图像的传感器 科技革命就靠它？你不知道的六大传感器
科技革命就靠它？你不知道的六大传感器
指纹识别，光线感应，测量步数、脉搏、体温.......越来越多的功能在手机、平板、笔记本等移动终端上体验。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。移动平台六大传感器，你造吗？
开篇简单说两句：
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。
如今大热的智能穿戴设备，能够全天候的监测我们的步数、睡眠等信息。这些功能靠什么实现？各种传感器。
如今很多厂商意识到，搭载创新的传感器，能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，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，才将其配备到自家产品上。这也是为什么指纹识别技术刚刚在手机上普及开来的原因。
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。
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。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。
指纹识别传感器：不止安全
代表设备： iPhone 6/6 Plus，iPad Air 2，Galaxy S5，魅族MX4 Pro等。
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。
对于指纹识别传感器，我们必须明白：
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。
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。 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。
皮电传感器：知你性情
代表设备： 测谎仪，微软手环等。
相信不少朋友都有这样的经历，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。
对于皮电传感器，我们必须明白：
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。
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。
此外，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。
光线传感器：贴心调节
代表设备： iPhone，iPad，MacBook Air，三星S系列等配备大屏的移动终端。
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。
对于光线传感器，我们必须明白 ：
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。
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。
心率传感器：告诉你心跳背后的秘密
代表设备： 微软手环，松拓 VECTOR HR运动腕表，三星Galaxy S5手机等。
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。
对于心率传感器，我们必须明白：
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。
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。
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。
气压计：感知你的高度
代表设备： LG G Watch R，iPhone 6／plus，三星Galaxy S3，Galaxy note 2等。
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。
对于气压计，我们必须明白：
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。
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。
图像传感器：像素太高未必好
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
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。
对于图像传感器，我们必须明白：
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。
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。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。
不难发现，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？
CCD？CMOS？背照式？堆栈式？图像传感器结构小科普
前一阵佳能推出了搭载佳能首款自主研发的背照堆栈式CMOS图像传感器的速度旗舰EOS R3，但有不少朋友表示堆栈式CMOS不是早就有了么。我相信很多人对于相机的图像传感器相关知识是一知半解的，今天就来和大家一起科普一下有关于图像传感器结构的一些知识。
CCD还是CMOS？
在数码单反刚开始发展的早期，曾经有过一次“路线之争”，就是选择CCD图像传感器还是CMOS图像传感器。首先，无论是哪种图像传感器，原理都是将外界射入的光信号转换为电信号，电信号由ADC数模转换器将模拟信号转换为数字信号，再由ISP图像处理器对接收到的数字信号进行处理，最终输出为一幅图像。
CCD的全称是ChargeCoupled Device，电荷耦合器件图像传感器，于1969年由美国贝尔实验室发明。CMOS的全称是Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补式金属氧化物半导体图像传感器，是一种集成电路的设计工艺，用户非常广泛。相对而言，CCD在初期具备分辨率高，灵敏度好，全域快门的特点，而CMOS则具备集成度高，功耗低，成本低的特点。与CCD产品相比，CMOS是标准工艺制程，可利用现有的半导体设备，不需额外的投资设备，且品质可随著半导体技术的提升而进步。随着工艺水平的提高，CMOS图像传感器迅速解决了分辨率和灵敏度的劣势，并且在大尺寸元件上的价格优势和视频录制方面的优势更加的明显，直接导致了CMOS的全面胜出。
目前CCD图像传感器大多出现在一些对特殊领域性能要求特别高，同时对成本很无所谓的领域中还有应用。比如天文摄影会用到冷冻CCD，医疗X光影像以及一些需要长时间曝光的科学应用上。而那些在社交平台上吹嘘的十几年前的二手CCD照相机，一般都已经属于“工业废品”级别，同样的价格可以购买同年代的全画幅单反相机了，强烈不值得入手。
在单反数码化的初期，各家都有尝试过使用CCD来作为图像传感器，但在2002年，佳能和柯达就先后发布了使用CMOS图像传感器的全画幅单反相机，此后佳能也再也没有使用CCD作为单反的图像传感器，专心致志的走CMOS路线。
当然也不是所有厂商都选择了CCD或者CMOS，适马就选择了FOVEON X3的传感器。2002年适马推出了世界上第一台搭载FOVEON X3传感器的数码单反相机SD 9，直到今天也只有适马还有FOVEON X3传感器的相机有售。
虽然在2003年索尼还没有涉足相机市场，但2003年宾得发布的自家第一款数码单反相机*ist D就是使用的索尼生产的631万像素CCD。2017年，索尼正式停止研发CCD图像传感器，同时索尼的最后一款CCD单反相机也要追溯到2010年的索尼a390。
背照式？堆栈式？都是什么？
如果说CCD与CMOS之争是线路之争，那么背照式CMOS和堆栈式CMOS就是CMOS图像传感器的进化之路。
上面我们提到了CMOS具备集成度高的特点，所以电影摄影机领域就有不少顶级厂商选择将ADC数模转换器集成到CMOS中，以提高峰值输出性能并得到了不错的成绩。索尼在2007年推出了Exmor CMOS，在小尺寸传感器上实现了集成ADC这一特性，2008年索尼推出了著名的IMX028，就是索尼a900、尼康D3X上用的那款。从这时候起，索尼CMOS的性能逐步与外置ADC的佳能CMOS拉开了明显的差距。
2008年，索尼继续高歌猛进，推出了BSI背照式CMOS，索尼将之称为Exmor R。在前照式CMOS时代中，Bayer阵列滤镜与光电二极管间存在大量金属连线，阻隔了大量进入传感器表面的光线。在背照式CMOS结构下，金属连线转移到光电二极管的背面，光线不再被阻挡，信噪比大幅度提高，而且可以采用更复杂、更大规模电路来提升传感器读取速度。第一个吃到背照式CMOS红利的并不是相机类产品，而是苹果的IPHONE 4S，随后1英寸卡片机领域开始大规模使用，就连能够自产CMOS传感器的佳能和松下都采用索尼的背照式CMOS。
在背照式CMOS之后到来的工艺升级是铜互连工艺，与之前的铝互连工艺比，电阻降低了40%，芯片运行速度提升了15%，尺寸还更小，同时为芯片增加互连层数提供了可能性。也就是说没有铜互连工艺，就不会有后来的堆栈式CMOS。2012年尼康推出的D600上就采用了IMX128传感器，相对于尼康D3X在速度上有了质的提升，这就是铜互连工艺带来的进步。索尼则是从Alpha 7R II上开始宣传这一工艺的升级。
2012年，索尼发布了堆栈式CMOS结构，并命名为Exmor RS。这一结构在背照式CMOS的基础上具备了更多的ADC，并内置了DRAM存储芯片，也就是说CMOS的读取和处理速度更快了。2015年索尼推出了搭载堆栈式CMOS的卡片机RX100 IV，具备24张/秒的超高速连拍性能，之后索尼在RX100 VII上又进一步升级了堆栈式CMOS，具备无黑屏的20张/秒连拍。
用人话讲这几个新工艺分别是，内置ADC提高宽容度，背照式CMOS提高进光量，铜互连工艺和堆栈式CMOS提高读取速度。
那么传感器还有什么升级点呢？
虽然在相机/手机CMOS领域索尼相对于佳能/三星/OV还有不少领先，但和几个高端品牌比如阿莱的供应商ON Semiconductor相比，索尼、佳能等等品牌还有不少功课要补，其中我认为最重要的就是佳能已经成功研发了的双增益成像影像传感器技术。
这项技术需要CMOS中集成双ADC，一个ADC通道读取14bit高增益信号，一个ADC通道读取14bit低增益信号，最后通过处理器进行HDR合成出16bit的高宽容度画面。阿莱在很早之前就实现了这一功能，而佳能则在摄像机C70上搭载了这样的CMOS，目前相机/手机领域还没有这样的产品出现，不过我相信随着时间的推移，慢慢就会有厂商去尝试这一功能点的。
以上就是本期的内容了，看完之后大家是否对传感器有了一定的了解了？
相关问答
什么是图片 传感器 ?图片传感器是一种将光线转换为电信号的装置,也被称为图像感应器。它可以捕捉光线,将其转化为数字信号,并将其保存在相机或其他设备中。这种技术的核心是由数...
图像传感器 哪家最好? -ZOL问答您好,我最近正在学习摄影,现在想要了解一下图像传感器市场,不知道目前图像传感器哪家的份额最高?图像传感器市场目前谁处于领先地位?谢谢。2人讨论612次围观...
图像传感器 和摄像头区别?图像传感器和摄像头是数字图像处理领域中的两个重要组件,它们在图像获取和处理过程中扮演着不同的角色。下面是它们的区别:图像传感器:-图像传感器是指位于...
图像传感器 是做什么的?1:图像传感器的主要作用是将光学图像转换成电学信号并输出。图像传感器是一种特殊类型的半导体器件,由大量的光敏元件和信号电路组成,可以将入射的光线转化为...
图像传感器 为什么叫CIS?CIS全称是ContactImageSensor,是接触式图像传感器,由触点式感光元件组成。CIS的中文名称是接触式图像感应装置。它采用触点式感光元件(光敏传感器)进行感...
图像 感应器原理是怎样的具体些?我长期从事机器视觉教学与科研工作,可以具体介绍一下其工作原理。科学地说,图像感应器应该叫图像传感器,是相机的核心元器件。其工作基本原理是:图像传感器...
图像 识别 传感器 调试方法?检查硬件连接。确保图像识别传感器正确连接到控制器或计算机。检查所有电缆和连接器,确保它们牢固地插入。检查软件配置。确保图像识别传感器已正确配置。...
图像传感器 是光感传感器吗?您好,是的,图像传感器是一种光感传感器。它可以将光的能量转化为电信号,用于捕捉和记录图像。图像传感器常用于数码相机、摄像机和手机等设备中。您好,是的,...
主流的 图像 传感制造技术是什么?简单的说呢就是投影用的,它把从镜头里传来的图像投影到传感器上,通过传感器把图像转变成电学信号!这样我们就能从显示器上看到图像了。简单的说呢就是投影用...
行车记录仪内置的 图像传感器 有什么作用?热敏型的。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存...