，還可協(xié)助用戶界面實(shí)現(xiàn)動(dòng)作感應(yīng)。這也是最常見的功能，比如iOS的動(dòng)態(tài)壁紙，之所以能隨著手機(jī)角度調(diào)整發(fā)生偏移，就是靠陀螺儀檢測(cè)完成的。另外，有些手機(jī)還能通過前后傾斜手機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊錄的上下滾動(dòng)，左右傾斜手機(jī)實(shí)現(xiàn)瀏覽頁面的左右移動(dòng)或者放大縮小，都是相同的原理。

　　總結(jié)

　　總的說來，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(jī)基本都配備了陀螺儀，只是我們?cè)谌粘Ｊ褂弥袥]有感受到它的作用罷了。隨著智能手機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能越來越多，陀螺儀也會(huì)配合其他傳感器去完成各種任務(wù)，而對(duì)于我們用戶來說，當(dāng)然是坐享其成啦。