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所謂傳感器（Sensor），就是能夠感知周圍環境並輸出電信號的元器件。像麥克風，就是一個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，進而做出決策，智能設備同樣如此。我認為 iPhone 之所以強大，除了具有強大的計算能力和 iOS 作業系統，很重要的一點就是採用了各種先進的傳感器，採集周邊的數據。接下來我就按時間順序講解 iPhone 上所採用的傳感器，帶你領略蘋果的黑科技。一、iPhone 2G（2007）多點觸控螢幕 2007 年初，蘋果對外發布了它們的新產品 iPhone，在這之前，iPod 已經非常普及，許多人都在設想蘋果的手機會是什麼樣子，有人將 iPod 的觸控滾輪 PS 為老式電話的撥號盤，等 iPhone 真正展現到大家眼前時，還是驚呆了。這款手機竟然沒有實體按鍵！當然，沒有實體按鍵的智慧型手機之前也有，但需要配置一隻筆，因為採用的是電阻螢幕，靈敏度是個問題。iPhone 的螢幕採用了電容螢幕，反應靈敏，並且支持多點觸控，通過十個手指就可以很精準的操作。就連產品發布後，許多人還在懷疑打字的時候會不會太痛苦，你現在低頭看看自己的手機，就知道現在已經不是個問題了。多點觸控螢幕，讓 iPhone 有了觸覺。 ... 近距離傳感器（Proximity sensor）在 iPhone 的正面，有一個近距離傳感器，通過紅外線感應，可以檢測到人臉與手機螢幕的距離，如果非常貼近，就會將螢幕關掉，這樣既能省電，又能避免臉部觸碰產生的誤操作。 ... 光度傳感器（Ambient light sensor）在正面還有個光度傳感器，可以獲取到周邊的光亮強度，這樣就可以智能的調節螢幕亮度了。 ... 加速度傳感器（Accelerometer）加速度傳感器用來感知手機的運動情況，它的原理就像在一個盒子裡裝個鐵球，由於重力的作用，如果轉動盒子的方向，各個側面收到的鐵球的壓力是不同的，以此來判斷盒子的朝向。基於加速度傳感器，iPhone 可以實現橫屏時，內容自動轉成寬屏顯示。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 的智能化水平遠遠超出了當時的半吊子智慧型手機，更別提功能機了。 ... 200萬像素攝像頭 iPhone 一代配備了 200 萬像素的攝像頭，這並不高，我 2007 年買的諾基亞 7500 也是 200 萬像素。但拍照效果，並不是只有像素所決定的。每個像素就像一個坑，每個坑裡能夠吸收到光線情況是有差異的（我在 iPhone 5S 部分會更詳細講解）。再加上蘋果的高清螢幕，拍出來的照片，就是更加好看。 ... 麥克風有了麥克風，就可以聽到聲音了，iPhone 有了耳朵。 ... 濕度傳感器（Moisture Sensor，並不是真正的傳感器）每代 iPhone 都有濕度傳感器，主要是監測 iPhone 是否浸水。它只是濕度試紙，如果浸水，就會變紅色，蘋果店會拒絕維修。經網友指正，這東西叫浸液指示器，隱藏在充電口、耳機口、卡槽等位置，並不是標準的傳感器，但能起到感知環境的作用。 2G / Wi-Fi / 藍牙（BlueTooth） iPhone 一代只支持 2G 信號，像手機信號就是電磁波。其實我們看到的光也是電磁波，聽到這句話可能文科生已經暈了，有興趣可以重學一下高中物理，我中文系畢業的媳婦年初的時候就在網上買了一套高中物理教材。不同的信號，需要不同的接收器進行解碼操作。2G 信號接收器，就是一個可以感知 2G 電磁波的「眼睛」。有了 Wi-Fi 傳感器，就可以連接 Wi-Fi 了，沒錯，Wi-Fi 信號也是電磁波。藍牙也是接收某一頻段電磁波的傳感器。許多專業人士或網友並不同意將這些信號接收設備歸為傳感器，它們只是信號接收裝置，並沒有一個把一種物理量轉變為光電量的過程。而我認為正是有了這些裝置，才讓手機能夠「感知」到這些信號。像人體雖然籠罩在各種無線信號之下，但卻不能感知。我這種歸類方法大家不要當成專業劃分，權當促進思考的手段吧。二、iPhone 3G（2008） 3G 在 iPhone 二代，增加了對 3G 信號的支持，在上網速度上，有了比較大的飛躍。 GPS 有了 GPS 傳感器，可以通過衛星信號，定位手機的當前位置。同樣，專業人士不認為 GPS 是傳感器。 ... 三、iPhone 3GS（2009） 300 萬像素攝像頭 iPhone 三代把攝像頭升級到了 300 萬像素，並且增加了視頻錄製功能。 ... 磁力傳感器（Compass）有了 GPS，雖然能夠定位，但是無法辨別方向。只有你拿著手機朝一個方向走上 20 米，才能通過位移估算你的方向，但這還是不夠精準。在衛星信號不好的地方，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，就是手機有了指南針，打開地圖，我們不只是知道當前位置，還會知道我們當前的手機朝向，再也不用看著太陽辨別方向了（這種古老的技術，我發現周圍許多人都無法掌握）。 ... 四、iPhone 4（2010）陀螺儀（Gyroscope）你應該打過陀螺，也見過獨輪電動平衡車，這兩種東西都利用了一種物理原理。就是轉動的物體，會沿著軸心方向保持穩定。轉動的陀螺即使被碰一下，還是會晃動幾下回到穩定朝下。而陀螺儀還有個特性就是可以通過轉動位移，來計算出轉動加速度。雖然在 iPhone 一代中通過加速度傳感器可以感知到手機的傾斜，但無法很好的計算手機的旋轉，特別在玩一些賽車遊戲的時候，你無法實現手機晃動靈敏的控制方向盤。有了陀螺儀就不一樣了，賈伯斯在現場演示了一個拆積木的遊戲，通過手機旋轉，可以從不同的角度去拆積木。賈伯斯還在最後把這五種智能的傳感器都放在一起，可見他對傳感器是情有獨鍾。這裡要補充的是 iPhone 手機用的陀螺儀並不是這種旋轉輪子式的機械陀螺，而是一種微機電結構（MEMS）的，通過轉動時的電容變化量來測定角速度，再配合加速度計傳感器，來計算姿態。（PS：本來我以為自行車的平衡也是用了陀螺儀的原理，後經網友指正不是，有興趣的了解的見：如何解釋自行車的平衡原理？ - 物理學） ......... 內部溫度傳感器（Internal Temperature Sensor） iPhone 4 上還有個溫度傳感器，並不是為了測外部溫度，主要是為了監測手機本身是否過熱。手機溫度過熱時，會提示關機一段再開機。 500 萬像素攝像頭攝像頭升級到了 500 萬像素，拍照效果更好。這裡要說的是，iPhone 的閃光燈，會根據周圍的環境亮度，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於有了前置攝像頭，可以看到對方的臉了。 ... 雙麥克風在手機的頂部耳機插口旁邊，又增加了一個麥克風，這是幹嘛的？我後面會講。 ... iPhone 4 是賈伯斯最後一次親自發布，之後一年去世。在科技與人文的交叉口，目前還沒有第二個人。羅永浩在 3 年前曾經嘗試過，但只能站在 UI 和段子的交叉口。 ... 五、iPhone 4S（2011）藍牙 4.0（Bluetooth 4.0） iPhone 4S 據說是最早支持藍牙 4.0 的手機之一。藍牙 4.0 相比之前的版本，功耗更低，默認開著藍牙也不用擔心費電，這主要為物聯網時代做鋪墊。 800 萬像素攝像頭 iPhone 4S 攝像頭升級到了 800 萬像素，並且支持 1080P 的視頻錄製。這次發布讓我印象比較深刻的是拍照響應速度，等待時間縮短。 ... 六、iPhone 5（2012） 4G（LTE）增加了 4G 信號接收器，上網速度和用 Wi-Fi 沒區別了。 ... 120 萬像素前置攝像頭 iPhone 5 的前置攝像頭升級到了 120 萬像素。三麥克風我問了身邊好幾個朋友是否知道 iPhone 背面攝像頭和閃光燈之間的孔是幹嘛的？都沒有回答出來。事實上，那是一個麥克風。一般都知道在 Home 健下側的耳機孔旁邊，是個麥克風，打電話的時候需要用，為什麼要在閃光燈旁邊加個麥克風呢？答案是為了降噪。我們在打電話時，聲音會傳給耳機孔旁的麥克風，但周圍可能有噪音。這些噪音同時會傳到這兩個麥克風，那麼，我們將主麥克風接收到的聲音，再濾除掉閃光燈旁麥克風的聲音，就達到了降噪的目的，讓聲音更清晰。 One more thing，在正面耳機的聽筒里，也還隱藏這一個麥克風。也就是 iPhone 5 配有三個麥克風，它們組合在一起，一方面為了降噪，另一方面可以從多個角度接收語音，使聲音更加真實。在幾個月前，我發現自己的 iPhone 6 Plus 在微信視頻時說話對方聽不到，幾周前發現插上耳機可以聽到。而平時打電話是正常的，說明我的麥克風是正常的啊，百思不得其解。幾天前 iOS 10 發布後，我進行了升級，並想嘗試一下新的 Siri，結果發現 Siri 並不能識別我說話。於是我在網上查資料，漸漸意識到 Siri 並不是通過 Home 鍵旁邊的麥克風接收語音的，而是用了聽筒內部的那個隱藏麥克風。我就去蘋果店進行了檢測，果真是隱藏麥克風壞了。坑爹的是這個麥克風是和螢幕一體的，如果要解決這個問題，就得花 1100 元更換螢幕，想想還是算了。 ... 七、iPhone 5C/5S（2013）指紋識別（Touch ID） iPhone 5S 增加了指紋識別，解除屏保不用輸密碼了。指紋識別同樣是一個識別指紋的傳感器。 ... 協處理器 M7（Motion coprocessor，不是傳感器，是專為傳感器服務的處理器）傳感器越來越多，對 CPU 的資源占用越來越大，耗電量也越來越大。於是蘋果推出了 M7 協處理器，把這些運動相關的傳感器（包括加速度傳感器、陀螺儀、磁力傳感器）的數據採集與處理，都交由 M7 來完成，這樣降低耗電量，並且讓 CPU 可以專門做其他的事情。 M7 並不是傳感器，只是蘋果設計出來專門為傳感器信息處理服務的，我把它列出來，主要是為了強調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誤區，就是覺得攝像頭的像素越多越好，比如會覺得 1200 萬像素的攝像頭要比 800 萬像素的更好。其實不是的，還要看每個像素能夠接受的光線強度，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，這樣每個像素對應的傳感器寬度從 1.4 微米提升到了 1.5 微米，也就是面積增加了 15%，這樣單個像素的採光情況更好，進而提升的拍照質量。相反，有些手機的攝像頭有 1300 萬像素，但是可能只是 1.1 微米，這樣採光情況要差一些，拍出來的照片質量就大打折扣了。所以蘋果說「Bigger Pixels = Better Pictures」。這一代還升級了閃光燈為雙閃光燈，一個暖光一個冷光，這樣再配合光度傳感器（我目前尚不確定是否採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），可以打出匹配環境的光亮，這樣拍出來的照片更為融合。閃光燈本身並不是傳感器，配合光度傳感器，發揮了更好的效果。 ... 八、iPhone 6/6 Plus（2014）近場通信（NFC）在 iPhone 5S 上有了指紋識別，而 iPhone 6 上就增加了近場通信（也是電磁波），兩個疊加到一起，就成了 Apple Pay，從此刷卡變成了刷手機，輸入密碼變成了刷指紋。雖然這些技術以前都有，但是蘋果擅長就是把它們整合成優質的服務。我自己在星巴克用過幾次，遺憾的是我的信用卡還有密碼，刷了之後還得再輸密碼。。（據說現在已經不用輸密碼了，我改天去確認一下。） ... 氣壓計（Barometer）有了氣壓計，就可以測量海拔了，還可以測量你爬了多少層樓梯。對我這樣的戶外愛好者來說，爬上某個山頭，就可以看看到底有多高了。可能有人會有一個疑惑，我們在初中課本里不是學過，空氣濕度對氣壓的影響嗎？會不會因為天氣不同，對測試的誤差影響很大？從我目前收集到的資料來看，這個影響很小，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，主要是增加了三個軸的加速度計。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。可有人拆機後發現，還有專門的加速度傳感器，這是為何呢？答案是體驗和功耗。加速度的啟動需要一個時間，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，同樣是測量加速度，六軸陀螺儀是加速度傳感器的 3 倍電耗。於是蘋果在實現上，對於手機橫屏、計步這樣的應用，只調用加速度傳感器，而對於靈敏度比較高的場景，再用六軸陀螺儀。蘋果在細節設計上，真是捨得下功夫。更好的圖像傳感器 iPhone 6/6 Plus 採用了新的圖像傳感器，拍照效果更好。比如採用了一種叫做 Focus Pixels （相位檢測自動對焦）的技術，可以使對焦速度更快。具體技術細節我也不懂，據說早就在單眼相機上成熟應用，手機上應用的還比較少。 ... iPhone 6 Plus 還增加了光學防抖，直接感受就是拍出來的照片在略微抖動的情況還會比較清晰。其基本原理是這樣的：人拍照時相機抖動的話，等於同一物體，投射到了不同圖像傳感器的像素上。那麼通過陀螺儀，監測到抖動的加速度情況，進而計算出位移情況，將攝像頭向相反的方向移動，就實現了去除抖動帶來的影響。當然，為了實現這一點，iPhone 6 Plus 的攝像頭不只是能夠前後伸縮，還能夠上下左右移動。 ... 九、iPhone 6S/6S Plus（2015）壓力傳感器（3D Touch） iPhone 6S 增加了螢幕壓力傳感器，能夠採集到按壓力度，這樣在交互上可以玩出新花樣來。螢幕能夠感知到手按壓的力度，但人並不會感受到螢幕真的被按壓下去了。為了給人以反饋，內部增加了一個叫 TAPTIC Engine 的設備，根據壓力，會產生振動，這樣人就能感受到按壓了。但目前來看，這一功能的應用並不是特別廣泛。 ... 500 萬像素前置攝像頭前置攝像頭都 500 萬像素了。 1200 萬像素攝像頭後置攝像頭升級到了 1200 萬，光感更好。 ... 在今年初，蘋果還發布了 iPhone SE，主要是迎合喜歡小螢幕的客戶。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。十、iPhone 7/7 Plus（2016）非機械按壓 Home 鍵 iPhone 將 Home 鍵換成了非機械按壓式的，如果你按著沒感覺，是不是很不爽？所以蘋果把在實現 3D Touch 所用到的 TAPTIC Engine 振動器加大，按壓的時候振動一下，給你一種錯覺，按鍵按壓下去了。有了這種方式，一是不容易損壞（有人擔憂按鍵是不會壞了，振動器是不是更容易壞了？），二是防水性更好，三是在玩遊戲的時候，可以採用振動反饋，想像一下振動手柄。 ... 700 萬像素前置攝像頭前置攝像頭都升級到了 700 萬像素。更好的攝像頭採用更快速的圖像傳感器，拍照更快了。並且在 iPhone 7 上，也增加了只有在 Plus 系列才有的光學防抖。 ... 閃爍傳感器（Flicker sensor）我們平時用的電燈之類的，都是交流電人造光，看著光線很穩定，實際是在不斷的閃爍。這樣在拍照時，因為圖像傳感器是一行行採集的圖像，這樣不同行採到的人造光影響可能就不一樣，會導致拍出來的照片色彩不均。於是蘋果增加了一個閃爍傳感器，不斷採集到光線情況，這樣在圖像處理時，就可以進行修正。閃爍傳感器應該是和圖像傳感器放在一起的一塊晶片，獲取光線應該就是通過鏡頭，這點還有待確認。 ... 雙攝像頭 iPhone 7 Plus 採用了雙攝像頭，一個廣角一個長焦，可以照顧兩種需求，並且能拍微距照片。正是這個雙攝像頭吸引了我，我決定換手機了。寫到這裡，我發現整個內容里，攝像頭的比例非常大，可見蘋果在攝像頭上所花費的功夫。 ... 十一、iPhone 8/8 Plus/X（2017） iPhone 8/8 Plus 可以說和 iPhone 7/7 Plus 相比變化不大，主要是把手機背部也換成了玻璃。但 iPhone X 就是一次跨越了。全面屏 iPhone X 採用全面屏，去除了 Home 鍵。偉大的產品在於不只是能加功能，還能去除功能，否則只會越來越臃腫。 ... 真深度攝像系統（深度傳感器）全面屏對我沒有造成太大衝擊，但是真深度攝像系統還是震驚了我。第一次知道這玩意兒還是在去年上聯想之星開學，有兩個同學是做這一方面的。通過雷射發射和接收，實現對空間情況進行 3D 建模。這次發布會後，我和同學專門就這塊的實現原理進行探討，這裡做一下簡單介紹。 ... 深度傳感器最核心的可以說是兩個部分，發射端（Dot projector）和接收端（Infrared camera），發射端發射出 30000 個點的紅外雷射，有一定傾斜度，然後通過人臉反射到接收端中，這樣根據反射角度情況，就能判斷臉部每塊的深淺了。 ... 相比與普通的攝像頭，這裡獲取到的面部是一個立體模型。蘋果用它來做人臉識別（Face ID），可是光線太暗怎麼辦？蘋果又增加了一個泛光照明器（Flood Illuminator），其就像一盞燈，均勻的打在人臉上，只是其發射的是紅外線，並不是真的照亮，通過接收端可以拍攝二維的人臉照片。這樣即使在黑夜中，也能夠進行人臉識別。我在和同學溝通時，我發現即使他是在做這塊的，開始也沒意識到蘋果竟然還加了個紅外光源，可見蘋果花了不少心思。如果再加上其它傳感器，就形成了一排。 ... 其中位置傳感器（Plroximity sensor）用來感知人臉到螢幕的距離，而亮度傳感器（Ambient light sensor）感知環境的亮度，這些在前面介紹過。還好整個劉海設計成了黑色，不然密集恐懼癥患者就不敢買了。十二、iPhone 11/Pro/Pro Max（2019） 2018 年的 iPhone 和 2017 相比變化不大，我就直接跳過了。三攝像頭 2019 年的 iPhone 11 用了和之前 Plus 類似的雙攝像頭。而 iPhone 11 Pro/Pro Max 直接引入了三攝像頭。相比上一代，增加了一個超廣角攝像頭。可以從長焦攝像頭到超廣角攝像頭，實現 4 倍光學變焦，越來越像個單眼相機了。另外，三款新型號的前置攝像頭都從 700 萬像素升級到了 1200 萬像素。 Ultra Wideband（UWB） iPhone 11 增加了 U1 晶片，這一晶片提供了超帶寬技術（UWB）的支持。簡單來說，它是一種新的近距離通信技術，和藍牙、WIFI 在解決類似的問題。它的優勢是可以提供厘米級的定位能力，並且可以實現更好的近距離傳輸，在 10 米內可以實現百兆甚至 GB 級別的傳輸速度。在 iOS 13 和 U1 的配合之下，使用 Airdrop 進行隔空文件傳送時，可以實現指向某個方向時，指向的設備會排在前面，可以優先選擇。之前的 Airdrop 使用時，需要同時打開藍牙和 WIFI，通過藍牙建立點對點的 WIFI 連接，然後通過 WIFI 進行傳輸。我現在還不確認新的 Airdrop 是既使用 UWB 進行連接建立和傳輸，還是說只是用於替換藍牙建立連接，傳輸仍然由 WIFI 來實現。結合蘋果不做半吊子產品的習慣，我估計是前者，UWB同時解決兩者。新的系統還沒看到，估計快捷設置欄里，除了蜂窩網絡、藍牙、WIFI 設置外，還會多個 UWB 設置。UWB 可能會擴展不少遊戲或其它應用場景，還有待挖掘。 ... 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。事實上，不止是蘋果，其他公司也同樣在採用越來越多的傳感器。有了各種傳感器，就可以採集到各種數據，再加上大數據分析技術，就可以挖掘越來越多的價值。我覺得未來可能通上電的設備，都會帶有傳感器，而傳感器會產生大量的數據，正是基於這點考慮，我把現在的創業公司起名叫 Sensors Data（神策數據），我覺得未來是傳感器時代。