Học viện đào tạo trực tuyến Chủ Nhật, 2 tháng 8, 2020 0 No comments

Trên một chiếc điện thoại ngoài những phần cứng hay phần mềm thường xuyên được nhắc đến trong những bài trên tay hay đánh giá chi tiết như camera, bộ vi xử lý,... Một chiếc smartphone hoàn chỉnh còn được tạo nên từ rất nhiều yếu tố, trong đó hệ thống các cảm biến cũng không ngoại lệ. Đó cũng là lý do tại sao điện thoại có thể đếm được bước chân khi mình mang theo bên người? Có thể định vị chính xác vị trí, và độ cao mình đang ở? Trong những điều kiện ánh sáng khác nhau điện thoại lại điều chỉnh độ sáng khác nhau? Tất cả là nhờ vào rất nhiều các cảm biến được tích hợp trong một chiếc điện thoại.

Cảm biến sinh trắc học

Hầu hết những chiếc smartphone hiện đại nào bây giờ cũng có tích hợp bảo mật sinh trắc học. Nó hoạt động dựa trên hệ thống cảm biến vân tay hoặc hệ thống nhận dạng gương mặt.

Theo thời gian cảm biến vân tay ngày càng phát triển và tiên tiến hơn để hạn chế thấp những trường hợp bị qua mặt. Từ hệ thống vân tay 1 chạm ở mặt lưng hay tích hợp với nút nguồn, rồi đến cảm biến vân tay ẩn trong màn hình như một xu hướng.

Hiện tại có 3 loại chính bao gồm:

Cảm biến vân tay điện dung: Sử dụng bảng mạch tụ điện để ghi nhớ đầy đủ và chi tiết dấu vân tay. Vì tụ điện có thể lưu trữ điện tích, việc kết nối chúng với các tấm dẫn điện trên bề mặt của máy quét cho phép theo dõi các chi tiết của dấu vân tay. Từ đó khi chạm mở khoá máy quét đối chiếu và nhận ra chính xác dấu vân tay để mở khoá.

Cảm biến vân tay quang học: Sử dụng ánh sáng để quét và xác thực vân tay. Hệ thống sẽ chụp lại hình ảnh 2D của dấu vân tay, mỗi khi chạm ngón tay vào vùng cảm biến hoạt động, nó sẽ chụp và đối chiếu với dấu vân tay đã được lưu để mở khoá.

Cảm biến vân tay siêu âm: Sử dụng sóng siêu âm tần số cao được phát ra để ghi nhận dấu vân tay. Hệ thống sẽ quét toàn diện dấu vân tay, tái tạo ra một biểu đồ 3D của ngón tay và lưu lại. Khi chạm ngón tay vào máy quét, một xung siêu âm được truyền đến ngón tay, áp lực từ các xung này sẽ bị ngón tay hấp thụ và một số chúng phản hồi trở lại cảm biến. Sau đó hệ thống đối chiếu với dữ liệu vân tay 3D có sẵn để mở khoá.

Hệ thống nhận diện gương mặt hiện nay cũng ngày càng được cải tiến.

Như iPhone X trở về sau này thì quá nổi bật với FaceID rồi. Nó sử dụng hệ thống TrueDepth Camera để quét và xác thực khuôn mặt. Face ID có thể đo lường được chiều sâu khuôn mặt, những điểm lồi như sống mũi, môi,… và những điểm lõm như hốc mắt sẽ được tính toán và xác định một cách chính xác nhất.

Hầu hết các công nghệ nhận diện gương mặt trên smartphone hiện nay đều dựa trên hình ảnh 2D là chính. Thường thì với phương thức này sẽ thiếu tính chính xác, các ảnh chỉ là một bức hình phẳng do các máy quét đều không có khả năng thu thập chiều sâu vật thể. Nhận diện 2D còn phụ thuộc vào cường độ ánh sáng xung quanh trong điều kiện ánh sáng yếu, nhận diện khuôn mặt không thể hoạt động.

Camera hồng ngoại (IR): Hoạt động bằng cách chiếu chùm hồng ngoại lên mặt người dùng, sau đó thu được một "bản đồ" đặc điểm khuôn mặt, sau đó được truyền về điện thoại nhằm đối chiếu với bản gốc đã lưu sẵn khi cài đặt, từ đó quyết định có mở khoá hay không. Giải pháp này cho phép tái tạo bản đồ gương mặt có chiều sâu và giúp nhận diện cả trong bóng tối.

Cảm biến ảnh

Đây là thành phần quan trọng của camera, giúp ghi lại thông tin môi trường từ ánh sáng đi qua thấu kính. Cảm biến trên các camera có hàng triệu tế bào nhạy sáng hoặc photodiode trên một tấm silicon. Khi ánh sáng đi qua (lúc nhấn chụp), mỗi tế bào này sẽ tự tạo một diện tích để kích hoạt hệ thống lọc màu hoạt động, các filter sau đó tiếp tục đảm nhận việc phối màu, chuyển đến thành phần khác xử lí thông tin và cuối cùng tạo nên một bức ảnh hoàn chỉnh.

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cần thường được đặt ở cụm camera selfie của chiếc điện thoại (nhất là điện thoại "tai thỏ) hoặc nằm ở cạnh trên của máy cùng với loa thoại và camera. Nó thường phát ra một loại trường điện từ, chùm bức xạ hoặc ánh sáng hồng ngoại, có tác dụng phát hiện những vật thể đến gần. Nhờ có cảm biến này mà điện thoại biết được khi nào mình áp vào tai để nghe gọi và tắt/ mở màn hình.

Có 2 loại cảm biến tiệm cận thường thấy:

Cảm biến tiệm cận cảm ứng: Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ

Cảm biến tiệm cận điện dung: Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện.

Ngoài ra, nếu lỡ nút nguồn điện thoại bị hỏng, người ta còn tìm cách dùng cảm biến tiệm cận với chức năng tự động mở/khoá màn hình điện thoại khi phát hiện tay người dùng đặt phía trước cảm biến.

Cảm biến ánh sáng

Loại cảm biến này dùng để xác định ánh sáng môi trường xung quanh để tự động điều chỉnh ảnh sáng của màn hình. Ví dụ như khi bật chế độ tự động điều chỉnh ánh sáng thì bạn dùng điện thoại trong điều kiện ánh sáng yếu máy sẽ giảm độ sáng màn hình xuống để mắt không bị chói.

Cảm biến gia tốc (Gia tốc kế)

Cảm biến này thường được biết đến với tác dụng đo bước chân khi chúng ta di chuyển. Gia tốc kế là bộ phận tích hợp bên trong smartphone giúp phát hiện sự thay đổi phương hướng (so với phương ngang), các chuyển động nghiêng, xoay, lắc,…. Ngay khi có bất cứ sự thay đổi nào đó về phương hướng, cảm biến sẽ nhận ra và truyền thông tin đến điện thoại để xử lý và phản hồi tương ứng.

Nhờ gia tốc kế smartphone có thể tự nhận ra bạn đang xoay ngang điện thoại và nó sẽ đưa ra giao diện tương ứng. Ví dụ như khi xem Youtube xoay máy theo chiều ngang thì video cũng tự động phát theo chiều ngang và ngược lại....

Con quay hồi chuyển

Con quay hồi chuyển là cảm biến được sử dụng kết hợp với gia tốc kế. Nó giúp nhận biết chuyển động xoay theo phương dọc, bổ sung cho những thứ mà gia tốc kế chưa làm được. Con quay hồi chuyển được sử dụng để duy trì và kiểm soát vị trí, mức độ hoặc hướng của thiết bị dựa trên nguyên lý động lực góc. Xác định độ nghiêng, phát hiện hướng của điện thoại và cho ra những phản hồi phù hợp. Với game đua xe chẳng hạn bạn nghiêng điện thoại thì chiếc xe trong game chuyển động theo.

Từ kế

Từ kế là bộ phận được tích hợp trong smartphone để hỗ trợ ứng dụng la bàn hoạt động. Từ kế đo từ trường và xác định phương hướng, giúp định vị trí chính xác trên smartphone dựa trên dữ liệu địa lý được cung cấp. Do đó, từ kế không hoạt động độc lập mà nó làm việc song song với các dữ liệu đến từ gia tốc kế, GPS,...

Ngoài ra từ kế cũng được tìm thấy trong máy dò kim loại, nên nó cũng được sử dụng trong các ứng dụng dò kim loại của smartphone.

GPS

Cảm biến GPS trên điện thoại sẽ nhận một gói tín hiệu Ping từ vệ tinh trong không gian để xác định người dùng đang đứng (hoặc thậm chí là chạy) ở khu vực nào trên Trái Đất này. Kỳ thực, nó không sử dụng dữ liệu của điện thoại nên khi không còn tín hiệu mạng di động, nó vẫn cho phép định được vị trí của người dùng (thông tin bản đồ thì tất nhiên phải được tải về sẵn để hiện giao diện kiểu Apple Maps hay Google Maps cho người dùng). Cảm biến GPS trên điện thoại sẽ kết nối với nhiều vệ tinh, sau đó tính toán vị trí của người dùng dựa trên góc của những đường giao nhau của tín hiệu. Bởi thế nên nếu người dùng đang ở nơi mà điện thoại không "thấy" được vệ tinh trên trời thì sẽ không hoạt động được. Và mặc dù cảm biến GPS không tốn dữ liệu mạng nhưng việc tính toán và liên tục giao tiếp với vệ tinh sẽ tốn pin của điện thoại, do đó nên thường các bài chia sẻ cách tiết kiệm pin điện thoại sẽ có mục Tắt GPS khi không dùng là vậy. Trên thực tế, ở những chiếc smartphone ngày nay thì dữ liệu thu được của GPS sẽ được kết hợp với các thông tin thu được từ nhà mạng như độ mạnh yếu của dữ liệu di động,... để xác định chính xác hơn vị trí của người dùng.

Cảm biến LiDAR

Công nghệ LiDAR đã được ra đời từ rất lâu rồi, nó thường được dùng trên những chiếc xe tự lái, robot hút bụi,.... Nhưng trên thiết bị di động thì cảm biến LiDAR được Apple tích hợp lần đầu tiên trên iPad Pro (2020) để cải thiện khả năng chụp ảnh và trải nghiệm các tính năng thực tế tăng cường trên thiết bị di động. LiDAR là máy quét 3D thu nhỏ, nó sử dụng tia laser động bắn đi - về để ghi nhận các thông tin về chiều sâu và khoảng cách một cách chính xác.
Trên thế hệ iPhone 12 tiếp theo người ta đang kỳ vọng Cảm biến LiDAR sẽ được Apple tích hợp với những nâng cấp mới.

Ngoài ra thì với những chiếc Pixel 4 hay Pixel 4 XL còn có thêm cảm biến Soli, bản chất của nó là module radar, phát hiện chuyển động để hỗ trợ các tính năng điều khiển điện thoại mà không cần chạm vào màn hình.

Hồi trước với Galaxy S4, Samsung còn tích hợp cả nhiệt kế vào máy để đo nhiệt độ môi trường xung quanh, đo nhiệt độ trong máy, khi máy quá nóng thiết bị sẽ cảnh báo đến người dùng và đưa ra cách khắc phục. Một số chiếc máy đến từ Sony cũng vậy, nó giúp cảnh báo thiết bị nóng lên và ngắt không cho sử dụng camera cho đến khi nhiệt độ hạ xuống.

Nhiều điện thoại, bao gồm cả iPhone còn có phong vũ biểu để đo áp suất không khí, xác định độ cao bạn đang ở so với mực nước biển từ đó cải thiện độ chính xác trên bản đồ cùng với GPS.

Bên trên là một số những cảm biến trên điện thoại mà mình đã tìm hiểu và tổng hợp lại. Anh em có gợi ý thêm những cảm biến nào nữa không? Nhờ anh em bổ sung bên dưới bình luận nhá!