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盘点∣2017年智能手机的传感器创新应用
2018-01-12 14:20:28   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

麦姆斯咨询奉上第二波:对2017年智能手机的传感器创新应用的盘点。随着2018年CES上vivo首爆屏下指纹识别手机即将成真,不得不感叹这个行业的创新能力可谓是2017年生“机”勃勃,2018年更加“旺旺旺”!

匆匆一年,农历“机”年即将过去,这一年各大智能手机厂商在传感器的创新应用亮点颇多,让人脑洞大开。继上一篇《盘点 | 2017年中国MEMS领域的重要投融资事件》后,麦姆斯咨询奉上第二波:对2017年智能手机的传感器创新应用的盘点。随着2018年CES上vivo首爆屏下指纹识别手机即将成真,不得不感叹这个行业的创新能力可谓是2017年生“机”勃勃,2018年更加“旺旺旺”!

1、全球首款分子识别智能手机:长虹H2

传感器创新应用亮点:嵌入SCiO分子传感器,扫一扫化学成分尽收眼底

手机发布时间:2017年1月

长虹发布的首款旗舰级智能手机H2

长虹发布的首款旗舰级智能手机H2

美国时间2017年1月6日,在拉斯维加斯CES 2017展会现场,长虹公司发布了全球首款分子识别手机——长虹H2。通过分子识别手机,用户能快速检测果蔬糖分、水分、药品真伪,以及皮肤年龄和酒水类等物质。

长虹H2分子识别手机的核心功能

长虹H2分子识别手机的核心功能

长虹H2集成了Consumer Physics公司SCiO分子传感器。Consumer Physics公司的SCiO分子传感器是一款便携式光谱仪,只需对着物品轻轻一扫,就能马上提供化学成分等有用信息。同时,Consumer Physics公司和亚德诺半导体(Analog Devices)共同合作开发从传感器到云端的平台,将这项技术嵌入到智能手机、可穿戴设备、工业和医疗等领域,允许用户快速、可靠地检测出化学成分,类似于质量控制,可以检测很多化学成分,如卡路里、脂肪、糖分、蛋白质;水果和蔬菜中的含糖量;饮料酒精含量;燃料和石油的化学成分……

一款SCiO分子传感器(便携式光谱仪)拆解分析

一款SCiO分子传感器(便携式光谱仪)拆解分析

来源:《Consumer Physics公司SCiO分子传感器:便携式光谱仪》

SCiO分子传感器背后的科学依据是近红外光谱技术(NIR)。近红外光谱技术原理基于每一种独特的分子振动,与光相互作用形成独一无二的信号,这个信号需要通过使用光学传感器和信号调理器件来识别,使用高级算法更新数据库来分析光谱,并实时传递样品分析信息。SCiO开发包(SCiO Developer Kit)可以帮助感兴趣的开发人员开发自定义应用程序。

2、全球首款同时支持AR和VR的智能手机:华硕ZenFone AR

传感器创新应用亮点:AR/VR通吃,颠覆使用体验

手机发布时间:2017年1月

华硕智能手机ZenFone AR

华硕智能手机ZenFone AR

2017年国际消费性电子展(CES)上,华硕发布了ASUS ZenFone AR ,这是全球首款同时支持 Tango 技术和 Daydream 技术的智能手机,不仅可透过运动追踪(motion tracking)、深度感知(depth perception)和区域学习(area learning)体验增强现实(AR),还可与 Google 平台相容,实现高品质的移动虚拟现实(VR)。

Tango源自于Google Advanced Technology and Projects group(ATAP),是谷歌为实现移动设备位置感知而研发的一系列产品与技术的集合。其核心技术主要包括三部分:(1)运动追踪(Motion Tracking):通过移动设备自带的多种传感器,在不通过外界信号的情况下(如GPS、WiFi、蓝牙Beacon等),实时获取设备的姿态与位置,追踪设备在三维空间中的运动轨迹。(2)环境学习(Area Learning):利用视觉信息记录与索引外界环境,自动矫正环境构建与运动追踪中积累的误差,识别重复环境。(3)深度感知(Depth Perception):利用自带的景深传感器扫描外界三维环境,构筑三维模型,再配合运动追踪,即可告诉设备在空间中的位置,与四周障碍物的距离。第一代的Tango原型平板采用了结构光(Structured Light)技术,而第二代的Tango原型手机以及Phab 2 Pro则采用了飞行时间(Time of Flight)技术。

Tango核心技术示意图

Tango核心技术示意图

Daydream(意为“白日梦”)是一个虚拟现实(VR)平台,由Google为第七代Android移动操作系统——Android Nougat开发。最初于2016年5月举行的Google I/O开发者大会上宣布。与Google的第一代VR平台Google Cardboard不同,Daydream自Android 7.1 Nougat起便集成在Android操作系统中。Daydream平台规范包括软件和硬件两方面,与之兼容的手机标识为“Daydream-ready”。

3、全球首款内存嵌入图像传感器的智能手机:索尼Xperia XZ和Xperia XZ Premium

传感器创新应用亮点:三层堆叠式CMOS图像传感器,提升高速动作的捕捉能力

手机发布时间:2017年2月

索尼智能手机Xperia XZ Premium

索尼智能手机Xperia XZ Premium

索尼率先将自家研发的业内首款面向智能手机的三层堆叠式CMOS图像传感器IMX400(名为“Motion Eye”)配置在2017年款的Xperia旗舰机型中。采用F2.0光圈,传感器尺寸为1/2.3英寸,不过由于像素数相比上代有所降低至1900万有效像素,所以单位像素尺寸提升为1.22μm,更大的传感器尺寸和光圈可以在低照度条件下拍摄出更加出色的画面。

索尼CMOS图像传感器芯片IMX400的三层堆叠结构

索尼CMOS图像传感器芯片IMX400的三层堆叠结构

全新的三层堆叠式CMOS图像传感器在传统的背照式CMOS图像传感器层和逻辑处理技术层上添加了一个DRAM层。此外还具有960fps画面更新率。DRAM层在整个CMOS图像传感器中充当缓存,用于存储像素层获取到的图像数据,因此大幅提升了CMOS图像传感器处理数据的速度,允许用户以最小的失真来拍摄快速移动物体的静态照,此外还支持每秒1000帧拍摄1080P超慢速动作电影,是索尼IMX318芯片的8倍。该芯片还支持每秒60帧的4K视频录制。全新的三层芯片能够在1/120秒内读取1930万像素图片,是IMX318芯片的4倍。这减少了读取每个像素行的时间间隔。这对于缺乏机械快门来控制曝光的智能手机尤其重要。

4、全球首款前后双摄智能手机:金立S3

传感器创新应用亮点:硬件级虚化,四摄拍照更美

手机发布时间:2017年5月

金立智能手机S10聚焦年轻人群

金立智能手机S10聚焦年轻人群,由薛之谦代言

为了获得更清晰的画面,金立S10搭载前置2000万+800万双摄,后置1600万+800万双摄。其中1600万像素的主摄像头搭载6P镜头模组和高达F1.8的最大光圈,让金立S10得以轻松应对各种暗光环境拍摄,噪点更小,自拍时更显自然。

金立S10虚化开启前后拍照效果对比

金立S10虚化开启前后拍照效果对比

在背景虚化方面,金立S10前后都配备了两个可同时工作的摄像头,通过成像的差异,计算不同物体的景深,从而把主体识别出来。主体数据和景深数据通过ISP处理,并在ISP的Hardware Engine(硬件引擎)内独立运算并合成,做到主体突出、背景虚化。金立S10不仅拥有前置双摄,还自带一颗柔光灯,是一款不折不扣的自拍神器。

5、全球首款采用结构光原理3D摄像头智能手机:苹果iPhone X

传感器创新应用亮点:人脸识别,安全可靠的新解锁方式

手机发布时间:2017年9月

苹果十周年版iPhone X携3D摄像头,重新定义下一代智能手机

苹果十周年版iPhone X携3D摄像头,重新定义下一代智能手机

iPhone X采用结构光原理的3D摄像头系统,主要由近红外摄像头、ToF测距传感器+红外泛光照明器、RGB摄像头、点阵式投影器和彩色/环境光传感器五个子模块组成。连接到ToF测距传感器的红外摄像机发出信号,指示摄像头在检测到脸部时拍摄照片。 iPhone X接着激活它的点阵式投影器拍摄图像。然后将一般图像和点图案图像发送到应用程序处理单元(APU),该应用程序处理单元通过神经网络训练识别手机用户并开启手机。

3D摄像头实现Face ID功能,实现了人机最自然的交互方式——看一眼就实现开机、付款等功能。这是一套强大、安全的验证系统,用起来甚至比Touch ID还要便捷、快速。注视感知功能的加入使得Face ID非常安全,用户可以放心将它用于Apple Pay。

想了解更多苹果3D摄像头信息,请查看《苹果iPhone X近红外3D摄像头传感器》

6、全球首款集成多光谱传感器的智能手机:苹果iPhone X

传感器创新应用亮点:改善环境光感测能力,真实还原色彩

手机发布时间:2017年9月

ams为iPhone X定制开发的多光谱传感器

ams为iPhone X定制开发的多光谱传感器

来源:《苹果iPhone X中的ams多光谱传感器》

苹果与ams(艾迈斯)合作,为智能手机iPhone X定制开发了一款多光谱传感器,以达到改善环境光感测能力的目的。该款多光谱传感器位于iPhone X手机正面,主扬声器上方。其架构使得其能感应很宽的光谱,结合扩散片(diffuser),6通道传感器芯片能感测紫外光、红光、绿光、蓝光、近红外1(NIR1)和近红外2(NIR2)。这使得iPhone X可利用该传感器感知环境的相关色温(CCT)水平,进而调整显示颜色和亮度。

以往屏幕色彩管理大都采用RGB颜色传感器, RGB并不是从人眼真实的色彩感觉出发,而是通过红绿蓝三色调和出的各种颜色,来“欺骗”人眼和大脑,对真实色彩的还原度误差在10~15%之间。XYZ是人眼标准反应曲线的模型,同时也展现了视网膜的长、中、短感光锥细胞对于光的光谱功率分布反应。虽然红、绿、蓝被视为可视光谱的代表,但它与实际的RGB颜色分布并不符合。

XYZ感测技术可实现如同人眼般的色彩感知

XYZ感测技术可实现如同人眼般的色彩感知

ams为iPhone X定制的这款多光谱传感器则是创新地采用XYZ感测技术。XYZ感测技术根据环境的相关色温(CCT)和亮度调节显示屏的色温(变暖或变冷)和亮度,使显示屏的显示效果看起来像纸张;通过高质量的校准提升显示器的白平衡和图像逼真度;相机可得到更逼真的、几乎零颜色失真的图像,白平衡性能可与专业级摄影设备媲美。

7、全球首款采用压阻式柔性材料的边缘触控智能手机:Google Pixel 2

传感器创新应用亮点:单手握持式操作,更符合人体工学

手机发布时间:2017年10月

Google Pixel 2

Google Pixel 2

Google Pixel 2上炫酷的功能,源自于HTC的边缘触控(Edge Sence)。通过用力按压手机的两侧边框,Google Pixel 2可以快速打开智能语音助手Google Assistant。

边缘触控功能可快速打开智能语音助手

边缘触控功能可快速打开智能语音助手

智能手机边缘触控并非新鲜功能,但以前的手机都是采用电容式压力感应技术。Google Pixel 2的边缘触控(Active Edge0的功能而是由一对柔性薄膜压力传感器实现。压力传感器通过在电路板基材上印刷了一种特殊的高灵敏度压阻式柔性材料。在受力产生拉伸或压缩时,电阻值会发生显著变化,因而可以用作压力传感器。而这款柔性薄膜压力传感器则来自深圳纽迪瑞的NDT边缘触控解决方案。

深圳纽迪瑞的NDT边缘触控解决方案已得到Google的认可

深圳纽迪瑞的NDT边缘触控解决方案已得到Google的认可

这款NDT微压力应变器的应变系数为传统应变片的5倍,最小激发力50g,压力分辨率15g(1mm玻璃面板),灵敏度更高。从原理上,对比电容式压力传感器的双层极板结构,微压力应变器技术可以直接检测发生在触控面板的微小形变,无需与系统内其他结构部件产生关联,实现独立模组化。这种单层结构的压力感应解决方案极大降低了手机堆叠设计的难度,同时在可量产性和产品可靠性上也可以实现大幅提升,实现压力传感器的即贴即用。在成本方面,NDT微压力应变器不存在电容传感器具有的生产过程一致性难以保证、跌落或者扭曲会改变参数需要重新校准、返修复杂等问题,工程难度更低,稳定性更高,寿命周期更长,因而具有综合成本优势。

8、全球首款搭配“散斑结构光”配件Jupiter X的智能手机:华为荣耀V10

传感器创新应用亮点:安卓阵营的人脸识别领跑者

手机发布时间:2017年11月

华为荣耀V10发布会现场

华为荣耀V10发布会现场

与iPhone X直接将3D深度摄像系统集成到了手机顶部不同,荣耀V10的3D人脸识别功能需要搭配额外的手机配件——全球首款“激光散斑结构光”手机配件Jupiter X(供应商舜宇光学的内部料号),华为称之为“点云深度摄像头”的辅助。单纯从外形看,Jupiter X只是一个独立于手机系统之外的配件,但不可否认的是,这款配件是当下除了苹果 TrueDepth 摄像头之外唯一应用在手机上的 3D 人脸识别配件产品,可以说华为已经是安卓阵营的领跑者了。

华为荣耀V10 “激光散斑结构光”配件Jupiter X的外观

华为荣耀V10 “激光散斑结构光”配件Jupiter X的外观

华为荣耀V10 “激光散斑结构光”配件Jupiter的内部结构剖析

华为荣耀V10 “激光散斑结构光”配件Jupiter的内部结构剖析

3D深度摄像系统有通过双摄像头的双目视差原理通过三角测量法,或者通过结构光来获得空间编码,通过三角测量法来获得深度信息,抑或是飞行时间法(ToF)。不过,华为这款配件采用了一种激光散斑结构光来获得深度信息。那么它的原理呢?当激光通过粗糙透明表面(如毛玻璃)并投射在物体表面时,在物体表面可以观察到无规则分布的明暗斑点,即激光散斑。这种激光散斑的产生是当激光照射在粗糙表面上时,表面上每一点都要散射光,而空间个点都接收这些相干散射光的照射就形成了激光散斑,散斑场按光路分为两种,一种散斑场是在自由空间中传播而形成的(也称作客观散斑),另一种是由透镜成像形成的(也称作主观散斑)。而对于空间各点形成的激光散斑,其中包含了空间每点的深度信息,通过红外摄像头来捕获所形成的散斑,通过特征的提取,分类器的训练,最终可以获得关于空间每点所形成的散斑中所包含的深度信息。

9、国内首款同时搭载人脸识别、指纹识别与虹膜识别三重识别技术的手机:国美U7

传感器创新应用亮点:三重识别,安全保障升级

手机发布时间:2017年12月

国美U7具备虹膜、人脸、指纹三重生物认证

国美U7具备虹膜、人脸、指纹三重生物认证

国美U7是国内唯一一款搭载三重生物识别的全面屏手机,可谓在安全和隐私保护方面下足了本钱。除了常见的指纹认证以外,基于面部识别的Face-Me 2.0技术实现了应用锁、锁定查看、通讯隐身等功能,更强保护用户隐私,化解社交尴尬。例如在图库和微信下,可以单图、多图限定启动“锁定查看”功能,这样在借阅手机时,别人就只能查看限定内容,而机主则可经人脸识别后,自由翻阅。而当有来电和新消息时,只有预先录入人脸识别的机主才能看到详情。

虹膜里隐藏的“密码”

虹膜里隐藏的“密码”

基于虹膜识别的钥匙串技术则充当了用户各类密码的“万能钥匙”。能够帮助用户存储各类APP的用户名和密码,还能自动填写。用户只要接受虹膜扫描就相当于完成密码输入的动作,解决了忘记密码、密码太多、输入麻烦等不便,更不用担心因为自动记忆密码导致的隐私外泄问题。

关于麦姆斯咨询

中国首家MEMS咨询服务公司——麦姆斯咨询(MEMS Consulting)成立于2012年9月,在上海、无锡和苏州设有办公室,致力于推动物联网产业发展,打造全方位MEMS服务平台,成为全球知名行业调研机构。麦姆斯咨询通过建设核心数据库,开拓国际产业合作,把握MEMS发展趋势,为客户提供科技报告、市场服务、行业会议、培训课程、知识产权服务、金融服务等,业务遍及全球,客户来自中国、台湾、加拿大、美国、埃及、德国、法国和瑞士等国家。

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