Смартфоны с акселерометром и гироскопом: ▷ Купить смартфоны с гироскопом с E-Katalog — цены интернет-магазинов России на смартфоны с гироскопом

Содержание

Внешний гироскоп для смартфона

Гироскоп в телефоне – что это такое и как работает

Функциональные возможности современных мобильных телефонов давно вышли за рамки совершения звонков и обмена текстовыми сообщениями SMS. Смартфон сегодня это универсальный гаджет, начиненный всевозможными сенсорами. Имеются во многих моделях и специфические датчики, с помощью которых телефон может определять свое положение в пространстве. Примером таких чувствительных устройств являются гироскоп и акселерометр.

Что такое гироскоп и для чего он нужен, принцип работы

Начнем с того, что гироскоп – это механическое или электромеханическое устройство, способное определять собственный угол наклона относительно земной поверхности. Если сравнивать его с другими подобными устройствами, изобретен он был относительно поздно, а именно в 1817 году. Основной элемент конструкции гироскопа представляет собой вращающийся вокруг вертикальной оси ротор-волчок, причем его ось может изменять положение в пространстве, а скорость вращения волчка значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Благодаря этому волчок всегда сохраняет свое положение независимо от действующих на него извне сил, в чём и заключается весь принцип работы гироскопа.

Первоначально это нехитрое устройство использовалось в качестве учебного пособия. Практическое применение ему нашли только спустя 60 лет, когда инженер Обри додумался устанавливать его в торпеды для стабилизации их курса. Сегодня это полезное изобретение, будучи многократно усовершенствованным, широко применяется в самых разных механизмах. Для точного определения положения в пространстве гироскопы используются в морских судах, самолетах, космических аппаратах, ракетах, симуляторах, радиоуправляемых устройствах вроде квадрокоптеров и, конечно же, в смартфонах.

Как устроен гироскоп в смартфоне, отличие гироскопа от акселерометра

Естественно, гироскоп в смартфоне существенно отличается в плане конструкции от классических гироскопов, хотя и служит той же цели. Механическая энергия в нём преобразуется в электрическую, формирующую последовательность битов – бинарный код, лежащий в основе всех компьютерных программных систем. Никаких вращающихся волчков в гироскопах электронных устройств, разумеется, нет, они слишком малы для этого. Вместо них используется подвижные массы вещества, смещение которых вызывает изменение электрической емкости конденсаторов, регистрируемое микропроцессором.

Вместо конденсаторов могут использоваться вырабатывающие ток пьезокристаллы, особенно часто встречающиеся в определяющих положение в пространстве датчиках другого типа – акселерометрах. Конструктивно акселерометры очень похожи на гироскопы, в них также имеется подвижный элемент – специальный грузик, смещение которого при наклоне устройства оказывает воздействие на пьезокристалл. Таким образом, скорость и давление преобразуются в электрический сигнал, обрабатываемый соответствующим образом микропроцессором. Итак, некоторое представление о том, что это такое гироскоп в смартфоне вы, надеемся, получили.

И вот еще пару моментов. И гироскопы, и акселерометры являются инерционными МЭМС-датчиками, отличаясь, однако, принципом получения данных. Если гироскоп определяет только угол наклона по отношению к земной поверхности, то акселерометр может измерять линейное ускорение, то есть перемещение по горизонтали относительно земли. На практике в смартфонах и прочих устройствах нередко устанавливаются оба датчика, которые прекрасно дополняют друг друга. Теперь давайте посмотрим, как узнать есть ли гироскоп в телефоне.

Как проверить наличие гироскопа в телефоне

Мы уже знаем, для чего нужен гироскоп в смартфоне, но как проверить его наличие на том или ином мобильном устройстве. Гироскоп используется всеми приложениями, регистрирующими наклон устройства – навигационными и строительными программами, 3D-играми, средствами просмотра 3D-панорамного контента, поворачивающим экран встроенным ПО и так далее. Но поддержка этих функций еще не означает, что указанный датчик в телефоне есть, ведь выше мы уже отмечали, что отчасти его может заменить акселерометр.

Если вы хотите узнать, интегрирован ли гироскоп в гаджет или нет, зайдите на официальный сайт производителя устройства, найдите там вашу модель и изучите ее технические характеристики. Есть и более быстрый способ получить нужную информацию. Установите на смартфон бесплатное приложение-бенчмарк AnTuTu Bеnchmаrk, в разделе «Мое устройство» оно выводит список всех датчиков, среди которых будут данные и о гироскопе. Если напротив пункта «Гироскоп» вместо его названия указано «Не поддерживается», значит, датчик на устройстве отсутствует.

В качестве альтернативы можно воспользоваться другим приложением – Sеnsor Sеnse. В отличие от AnTuTu Bеnchmаrk, кроме списка датчиков оно еще выводит все их показания. Ставим программу и смотрим, есть ли в списке гироскоп. Если нет, то нет его и на устройстве.

Стоит также обратить внимание еще на один замечательный программный инструмент – AIDA64, предоставляющий полный набор сведений о конфигурации устройства. Какие сенсоры есть на борту можно просмотреть на вкладке «Датчики». Если в списке будет значиться гироскоп, можно быть уверенным, что в телефоне он установлен.

Включение/отключение и калибровка гироскопа на Андроиде

Как правило, гироскоп в телефонах является самостоятельным датчиком, с программными настройками никак не связанным. Гироскоп либо есть, и он всегда включен, либо его нет, но тогда и ни о каком включении/отключении датчика не может быть и речи. Правда, пользователи часто спрашивают, как включить гироскоп на Андроиде, но этот вопрос исходит из недопонимания принципа его взаимодействия с программной частью устройства. Можно включить и отключить функции акселерометра, например, автоповорот экрана, но это опять же никак напрямую не связано с гироскопом.

То же самое касается калибровки гироскопа, отрегулировать программно можно лишь акселерометр. Встроенными средствами самой ОС это сделать вряд ли получится, для этих целей нужно использовать специальные утилиты вроде Accelerometer Calibration Free. Тут всё очень просто – мобильное устройство укладывается на ровную поверхность, а когда показывающий равновесие красный шарик окажется ровно в центре «прицела», нажимается кнопка «Calibrate».

В общем, если в сети вам попадется информация на тему как откалибровать гироскоп на Андроид, знайте, что речь идет о настройке акселерометра.

Гироскоп в телефоне что это такое и какие функции он выполняет

Добрый день, друзья. Гироскоп в телефоне что это такое? У современных телефонов довольно много разнообразных датчиков. Чем их больше, тем быстрее сядет ваш смартфон, точнее, его батарея. Но, часть из них действительно полезны и благодаря им применения телефона становится более удобным. Сейчас мы рассмотрим один из подобных датчиков, который называется гироскоп и поймём, зачем он нужен?

Заглянем в историю

Что бы было понятно, прототипом гороскопа является детская игрушка «Юла». Гироскоп работает по похожему принципу. Также, что-то подобное есть и в человеческих ушах, вроде волчка. Когда мы начинаем крутиться, нам кажется, что крутятся все стены. Но, данная часть тела помогает держать равновесие. Нечто подобное происходит и в телефоне.

Если взять телефонный гироскоп, то его широкой публике впервые представил профессор из Германии, который занимается математикой и астрономией И. Боненберг. Но, часть ученых считают, что данный прибор изобрели на 3 года раньше.

Но, вернёмся к телефонам. Самой первой компанией, установившей гироскоп на собственном гаджете, является Apple. Поэтому, впервые данный прибор внедрили в Айфоне. На данный же момент, почти у всех новых телефонах он присутствует. Узнать, есть ли он на вашем устройстве довольно просто, нужно просто просмотреть документацию.

Также, зайдя в характеристики прибора, в раздел «Датчики», вы получите подробные данные о всех встроенных устройствах. Если же вам кажется, что его в телефоне нет, то это можно проверить с помощью приложения Sensor Box for Android . Этот софт вам расскажет про все найденные датчики.

Гироскоп, что это и как его использовать?

Гироскоп является специальным чипом, который находится внутри смартфона. Если вам интересно, как он выглядит, вам нужно будет разобрать телефон, иначе вам до него не добраться. Данный чип занимается анализом размещения телефона в пространстве и вычислением углов его положения.

Кроме телефонов, такие приборы применяются в авиации, мореплавании, космосе. Часть из них находятся в различных домашних устройствах.

Какие функции выполняет гироскоп в телефоне?

Данные технологии помогают реализовывать различные функции для смартфонов. Давайте рассмотрим, чем именно занимается в телефоне данный датчик?

  1. Тряска смартфона. Это очень важная функция гироскопа. Ранее, человеку нужно было нажимать на кнопочку, или проводить пальчиком по дисплею, для принятия входящего вызова. Сейчас же, достаточно встряхнуть гаджет, и вызов принят. Таким же образом можно пролистывать фото, менять музыку или переходить к новой страничке электронной книжке;
  2. Кроме этого, данная функция довольно удобна, когда вы применяете калькулятор. Пользователь, задействовав данную функцию может производить расчеты не используя руки. Также, если вы повернете дисплей на 90 0 и сделаете его горизонтальным, появятся дополнительные возможности;
  3. С помощью гироскопа вы можете активировать Блютуз;
  4. Данная функция позволяет использовать специфические приложения. Например, можно определить угол наклона, что полезно на стройке;
  5. Данную возможность применяют и при определении местности, где находится человек. Другими словами, GPS отыскивает координаты, а этот датчик видит направление, что очень важно в навигаторе.

Гироскоп производит ориентацию не местности очень точно. Вывод: — гироскоп удобен и очень полезен в телефоне. Он даёт человеку много возможностей.

Разумеется, у данного устройства есть и свои недостатки, которые могут вам испортить от него впечатление. При его работе часть программ начинают более медленно работать или просто не отвечать на команды человека. Кроме этого, гироскоп может неправильно среагировать, если вы лежите и читаете, переворачиваясь про этом на другую сторону. Но, подобные недостатки убираются довольно быстро, просто отключив этот прибор.

Чем гироскоп отличается от акселерометра?

Часть пользователей, изучая свой телефон, думают, что гироскоп и акселерометр – похожие приборы, или вообще синонимы одного датчика. Но, это не так. Действительно, акселерометр также фиксирует положение телефона в пространстве, но в других плоскостях. Назначение акселерометра следить за поворотами, а у гироскопа на порядок больше функций:

  1. Гироскоп занимается не только поворотами, но и перемещением гаджета в пространстве;
  2. Определяет стороны света, т.е. может случить как компас;
  3. Также, он может отслеживать скорость, с которой вы перемещаетесь. Можно сказать, является спидометром.

Другими словами, этот датчик следит за перемещением смартфона на 3-х плоскостях. Поэтому на телефонах, в которых встроен гироскоп, приличные возможности. Но, если же в вашем гаджете находятся сразу два этих датчика, то возможности такого телефона ещё больше увеличиваются.

Как его лучше применять?

Мы выяснили вопрос, что представляет гироскоп смартфона. Сейчас постараемся рассмотреть случаи, в когда он более полезен. Если исходить из статистики, смартфон, где есть гироскоп, часто применяют любители игр. С его применением играть становится более удобно. Данный прибор делает игру более трехмерной, интерактивной и захватывающей.

До появления этого прибора, чтобы поменять положение героя игры, необходимо было проводить пальчиками по дисплею и тапать по определённым областям. В данный момент, нужно лишь повернуть телефон в пространстве, и объект примет то положение, которое вам нужно. Из-за смены поворота телефона, меняется и разворот нужного объекта. Выходит, что-то вроде виртуальной реальности. В играх его используют для более меткого прицела. Кроме этого, гироскоп применяется в разнообразных симуляторах.

Также, как я уже упоминал, гироскоп применяют в строительстве или просто производстве, где нужно что-то точно рассчитать или измерить. К примеру, слесарь имеет возможность рассчитать точное положение любой вещи, элементарно прислонив к ней гаджет. В строительстве таким путём можно отследить уровень стен, узнать, имеют ли они наклон. Данные о наклоне появляются прямо на дисплее телефона, и они довольно точны.

Вывод: теперь мы знаем, гироскоп в телефоне что это такое и зачем он нужен. Стало ясно, что этот датчик практичен и удобен. С помощью него смартфоны получили гораздо больше различных функций, облегчающих и упрощающих жизнь пользователя. Смартфон, где есть данный прибор, можно применять как навигатор, компас, измеритель наклона и прочее. Кроме этого, его удобно использовать в холод, когда нет желания снимать перчатки для того, чтобы принять вызов или поменять песню. Также, компании создатели стараются сделать его менее электрозатратным, что даёт возможность применять его без частой зарядки батареи.

А в ваш мобильный гаджет встроен гироскоп? Вы его часто применяете, и в каких целях? Просьба поделиться в комментариях. Успехов!

Можно ли самому установить гироскоп в телефон?

Очень хочется посмотреть «дополнительную реальность» но к сожалению на моём Honor 6C нет датчика гироскопа.

Какие есть варианты кроме покупки нового телефона?

Самому установить нельзя, так как для него ни место не предусмотрено, куда б его можно было установить, ни программной поддержки нет.

Возможно использовать внешний гироскоп с bluetooth-интерфейсо­ м, но только в случае, если такой гироскоп поддерживается приложением, которым вы собираетесь управлять.

Как настроить?

Всё о Интернете, сетях, компьютерах, Windows, iOS и Android

Гироскоп в смартфоне — для чего он нужен

А Вы знали, что в Вашем смартфоне есть гироскоп?! А Вы думали он просто так автоматически поворачивает экран при изменении положения телефона в пространстве? Как бы не так. За это отвечает встроенный гироскоп — специальное устройство, которое способно реагировать на изменение углов ориентации аппарата в пространстве относительно инерциальной системы отсчета. Гироскопы уже достаточно давно применяются в различных сферах — авиация, судоходство, космонавтика. В последнее время из-за удешевления их стали использовать в разной бытовой технике и даже в игрушках.

История создания гироскопа

Принято считать, что создатель гироскопа — немецкий математик и астроном Иоанн Боненбергер. В 1817 году он опубликовал описание своего изобретения, согласно которому гироскопа Боненбергера представлял собой вращающийся массивный шар на карданном подвесе.

Немного позже, в 1832 году американец Уолтер Р. Джонсон представил свою версию гироскопа — уже с вращающимся диском. Впервые как прибор, он был использован в 1852 году французским учёным Фуко для отображения изменения направления в пространстве. Надо отметить, что именно Фуко и назвал прибор «гироскоп». А вот в промышленности он впервые был использовал в 1880 году и использовался для стабилизации курса торпеды.

Кстати, самый простой пример бытового гироскопа — это обычный волчок. И хотя между ними нельзя поставить знак равенства, и гироскоп, и волчок — это физические тела, способные быстро вращаться вокруг своей оси симметрии и имеющие неподвижную точку. Они оба обладают способностью устойчиво сохранять при вращении направление своей оси в пространстве.

Для чего нужен гироскоп в телефоне?

Как я уже сказал ранее, в настоящее время гироскоп применяется достаточно широко. В том числе и в мобильных гаджетах — телефонах и планшетах.

Началось всё с мобильных игр, которые благодаря использованию гироскопа становятся значительно интересней и увлекательнее. Затем производители стали добавляться разные функции, которые активировались с помощью поворота или встряхивания. Например, подняв телефон, можно вывести его из ждущего режима, а встряхиванием — ответить на звонок.

Сейчас практически невозможно найти современный смартфон или планшет на ОС Android или iOS, который не имеет встроенного гироскопа. Благодаря ему работает автоматический поворот изображения на экране.

Чем отличается гироскопа от акселерометра

Многие современные мобильные девайсы имеют не только встроенный гироскоп, но ещё и акселерометр. Некоторые люди почему-то путают эти два устройства, хотя их принципы работы достаточно сильно отличаются. Один определяет угол своего наклона. Другой — высчитывает собственное ускорение. Акселерометр сейчас активно применяют в фитнес-браслетах для подсчёта пройденного расстояния.

И да, оба устройства используют в качестве точки отсчёта поверхность земли. Но вот заменить одним другое — нельзя. Потому, на практике, в телефоне могут использоваться сразу два устройства — и гироскоп, и акселерометр, которые достаточно удачно дополняют друг друга.

Как включить гироскоп на андроиде

Чтобы узнать, как включить гироскоп на андроиде, для начала, давайте разберемся, что же такое гироскоп и что он из себя представляет. Итак, что же такое гироскоп, зачем он нужен и как его включить?

Особенности гироскопа

Гироскоп – это небольшой датчик, который впаян в материнскую плату вашего телефона или планшета. Важно, что этот датчик находиться только в устройствах с сенсорным управлением, то есть, если вы обладаете клавишным телефоном, то этого устройства у вас быть не может. Гироскоп служит для считывания отклонений телефона в пространстве.

Особенности акселерометра

Акселерометр – это, если можно так сказать, способность планшета или телефона переворачивать изображение на экране. Акселерометр больше всего применяется при «серфинге» сайтов. Страницы сайтов обычно делают для прямоугольных мониторов, читать информацию с планшета становиться не совсем удобно, тут-то и понадобиться акселерометр, переверните ваш планшет, сайт сам примет доброжелательный вид и сразу станет удобно воспринимать информацию находящиеся на сайте.

Первый реагирует на изменение положения, а второй на линейное ускорение. Благодаря таким свойствам планшет или телефон точно реагирует на тонкие движение и изменение положения.

Настройка гироскопа

Теперь вы знаете, что и зачем нужен гироскоп в телефонах, давайте разберём, как же нам его включить.

Для этого понадобиться:

  • Войти в горизонтальное меню.
  • Найти вкладку «автоповорот».
  • Запустить приложение .

Вот и всё, ваш телефон или планшет должен реагировать на все дальнейшие изменения в пространстве. Если это не происходит, не переживайте, есть ещё один способ включить гироскоп.

  • Заходим в настройки.
  • Ищем вкладку “специальные возможности” и заходим туда.
  • Ищем «автоповорот экрана» и ставим галочку напротив этого пункта.
  • Перезагружаем устройство.

Теперь всё должно работать исправно.

Важно! Чтобы калибровка прошло успешно, ваше устройство должно лежать на ровной поверхности.

В общем и целом, что и гироскоп, что и акселерометр служат для удобного пользования вашем гаджетом, они ни имеют не какого пагубного влияния на телефон или планшет. Эти функции можно включить и отключить по вашему желанию.

Гироскоп в телефоне не работает


Современный телефон включает в себя немалое количество различных датчиков, способствующих более комфортному обращению с устройством. К числу таковых уже давно относятся датчики освещенности и приближения, а также определяющий местоположение устройства датчик GPS. Оснащать смартфоны гироскопом начали сравнительно недавно. За небольшой промежуток времени этот элемент стал одним из главных в системе любого телефона. Его поломка приводит к определенным трудностям во время работы со смартфоном. Что же делать пользователю, если не работает гироскоп в телефоне?


Основные отличия гироскопа от акселерометра


Для лучшего понимания пользователем своего девайса важно сразу уяснить, что гироскоп и акселерометр – два разных датчика. Акселерометр отслеживает положение устройства и определяет угол его поворота относительно горизонтальной плоскости. Гироскоп определяет не только координаты положения смартфона в пространстве, но и скорость перемещения девайса.


Многие производители технологичных устройств совмещают работу гироскопа и акселерометра в одном смартфоне. За счет их симбиоза удается достичь улучшенной функциональности девайса, ведь один из датчиков чувствителен к изменению положения в пространстве, а другой – к линейному ускорению.

Признаки неисправного гироскопа


Основная функция гироскопа – поворот экрана смартфона. Если автоматический поворот экрана не работает – первый признак вышедшего из строя датчика. Однако не стоит сразу же предпринимать серьёзных решений. Необходимо учесть всевозможные ситуации, указывающие не на поломку гироскопа, а на особенность его работы. К таким ситуациям относится отказ функционирования датчика в определенных приложениях, при просмотре видео или незначительная задержка в развороте.


К основным признакам неисправного гироскопа следует отнести:

  • экран не разворачивается вне приложений;
  • гироскоп произвольно срабатывает без изменений положения устройства в пространстве;
  • не срабатывает переворот экрана на рабочем столе.


Если не работает гироскоп в телефоне, высока вероятность программного сбоя. В некоторых случаях решить проблему удается путем обновления прошивки девайса. Но предпринимать подобные манипуляции со смартфоном разумно, если возникновению проблемы с гироскопом не предшествовало механическое повреждение. В случае падения телефона лучше всего сразу обратиться за помощью к специалистам, так как датчик – довольно хрупкая деталь.

Ремонт смартфона в Mobilap Repair


Ремонт неисправного гироскопа – процедура непростая. Мы рекомендуем вам обращаться за помощью к профессиональным мастерам по ремонту мобильной техники. Специалисты сервисного центра Mobilap Repair бесплатно осмотрят ваш телефон, точно установят причину, почему не работает гироскоп на Андроиде или любой другой операционной системе.


Предоставим гарантию на любые оказанные ремонтные услуги сроком до 1 года. Сделаем всё возможное, чтобы вы покинули наш сервисный центр со своим исправным верным «другом», а не отправились в салон сотовой связи за новым телефоном.

За что отвечает гироскоп в смартфоне. Гироскоп в телефоне

Мобильные телефоны с каждым годом становятся сложнее. Чтобы пересчитать количество всех датчиков, встроенных в современные смартфоны, может не хватить пальцев обеих рук. Гироскоп в телефоне – что это за сенсор, как он работает, каково его применение, можно ли отключить этот прибор? Эти вопросы будут рассмотрены для тех, кто хочет хорошо разбираться в своем смартфоне.

Что такое гироскоп

Юла, она же волчок – известная игрушка. Она при быстром вращении сохраняет устойчивость на одной точке опоры. Это незамысловатое устройство является простейшим примером гироскопа – приспособления, реагирующего на изменения углов ориентации тела, на котором оно установлено, в трех плоскостях. Термин впервые использовал французский физик и математик Жан Фуко.

Гироскопы классифицируют по количеству степеней свободы и по принципу действия (механические и оптические). Вибрационные гиродатчики, подвид механических, широко используются в мобильных устройствах. Применение GPS-навигации отодвинуло на второй план изначальную функцию гироскопов – помощь при ориентации на местности, но эта технология все еще незаменима в современных моделях телефонов.

Отличие от акселерометра

На современных мобильных гаджетах часто установлены оба эти прибора. Ключевое отличие гироскопа от акселерометра и других сенсоров заключается в самом принципе работы данных аппаратов. Первый определяет собственный угол наклона относительно земли, а второй способен измерять линейное ускорение. Преимущество акселерометра – знание ускорения позволяет точно вычислить расстояние, на которое было перемещено устройство.

На практике оба прибора могут как заменять, так и дополнять друг друга. Фактически и тот, и тот лишь регистрируют положение относительно земной поверхности. Как и гироскоп, акселерометр может передавать сведения об ускорении смартфону, на который он установлен.Часто используются оба датчика; они хорошо взаимодействуют. В таблице зафиксированы ключевые особенности приборов.

Принцип работы­

Простыми словами, гироскоп – это волчок, быстро вращающийся вокруг вертикальной оси, закрепленный на раме, которая способна поворачиваться вокруг горизонтальной оси, и закреплена на другой раме, которая поворачивается вокруг третьей оси. Как бы мы ни поворачивали волчок, он всегда имеет возможность все равно находиться в вертикальном положении. Датчики снимают сигнал, как волчок ориентирован относительно рам, а процессор получает информацию и считывает с высокой точностью, как рамы в этом случае должны быть расположены относительно силы тяжести.

Что такое гироскоп в смартфоне

Современные мобильные устройства в большинстве своем оснащены гироскопами. Их еще называют гиродатчиками. Этот элемент смартфона работает на постоянной основе, автономно, не требует калибровки. Этот прибор не нужно включать, но в некоторых телефонах есть функция отключения с целью экономии энергии. Выполнен он в виде микроэлектромеханической схемы, расположенной под корпусом смартфона.

Для чего нужен

Внедрение технологии гиродачиков в мобильные девайсы существенно расширило их функционал и добавило новый способ управления устройствами. Например, простое встряхивание телефона позволит ответить на входящий звонок. Изменение ориентации экрана с помощью наклонов смартфона тоже реализовано благодаря гиродатчикам; этот прибор обеспечивает стабилизацию камеры. В приложении «Калькулятор» простой поворот экрана на 90 градусов открывает дополнительные функции программы.

Гиродатчик очень упростил пользование встроенными в смартфон картами. Если человек повернет свой девайс «лицом» к, скажем, конкретной улице, то это отобразится на карте с высокой точностью. Хороший смартфон с гироскопом обеспечивает пару интересных возможностей для мобильного гейминга. Управление виртуальным автомобилем становится невероятно реалистичным, когда для вождения машины используются повороты смартфона. В технологиях виртуальной реальности с помощью гиродатчиков отслеживаются повороты головы.

Как работает гироскопический датчик

В гиродатчике есть две массы, двигающиеся в противоположных направлениях. Когда появляется угловая скорость, на массу действует сила Кориолиса, направленная перпендикулярно их движению. Происходит смещение масс на величину, пропорциональную прикладываемой скорости. Меняется расстояние между подвижными и неподвижными электродами, что приводит к изменению емкости конденсатора и напряжению на его обкладках, а это уже электрический сигнал. Такие электронные сигналы и распознаются гиродатчиком.

Как узнать, есть ли гироскоп в смартфоне

Простой способ – ознакомиться с характеристиками девайса на официальном сайте производителя. Если гиродатчик имеется – это обязательно будет указано. Некоторые производители умалчивают о том, есть ли гироскоп на телефоне, не желая тратить на него место. Их можно понять – все сейчас стремятся сделать телефон легче и тоньше. В таких случаях помогут сторонние приложения.

На YouTube есть целый раздел видео, которые можно поворачивать на 360 градусов. Если у вас поддерживается возможность управления таким видео через повороты смартфона, значит работает гироскоп. Еще можно установить приложение AnTuTu Benchmark, которое проводит полную диагностику вашего устройства. Там вы найдете строку о наличии или отсутствии гироскопа.

В каких телефонах есть гироскоп

Первым смартфоном, в котором был установлен гиродатчик, является Iphone 4. Покупатели позитивно отнеслись к такому нововведению и с тех пор телефоны с гироскопом начали заполнять рынок. Все последующие версии смартфонов Apple были оборудованы гиродатчиками. Владельцам андроид-устройств в этом плане немного сложнее, благо, о наличии датчика можно спросить у консультанта перед покупкой, или проверить самому. Гироскоп в телефоне – это важный бонус.

Видео

Нашли в тексте ошибку? Выделите её, нажмите Ctrl + Enter и мы всё исправим!

Гироскоп в телефоне впервые появился с выходом iPhone 4. Таким образом, в мобильные устройства снова внедрили дополнительные аппаратные средства. Теперь смартфоны умеют не только определять свое географическое местоположение, ориентацию в пространстве и автоматически разворачивать фотографии для удобного просмотра. Благодаря очередному нововведению устройства также научились фиксировать вращение (например, если пользователь находится на офисном стуле, который может поворачиваться в разные стороны). В результате функциональные возможности смартфонов расширились еще больше.


Что такое гироскоп?

Акселерометр может измерять линейное ускорение относительно системы координат. Это используется для определения ориентации телефона. В результате этого нововведения в свое время появилось множество новых полезных функций. В зависимости от ориентации телефона пользовательский интерфейс (UI) может автоматически поворачиваться в портретном или ландшафтном режиме. Благодаря этому появились новые возможности для создания мобильных игр.

В наше время сложно представить себе гоночную игру для смартфона, которая не поддерживает акселерометр. Каждый раз, когда автомобиль нужно было повернуть, приходилось нажимать определенную кнопку на сенсорном экране. Калибровка акселерометра вывела игровой процесс на новый уровень, ведь теперь мы можем выполнять повороты за счет наклонов мобильного устройства. Благодаря этому нововведению было создано множество популярных игр.

Но зачем телефону нужен гироскоп, если уже есть акселерометр? На самом деле акселерометр измеряет только линейное ускорение устройства, тогда как гироскоп определяет его ориентацию. Фактически он может фиксировать свое движение в пространстве, включая вертикальное и горизонтальное вращение.

Тем, кто интересуется, что такое гироскоп в смартфоне, будет интересно узнать о его практическом применении. Чтобы понять принцип действия этого устройства, нужно представить себе игру Counter-Strike, которую перенесли на мобильную платформу. В таких играх мы должны двигаться во всех направлениях. Без поддержки гироскопа нам нужно было бы провести пальцем по сенсорному экрану, чтобы получить возможность двигаться в правильном направлении. В результате через некоторое время пользователь пришел бы к выводу, что управление игрой реализовано неудачно.

С внедрением гироскопа игровой процесс стал более приятным. Теперь пользователь может просто передвигать телефон в пространстве для управления игрой. Гироскоп определит ваше движение, и умная система поймет, что вы хотите сделать. Теперь игроку не нужно использовать свои пальцы для управления ходьбой и прицеливанием. Вместо этого появляется возможность сосредоточиться на стрельбе за счет прикосновений к сенсорному экрану.

Для управления подобными играми можно использовать акселерометр и встроенный компас, но в таком случае очень сильно страдает точность и плавность. Благодаря гироскопу появилась возможность сделать управление играми максимально приближенным к игровым консолям и ПК. Что касается аппаратных средств, то в мобильных телефонах используются устройства на основе MEMS (микроэлектромеханических систем). Далее в качестве примеров будут рассмотрены популярные телефоны с гироскопом.

Компания Apple впервые представила новое изобретение за счет его внедрения в iPhone 4. Когда эта фирма установила акселерометр на своем телефоне первого поколения, он сразу же приобрел всемирную известность. В результате был установлен новый тренд, и каждый производитель смартфонов стремился внедрить это нововведение на своих устройствах. Затем история повторилась, потому что гироскоп тоже стал объектом зависти среди конкурентов. Пользователи мобильных устройств были в восторге, когда Стив Джобс продемонстрировал возможности iPhone 4. В результате в магазине приложений появилось множество интересных игр с задействованным гироскопом.

Телефон Nexus S — это совместный продукт компаний Google и Samsung. Он стал первым устройством на базе Android, получившим гироскоп. Благодаря добавлению некоторых действительно продвинутых функций, таких как NFC, телефон составил серьезную конкуренцию iPhone 4. Поддержка API-интерфейса гироскопа была добавлена в Android 2.3 Gingerbread, благодаря чему разработчики получили возможность создавать интересные игры и приложения.

Список устройств Андроид, оснащенных этим нововведением, стремительно расширялся, благодаря чему многие пользователи смогли оценить его возможности. Вскоре после Nexus гироскоп установили на телефоне LG Optimus 2X. Кроме того, это устройство прославилось как первый в мире смартфон с двухъядерным процессором (1 GHz NVIDIA Tegra 2 AP20H Dual Core Processor).

В современных моделях никого не удивишь множеством датчиков: давления, силы притяжения, магнитного, акселерометра, гироскопа и других. Одними из самых первых датчиков были датчик приближения, света и акселерометр (G-сенсор). Хотя гироскоп в планшете появился значительно позже, его часто путают с G-датчиком. Сами модули на самом деле очень разные, но часто используются в паре. Правда, Apple первая полностью отказалась от использования акселерометра ещё в iPhone 4.

Тем не менее, все остальные производители стараются использовать полезные функции от обоих модулей.

Чем отличается гироскоп от G-сенсора (акселерометра)

Он же акселерометр — предназначен для измерения проекции кажущегося ускорения, то есть для измерения угла наклона девайса сравнительно с поверхностью планеты. В большинстве случаев используется для автоматического поворачивания дисплея планшета (или другого устройства). Впрочем, это и было его первое предназначение. Уже намного позже функциональность G-сенсоров начали использовать для игр и приложений.

Гиродатчик, он же гироскоп — устройство в девайсах, использующееся для определения ориентации планшета и других устройств в пространстве, а также для отслеживания его перемещения. Впервые начал использоваться в ноутбуках для защиты жёсткого диска от последствий падения устройства или его резкого перемещения.

Что такое гироскоп в планшете и где он используется?

Итак, что такое гироскоп в планшете, для чего он конкретно нужен и какую конкретную выгоду можно от него иметь? Гироскоп — это небольшое устройство с виду похожее на микросхему, но на самом деле являющееся полноценным модулем. Кроме стандартных задач он используется очень часто в современных играх . Например, гонки обрели совершенно новое значение, когда сам планшет выступает в качестве руля. При этом угол наклона соответствует уровню поворота рулевого колеса (Real Racing 3, например).

Стандартное использования модуля

Кроме поворота экрана (в iPad, в других случаях это делается посредством акселерометра) и функций безопасности, на модуль возложены функции расширения вида приложений (интерфейса). Например, калькулятор при повороте дисплея меняет вид с обычного на инженерный. Похожими функциями обладают и другие приложения.

Очень часто разработчики программного обеспечения для устройств используют его для управления устройством. Разнообразные встряхивания, определённая последовательность движений и прочее. С помощью движений можно принимать-завершать звонки, увеличивать-уменьшать громкость и прочее.

Применение в быту

Гиродатчик в планшете — что это и как его использовать в бытовых целях? Функции модуля можно очень широко использовать в домашнем строительстве, ремонте и прочих мелких бытовых задачах. Самое первое и полезное — полноценная замена строительного уровня. Так, например, уровень может выйти из строя, а в гироскопе это исключено. На практике можно использовать для того, чтобы точно выставить мебель или установить окна и двери.

Самое интересное, что можно выставить не только по уровню, а и под совершенно точным углом. Для этого, правда, придётся скачать специальное приложение.

Использование с другими модулями

Очень часто гироскоп используется в паре с другими модулями, в первую очередь с акселерометром. Очень яркий пример — совместное использование с GPS-модулем для навигации. Так, на планшете карта будет автоматически поворачиваться по ходу разворота устройства. Это очень полезно для точной ориентации в пространстве, как на автомобиле, так и, например, для туристов.

Многие из современных мобильных гаджетов — смартфонов и планшетов — оснащены гироскопами и акселерометрами. Что это за аппаратные компоненты?


Что такое гироскоп?

Гироскоп, встраиваемый в мобильный гаджет, это небольшое устройство, способное определять собственный (а значит, и того девайса, на котором оно размещено) угол наклона относительно земной поверхности и передавать соответствующие координаты в то или иное приложение. Например — в игру, установленную на смартфоне либо планшете или иной вид ПО. Использование приложениями данных с гироскопа дает возможность пользователю эффективно управлять интерфейсом девайса или, например, игровыми персонажами.

Гироскопы — это девайсы, которые находят самое широкое применение не только в индустрии мобильных решений, но и в иных сегментах рынка электронных устройств, а также в автомобильной, аэрокосмической промышленности. Принцип их работы вне зависимости от сферы применения одинаковый — они используются для определения положения объекта относительно земной поверхности.

Что такое акселерометр?

Акселерометр в мобильном гаджете
— это устройство, позволяющее измерять собственное (а значит, и того девайса, на котором оно размещено) ускорение. Даже если длина «разгона» составляет миллиметры. Как и гироскоп, акселерометр, инсталлированный на смартфоне или планшете, может передавать сведения об ускорении в игру или приложение. При этом соответствующий сигнал призван выполнять, в принципе, ту же функцию, что и в случае с задействованием гироскопа — он помогает программе, работающей на гаджете, определить свое положение относительно земной поверхности.

Вместе с тем у акселерометра есть одно важное преимущество — измерение ускорения позволяет устройству весьма точно вычислять расстояние, на которое оно перемещено в пространстве. Поэтому мобильный гаджет с акселерометром можно использовать, к примеру, как шагомер.

Способность акселерометра измерять ускорение исключительно полезна для работы систем защиты некоторых электронных устройств от последствий падения или неудачной «перепасовки» одним пользователем другому. Подобные системы могут устанавливаться на жестких дисках ноутбуков: если они обнаруживают, что винчестер куда-то летит, то временно блокируют его записывающую головку — самый хрупкий элемент. Если жесткий диск все же упадет, то сохранится шанс на то, что его кластеры останутся в целости.

Сравнение

Главное отличие гироскопа от акселерометра — в принципах работы данных аппаратных компонентов. Первый вычисляет свой угол наклона относительно земли, второй подсчитывает собственное ускорение — но, опять же, относительно земной поверхности. На практике обе функции могут в ряде случаев заменять друг друга или же удачно дополнять. Поэтому многие мобильные девайсы оснащаются как акселерометром, так и гироскопом.

Вместе с тем у акселерометра есть ряд возможностей, недоступных для гироскопа. В частности — формирование сигналов, позволяющих определить расстояние, пройденное пользователем мобильного устройства.

Определив то, в чем разница между гироскопом и акселерометром, зафиксируем ее ключевые критерии в таблице.

В этой заметке речь пойдет о паре миниатюрных приспособлений, которые встраиваются во многие современные электронные устройства: плееры, планшеты, коммуникаторы, фото- и видеокамеры. А именно — о гироскопе и акселерометре. Стоит, кстати, сказать, что синонимом слова «гироскоп» является слово «гиродатчик», а синонимом «акселерометра» — G-сенсор. Сами же гироскоп и акселерометр — вещи разные (некоторые их путают), но они отлично дополняют друг друга, работая в паре.

Акселерометр (G-сенсор)
— это миниатюрное устройство, которое, если говорить научным языком, измеряет проекцию кажущегося ускорения. Если говорить проще, то оно определяет угол наклона устройства относительно поверхности Земли. Программное обеспечение, получающее информацию об угле наклона с акселерометра, поворачивает изображение на экране. Например, на устройстве с G-сенсором для перехода в альбомную (ландшафтную) ориентацию экрана достаточно всего лишь повернуть устройство на 90 градусов. Изображение на экране повернется как бы «само», так как сработает акселерометр.

Гироскоп (гиродатчик)
— это приспособление, которое служит для определения ориентации устройства в пространстве, для отслеживания его перемещения. Программное обеспечение, используемое вместе с гироскопом, способно быстро реагировать на перемещение устройства в пространстве и принимать соответствующие решения. Например, в ноутбуках гироскоп позволяет быстро включить режим фиксации жесткого диска в случае падения или просто резкого перемещения устройства. Это очень полезно, поэтому желательно, чтобы покупаемый вами ноутбук/нетбук был оснащен гиродатчиком. Впрочем, во многих ноутбуках для аналогичных целей используется и акселерометр.

В современных коммуникаторах, телефонах и планшетах акселерометр и гироскоп используются также как важные элементы управления игровым процессом. В результате у игрока появляется возможность управления, например, виртуальным автомобилем в каких-нибудь гонках простыми поворотами, встряхиваниями и прочими движениями устройства. И, естественно, спектр игр не ограничивается только гонками. Существует огромное количество самых разных игр, использующих гироскоп и акселерометр как средство управления. Все это делает игровой процесс более увлекательным и интерактивным.

В ряде устройств программное обеспечение также может использовать акселерометр и гироскоп в самых различных случаях. Например, на коммуникаторах iPhone в портретной (стандартной) ориентации экрана калькулятор самый обычный — отображаются лишь кнопки с цифрами и простейшими арифметическими действиями. А вот при повороте устройства на 90 градусов калькулятор автоматически переходит в профессиональный режим — появляются кнопки с тригонометрическими, логарифмическими и прочими функциями.

Помимо этого, в iPhone, iPod и iPad акселерометр задействуется музыкальным проигрывателем: в портретной (вертикальной) ориентации экрана на дисплее отображается список песен/авторов/альбомов, а при повороте устройства на 90 градусов происходит переход в своеобразный режим, который называется CoverFlow. На экране появляются изображения обложек альбомов, которые можно прокручивать простым движением пальца. Важно понимать, что акселерометр здесь выполняет только одну функцию: обеспечение автоматического перехода из стандартного режима в режим CoverFlow.

Еще одно применение описываемых датчиков можно увидеть в режиме навигации. Например, смотрите вы на устройстве (с GPS-модулем, конечно) карту местности. Карта эта — с помощью гироскопа — отображается в соответствии с вашим расположением; иными словами, на экране изображается схема той местности, которая находится прямо перед вами. Вы поворачиваетесь, и карта на экране тоже поворачивается. Фактически, карта всегда соотвествует направлению вашего взгляда/тела. Это очень практично.

Наконец, стоит отметить функцию шагомера, которой обладают некоторые устройства с акселерометром (например, плееры iPod Nano 5-го и 6-го поколений, коммуникаторы iPhone). Шагомер позволяет измерять пройденное за день расстояние (или же, к примеру, расстояние, которое вы пробежали за какое-то время). Правда, точность измерения зависит от многих факторов и иногда бывает весьма низка.

Как видите, акселерометр и гироскоп — вещи достаточно полезные, хотя жизненной необходимости в них, разумеется, нет. Хотелось бы также заметить, что гиродатчик и акселерометр не обладают телепатическими свойствами и реагируют на любые повороты и передвижения устройства, в том числе и случайные. Это, естественно, раздражает, и многие данные датчики просто-напросто отключают. Лично я — использую.

Отдельно стоит сказать несколько слов об акселеромтрах (G-сенсорах) в e-ink ридерах. Из-за специфики е-инк экрана (он отличается медлительностью), G-сенсор в ридере — удовольствие очень сомнительное. Если он ошибочно сработает, вам придется ждать, пока произойдет поворот изображения/текста на экране в ненужный вам режим, а потом — пока произойдет обратный поворот.

А ошибочные срабатывания, на самом деле, не так уж редки. Например, ложитесь вы с ридером на кровать или на диван, и G-сенсор подает сигнал — надо повернуть текст на экране. А вам это вовсе не требуется. Подождали, повернули текст обратно. Затем решили повернуться на бок. Снова сработал G-сенсор, и снова зря. Как видите, неудобно. Именно поэтому многие пользователи е-инк ридеров акселерометр отключают. И именно поэтому я не советую делать наличие акселерометра (равно как и гиродатчика) одним из критериев выбора ридера. Лучше, чтобы у ридера была возможность осуществлять поворот текста/изображения на экране при помощи одной кнопки. Вот это действительно удобно.

Раз уж я вспомнил про ридеры, то стоит сказать пару слов о читалках PocketBook, на которые можно установить дополнительную программу, которая называется FBReader 180 (распространяется она бесплатно). Данная программа обладает очень интересной функцией: листание наклоном устройства. Фактически, вы можете перелистывать страницы книг без нажатий на кнопки, достаточно просто наклонять устройство на определенный угол вправо/влево. Величина этого угла задается в настройках. Имейте в виду, что эта функция работает только на устройствах PocketBook со встроенным G-сенсором: модели 360, 360+, 602, 603, 612, 902, 903, 912.

Напоследок дам такой совет
: если вы планируете пользоваться акселерометром или гиродатчиком устройства, обязательно проверьте корректность их работы при покупке, чтобы потом не было разочарования. И ещё я очень не советую покупать устройства со встроенным акселерометром без возможности его отключения. Такие устройства, к сожалению, выпускаются (обычно мелкими китайскими фирмами), и подчас они весьма раздражают своих владельцев ложными срабатываниями данного датчика.

И помните, что наличие и гироскопа, и акселерометра гораздо лучше наличия одного лишь акселерометра (G-сенсора). Гироскоп в паре с G-сенсором способен точнее определять положение устройства в пространстве, и возможностей интерактивного управления — например, в играх — будет больше.

Для чего нужен гироскоп в телефоне

Функциональные возможности нынешних мобильных телефонов огромные. Это уже не только звонки и обмен текстовыми сообщениями SMS. Современные телефоны – это очень сложные девайсы, которые содержат много модулей и датчиков.

Смартфон теперь является универсальным гаджетом, который начинен самыми разными сенсорами. К сожалению, не каждый пользователь интересуется тем, из чего состоит его гаджет. Для человека важно иметь качественное устройство, которое предоставит ему возможность произвести запуск игры, просмотреть видео и посетить веб-сайты.

Однако, когда тщательно изучаешь информацию, то можешь обнаружить немало деталей, которые кажутся ненужными. Но ведь они установлены в телефонах? Значит, они нужны. Есть также во многих моделях и специфические датчики. Благодаря ним, телефон может определить свое положение в пространстве.

Данная статья посвящена гироскопу в телефоне. В ней мы расскажем о том, каково его предназначение, а также о том, как его нужно настраивать.

Чем отличается гироскоп в телефоне


Гироскоп – это устройство механическое или электромеханическое. Оно может определить собственный угол наклона относительно поверхности Земли. По сравнению с другими аналогичными девайсами его изобрели относительно поздно. Если сказать точно, то 1817 году.

В те времена это было очень громоздкое устройство. Прибор представлял собой круг, который вращается вокруг оси. Для сравнения можно сказать, что он очень напоминал волчок или юлу для детей.

Главным элементом конструкции гироскопа является ротор-волчок, который вращается вокруг вертикальной оси. Подчеркнем при этом, что ось способна изменить положение в пространстве. Скорость вращения волчка намного выше скорости поворота оси его вращения. За счет этого волчок постоянно сохраняет свое положение. Он не зависит от сил, которые действуют на него извне. В этом и есть весь принцип действия гироскопа.

Поначалу данное незамысловатое устройство применяли как учебное пособие. Однако со временем ему нашли и практическое применение. Произошло это через 60 лет после того, как его изобрели. Именно тогда инженер Обри догадался, что можно устанавливать гироскоп в торпеды для того, чтобы можно было стабилизировать их курс.

В настоящее время это полезное изобретение многократно усовершенствовали. Оно нашло широкое распространение в самых разных механизмах.

ВАЖНО! Конечно, в смартфоны устанавливают совершенно другие конструкции. Это маленький датчик, у которого длина в 3-5 мм, высота 5 мм, а ширина в 4 мм. Габариты просто смешные. Несмотря на это, многие производители отказываются устанавливать гироскопы в свои аппараты. Все потому, что они стремятся сделать телефон как можно тоньше.


Гироскоп в телефоне – это специальный датчик. Он предназначен для того, чтобы определять положения аппарата в пространстве.

Понятно, что гироскоп в смартфоне значительно отличается по своей конструкции от классических гироскопов. А ведь предназначение его такое же. В нем механическая энергия преобразуется в электрическую, которая формирует последовательность битов – бинарный код, который положен в основу каждой компьютерной программной системы.

Конечно, в гироскопах электронных устройств никаких вращающихся волчков нет. Они очень маленькие для этого. Вместо них нашли применение подвижные массы вещества. Когда они смещаются, то это приводит к тому, что изменяется электрическая емкость конденсаторов. И это регистрирует микропроцессор.

Гироскоп вычисляет, каков угол наклона девайса относительно земли, а затем он осуществляет передачу полученных данных в операционную систему.

Если бы такого датчика не было бы, то появились бы проблемы во время игр. Особенно это касается гонок. Ведь в них для того, чтобы управлять, необходимо делать повороты смартфоном.

ВАЖНО! Качественные гироскопы настолько точные, что могут определить отклонения на 1-2 градуса. Этого бывает достаточно для того, чтобы своевременно вовремя изменить ориентацию экрана телефона или сделать поворот игрового персонажа.

Функции гироскопа в телефоне


Как мы уже говорили ранее, гироскоп в телефоне предназначен, прежде всего, для того, чтобы определять положения девайса в пространстве. Однако зачем система должна знать, насколько градусов наклонился смартфон? Ответ на данный вопрос можно найти далее, когда ознакомишься с таким перечнем функций гироскопа:

— Просмотр видео в 360 градусов. Если вы обладаете очками виртуальной реальности, то сможете вести просмотр роликов и играть в игры, не нажимая на экран. Каждый поворот становится возможным за счет гироскопа.

— Встряхивание телефона. Без такого датчика невозможно было бы применить функцию, которая позволяла бы провести разблокировку смартфона после того, как его встряхнешь.

— Использование навигации. Если нет гироскопа, то не будет также практической возможности пользоваться GPS и компасом. Данный датчик предоставляет возможность определять стороны горизонта, а также, где расположен человек относительно спутника.

— Управление персонажем в играх. Есть очень много мобильных игр, в которых для того, чтобы управлять автомобилем или героем, необходимо делать повороты телефоном. И если бы не было гироскопа, то система никак не смогла бы понять, где находится девайс.

ВАЖНО! Безусловно, в этом перечне приведены не все ситуации, в которых применяется гироскоп. Однако их будет достаточно для того, чтобы первоначально ознакомиться.

В чем разница между гироскопом и акселерометром


Конструктивно акселерометры напоминают гироскопы. В них также есть подвижный элемент. Это специальный грузик. Когда он смещается при наклоне девайса, то воздействует на пьезокристалл.

Гироскоп и акселерометр – это датчики. И один, и второй предназначены для того, чтобы определять положения смартфона в пространстве. Отличие между ними, самое главное и единственное, в том, что отличается принцип считывания данных.

Первый компонент высчитывает, каков угол наклона телефона относительно поверхности земли. Он потом осуществляет передачу полученной информации в ОС. А вот акселерометр вычисляет ускорение. Делает он это с большой точностью.

Вот почему, если вам нужен шагомер, то вы можете применить телефон с акселерометром. Данные, полученные таким путем, будут максимально точными. Все потому, что датчик учитывает отклонения даже на десятые доли миллиметра.

ВАЖНО! Современные производители обычно производят установку в свои смартфоны как гироскопа, так и акселерометра. Данное решение абсолютно правильное. Ведь оно исключает случайные повороты экрана девайса, когда его перемещаешь.

Способы проверки гироскопа в телефоне


Сейчас практически не встретишь смартфона, в котором не было бы датчика для того, чтобы определять положение гаджета в пространстве. Гироскоп не требует, чтобы его как-то активировали в настройках. Зато проверять его работоспособность нужно постоянно. Проще всего это сделать, запустив видео в 360 градусов на YouTube.

Для этого делаем так:

— Открываем мобильное приложение YouTube.
— В поиске вводим запрос «360 градусов».
— Запускаем какое-либо видео, которое поддерживает просмотр в режиме 360 градусов.

Пробуем повернуть телефон. При изменении изображения относительно угла наклона гироскоп действует корректно. А когда ничего не происходит, то нужно убедиться в активации автоповорота экрана. Точно так же запускаем игру и пытаемся управлять персонажем. Когда все работает корректно, то это означает, что с гироскопом все нормально.

ВАЖНО! Если вам необходимы более точные тесты, то нужно применить специальное приложение. Как пример, рассмотрим работу утилиты Sensor Box For Android.


Устанавливаем приложение из Google Play, а затем выполняем рекомендации инструкции:

— Переходим во вкладку «Sensor Box».

Нажимаем по пункту «Accelerometer Sensor».

— Затем поворачиваем телефон и контролируем шарик на экране. Когда видишь синхронное передвижение объекта на экране при наклоне телефона, то это означает, что с гироскопом или акселерометром нет проблем.

А еще можно нажать по строке «Hardware». Там будет приведена информация о датчике, который установлен.

Если есть желание, то можете установить другое приложение. В частности, AnTuTu Benchmark или AIDA64, а потом заняться полной проверкой смартфона.

ВАЖНО! Скажем, когда используется AIDA64, то необходимо произвести запуск приложения и перейти в раздел «Датчики». Там для вас будет информацию о комплектующих, которые установлены. Там вы обнаружите и сведения о гироскопе.

Итак, гироскоп – важный датчик. Он предоставляет возможность системе определить, где расположен телефон в пространстве. Без него у вас не получится активировать автоповорот экрана, смотреть видео в очках виртуальной реальности, а также корректно пользоваться навигацией.

Что делает смартфоны чувствительными к наклону? Сохранят ли они эту способность в условиях невесомости?

Теоретически, да, телефон или планшет могут работать на Международной космической станции (МКС) так же хорошо, как и здесь, на земле.

Давайте разберемся с этим немного.

Существует два типа движения, которые устройство должно обнаруживать.

Линейное движение

Автономные акселерометры используют отклонение подпружиненной массы от нормальной точки покоя в качестве меры ускорения на этой оси. Очевидно, вам нужно три из них, чтобы обнаружить движение по любой оси.

Зная и отслеживая эти силы, вы можете «подсчитать» скорость и направление движения устройства от его первоначального местоположения при включении. Фактор точных часов, и вы также можете определить текущее положение.

Это звучит просто, но математика на самом деле довольно сложна, и ошибки в системе со временем вызывают смещение.

вращение

Вращение, очевидно, вращается вокруг любой оси.

Датчики вращения

Вращение можно измерить с помощью гироскопа или датчика вращения. Эти устройства снова имеют слабосвязанную массу, которая может свободно вращаться или приводиться в движение по определенной оси. Когда корпус вашего устройства вращается, разница между вращениями говорит вам, насколько вращается устройство.

Спиновые датчики и гироскопы не заботятся о гравитации, кроме, возможно, некоторых различий трения.

Вращение акселерометра с гравитационной привязкой

Поскольку акселерометры измеряют силу, действующую на свободно подвешенную массу, когда этот датчик расположен вертикально относительно земли, пружина, конечно, будет отклоняться из-за веса массы из-за силы тяжести. Это смещение математически удаляется программным обеспечением для извлечения ускоряющей части.

Однако, поскольку трехосные акселерометры будут производить разные смещения в зависимости от их ориентации, можно математически определить вращение по разности смещений.

Однако, хотя этот метод работает, он подвержен отклонениям в G. Он не будет работать в пространстве. Это также было бы значительно менее функционально в маневрирующем самолете. Даже автомобиль, движущийся по крутому повороту на скорости, может быть проблематичным.

Акселерометр Спин Детекция

С помощью двух наборов достаточно чувствительных акселерометров можно обнаружить вращение по разнице в ускорении между акселерометрами.

Поскольку каждый акселерометр должен двигаться относительно другого, будет ускорение на этой оси между каждым. Эти значения могут снова использоваться математически для прогнозирования вращения.

Икс1, Y1, Z1Икс1,Y1,Z1Икс2, Y2, Z2Икс2,Y2,Z2

Этот метод НЕ зависит от силы тяжести.

Будет ли ваш телефон или планшет работать на МКС

Как видно из вышесказанного, все зависит от того, какие методы использует ваше устройство.

Технически это можно построить и запрограммировать для этого. Возможно, вам придется выключить его и снова включить, чтобы откалибровать, но с правильными системами он должен работать нормально. По крайней мере, для того, чтобы играть в эту «игру-симулятор самолета».

Дрейф может быть более серьезной проблемой на МКС. Так как телефоны в обычном G имеют возможность узнать, какой путь «вниз» находится в данный конкретный момент, они могут со временем перенастроиться. Космическому устройству потребуется случайный ручной сброс, чтобы указать «нормальное» направление.

в фитнес браслете, в телефоне и в часах

Средняя оценка+3

Сохранить в закладкиСохраненоУдалено 0

Средняя оценка+3

Когда-то это слово вызывало ассоциацию с лабораториями, испытательными стендами, скоростной техникой – и уж точно не с предметами, которые мы носим в карманах. Сейчас в порядке вещей, если вы носите с собой сразу три устройства, в состав которых входит акселерометр. Итак, мы расскажем что такое акселерометр и зачем он нужен в телефоне, в фитнес-браслете и часах и разберемся чем он отличается от гироскопа. А также произведем калибровку в смартфоне на Android и iPhone.

Содержание страницы

Что такое акселерометр

Если говорить простым языком, то акселерометр – это прибор для измерения ускорения. Он применяется как датчик изменения положения устройства в пространстве и таким образом определяет направление, степень, скорость отклонения. Именно акселерометр отвечает за разворот картинки на экране вашего смартфона при повороте корпуса или как еще пример, включает экран фитнес-браслета или смарт-часов, когда вы наклоняете запястье.

Сегодня акселерометр в телефоне – это обязательный элемент. Однако ещё десять-двенадцать лет назад первые смартфоны, в которых был G-сенсор, воспринимались как чудо. Давайте разбираться, зачем нужен этот датчик, если столько лет обходились без него.

Принцип работы

Образно говоря, акселерометр в смартфоне – это необходимый элемент для качественного отображения картинки. Впрочем, есть для него и другие применения. Современные телефоны вполне способны работать как шагомеры или отслеживать качество сна по тому, как вы ворочаетесь под одеялом.

Смотрите видео, где подробно рассказывается о принципе работы акселерометра:

Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах

Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах помогает считать количество пройденных шагов. Собственно, это акселерометр в браслете и в smart-часах отслеживает ваши движения даже во сне. А программная обработка его показаний помогает распознать, идёте вы или бежите, с какой скоростью, как много шагов подряд сделали.

Когда вы поднимаете руку к лицу и дисплей автоматически включается – это тоже благодаря распознаванию жестов с помощью того же маленького, но полезного модуля.

Как выглядит акселерометр в телефоне

Акселерометр в телефоне выглядит как обычный чип. В зависимости от модели смартфона может на вид незначительно отличаться.

Вот так выглядит акселерометр в телефоне

Принцип работы представить себе проще на примере механического варианта: в нём есть массивный элемент, закреплённый упругими подвесами, давление на которые можно измерить. В зависимости от задачи, подвесов может быть от одного до трёх.

Электронный акселерометр вместо массивного тела использует набор проводников, которые могут двигаться под воздействием ускорения и изменять напряжённость поля вокруг себя. По показаниям напряжённости можно определить, в какую сторону сдвинулись проводники и какое движение корпуса вызвало этот сдвиг. Комплексный датчик, включающий гироскоп, может иметь больше осей – до шести.

Трёхосный акселерометр довольно точно определяет как положение тела в пространстве в каждый момент, так и его изменение. При этом он постоянно собирает и отправляет информацию о давлении на подвесы.

Что это даёт? Так, например, датчик акселерометра в телефоне помогает не только определить положение корпуса устройства в пространстве, но и скорость, с которой вы перемещаетесь, и сотрясения, производимые вашими шагами, и намеренные встряхивания смартфона.

Именно поэтому, повернув корпус телефона, вы наблюдаете, как картинка на экране тоже поворачивается. Именно поэтому вы можете в гоночной игре рулить, используя смартфон или геймпад как рулевое колесо. Именно поэтому фитнес-трекер умеет подсчитывать ваши шаги или отслеживать качество сна.

Как узнать, есть ли акселерометр в телефоне

Практически во всех смартфонах и планшетах, выпущенных в эпоху Android и iOS, этот датчик есть. Даже в самом первом айфоне, выпущенном в 2007 году, и в первом Samsung Galaxy S, вышедшем в 2010-м.

Если вы сомневаетесь, есть ли он в вашем устройстве, то просто почитайте официальное описание. В ранних Андроид-смартфонах поворот экрана не обязательно включался по умолчанию, поэтому, если вы повернули свой телефон и дисплей не отреагировал, это ещё ни говорит об отсутствии акселерометра. Вероятнее всего, что он отключен в настройках телефона. Найдите похожую иконку, как на рисунке ниже и активируйте.

Настройка/калибровка акселерометра на смартфоне

Калибровка Android

Калибровка акселерометра на Android нужна, например, в случае, если смартфон начал неправильно считать шаги или неверно определять положение корпуса. Штатных программ для этого нет, но, чтобы откалибровать акселерометр, существуют специальные приложения, однако лучшим вариантом признаётся приложение GPS Status & Toolbox (Скачать Google Play). В его разделе Toolbox есть специальный инструмент, который так и называется – «Калибровка акселерометра». Положите телефон на ровную поверхность и следуйте инструкциям.

Посмотрите видео инструкцию, как быстро откалибровать телефон. 

Калибровка G Sensor для игр

Посмотрите видео: калибровка G Sensor для игр на Android.

Калибровка iPhone

Инструментов для калибровки iPhone нет, но в случае чисто программного сбоя обычно спасает простая перезагрузка. Если проблема осталась, пишите в комментариях, постараемся помочь.

Чем отличается акселерометр от гироскопа

Как правило, акселерометр в смартфоне работает в паре с гироскопом. Эту практику ввела Apple в модели iPhone 4, и не прогадала. Комбинация двух датчиков сейчас стала настолько обыденной, что не все пользователи понимают разницу между этими двумя приборами.

Если вкратце, то в гироскопе ключевой массивный элемент закреплён и сопротивляется попытке поворота, порождая силу Кориолиса, которую можно измерить. Современный гироскоп способен в общем случае на более точное измерение угла наклона и более быструю реакцию. А сочетание этих двух датчиков даёт гораздо лучший результат, чем использование только одного.

Поэтому в современных смартфонах обычно устанавливается комплексный измеритель, в который входят оба датчика. Первую такую модель выпустила компания InvenSense в 2010 году, и в ней два 3-осных датчика формировали шестиосный комплекс. Разумеется, первыми инновацию оценили пользователи Apple, но вскоре она стала стандартом для всей индустрии.

Конечно, если вы спутаете акселерометр и гироскоп в «бытовом» смысле, это не страшно. Но вообще это совершенно разные измерительные приборы, и измеряют они разные значения, хотя и служат примерно для одной цели.

Вывод

Подведем итог.  Акселерометр, это один из ключевых элементов современной носимой электроники, который расширяет функциональность и возможности управления. Сейчас он есть во всех смартфонах и смарт-часах, а в фитнес-трекерах является главным датчиком всей системы. Если остались вопросы, задавайте в комментариях, мы с радостью на них ответим.

  • Была ли полезной информация ?
  • ДаНет

Всё, что нужно знать о датчиках в вашем смартфоне | Технологии

Для чего нужны и как работают акселерометр, гироскоп, магнитометр и GPS.

Ваш смартфон — настоящее произведение инженерного искусства. Он сочетает в себе функции по меньшей мере десятка разных гаджетов. И большей частью своих удивительных возможностей он обязан разнообразным сенсорам. Но каким именно и как они устроены?

Как телефон подсчитывает ваши шаги? Расходует ли GPS ваш трафик? На какие датчики нужно обратить внимание при выборе нового телефона? Вот все, что вам нужно знать о современном смартфоне.

Акселерометр

Один из наглядных примеров работы акселерометра — анимированные стикеры Snapchat

Акселерометр отслеживает изменение скорости движения устройства и его повороты вокруг своей оси. Такие датчики устанавливаются не только в телефонах, но и в фитнес-трекерах — именно с их помощью смартфон может подсчитывать ваши шаги, даже если у вас нет никаких носимых гаджетов.

Анализируя данные акселерометра, приложения могут определить, в какую сторону направлен телефон, — эта технология находит все более широкое применение с распространением дополненной реальности.

Существуют различные типы акселерометров, но самый распространенный — пьезоэлектрический. В таких акселерометрах сенсор представляет собой микроскопический кристалл, который деформируется под действием сил ускорения. При этом кристалл вырабатывает электрический ток. Анализируя силу тока, система определяет, как быстро и в каком направлении движется ваш телефон. Поэтому Snapchat добавляет на карту забавный стикер с автомобилем, когда вы используете приложение за рулем.

Всё, чего вы не знали о Wi-Fi

Акселерометр является одним из самых важных датчиков вашего телефона: без него вы не могли бы пользоваться автоматическим поворотом экрана, а навигационные приложения не могли бы определять текущую скорость.

Гироскоп

Гироскоп дает точные данные о положении смартфона в пространстве, что бывает полезно в играх и при создании 360-градусных фотографий

Гироскоп помогает акселерометру с гораздо более высокой точностью определить, как именно ваш телефон ориентирован в пространстве. Поэтому 360-градусные панорамы выглядят так впечатляюще.

Всякий раз, когда вы запускаете на смартфоне гоночный симулятор и наклоняете экран, чтобы повернуть руль, именно гироскоп помогает приложению понять, что вы делаете. Поскольку при этом вы не перемещаетесь в пространстве, этих условий было бы недостаточно недостаточно для работы акселерометра.

Гироскопы используются не только в телефонах. Их можно найти в самолетах, где они помогают определить высоту и положение, и в системах стабилизации, которые позволяют фото- и видеокамерам делать плавную съемку в движении.

10 странных, но полезных аксессуаров для iPhone

Старые гироскопы, которые еще можно найти в самолетных высотомерах, используют механическое движение маховика, но гироскоп в вашем смартфоне представляет собой микроэлектромеханическую систему (МЭМС) — крошечный инерциальный датчик, который может поместиться на печатной плате.

Впервые МЭМС-гироскопы были использованы в iPhone 4 в 2010 году — и произвели фурор: никогда еще телефон не умел определять свою ориентацию в пространстве с такой точностью. Сегодня мы считаем это чем-то само собой разумеющимся.

Магнитометр

Именно благодаря магнитометру работает компас в вашем телефоне.

Последний из трех главных датчиков, ответственных за определение положения телефона в пространстве, — это магнитометр. Его название говорит само за себя: он регистрирует магнитные поля и таким образом может определить, в каком направлении находится север.

Когда вы включаете режим компаса на Картах Apple или в Google Maps, именно магнитометр определяет, как нужно развернуть карту. Существуют и отдельные приложения, которые эмулируют работу компаса.

Магнитометры также можно найти в металлодетекторах — они могут обнаруживать магнитные металлы. Существуют даже приложения-металлодетекторы для смартфона!

Сам по себе этот датчик мало на что способен, но если соединить его показания с данными, поступающими с акселерометра и модуля GPS, можно точно определить ваше расположение, что очень полезно при построении маршрутов.

GPS

Спутники GPS всегда знают, где находится ваш телефон.

Ах, GPS, где бы мы были без тебя? Вероятно, блуждали бы где-то в глуши, проклиная день, когда решили сменить бумажные карты, компас и секстант на электронные устройства.

GPS-модуль в вашем телефоне связываются со спутниками на орбите, чтобы определить, где именно на поверхности планеты вы находитесь. Для этого даже не нужна сотовая сеть: если ваш телефон потерял сигнал, вы все равно можете видеть свое местоположение, хотя загрузить подробную карту вам, скорее всего, не удастся.

Фактически телефон поочередно связывается с несколькими спутниками, а затем вычисляет, где вы находитесь, по задержке сигнала. Если связаться со спутниками не удается, — например, когда вы находитесь в помещении или под очень плотной облачностью, — определить ваше положение не получится.

Вся правда об iPhone: Как создавался легендарный смартфон

GPS не расходует трафик, но связь со спутниками и вычисления могут сильно сказаться на заряде батареи, поэтому многие руководства рекомендуют отключать GPS-навигацию, чтобы дольше оставаться на связи. По этой же причине модуль GPS обычно не включается в более мелкие устройства — например, в большинство смарт-часов.

GPS— не единственный способ определить ваше положение на карте: его можно приблизительно установить по расстоянию до сотовых вышек. Однако высокой точности без него не добиться. Современные GPS-модули объединяют данные от спутников с показаниями компаса и уровнем сигнала сети, чтобы определить ваше местоположение с точностью до нескольких метров.

Лучшие из остальных датчиков

Если хотите, ваш телефон будет регулировать яркость экрана в соответствии с окружающим освещением.

Конечно, датчиков в вашем телефоне гораздо больше — но эти четыре, пожалуй, можно назвать самыми важными. Многие телефоны, в том числе iPhone, также имеют встроенный барометр, который измеряет давление воздуха. У него есть множество применений — от предсказания погоды до расчета высоты, на которой вы находитесь.

Еще есть датчик расстояния: обычно расположен рядом с верхним динамиком. Он позволяет телефону определить, когда вы подносите телефон к уху, чтобы отключить экран. Датчик состоит из инфракрасного светодиода и детектора отраженного света.

Датчик освещенности выполняет именно ту функцию, которую можно предположить судя по его названию: измеряет освещенность в помещении и соответствующим образом настраивает яркость экрана (если вы разрешите такую автоматическую настройку).

Как и остальные технологии, используемые при производстве смартфонов, эти датчики становятся все меньше, умнее и энергоэффективнее. В телефонах, выпущенных пять лет назад, тоже есть датчики GPS, это не значит, они работают так же точно, как последние модели. А если вспомнить о постоянной оптимизации программного обеспечения, становится ясно, почему так важно регулярно обновлять свои гаджеты — пусть даже эти датчики никогда не упоминаются в рекламе.

Подготовила Евгения Сидорова

Что делают гироскоп и акселерометр в моем мобильном устройстве? | пользователя d‘wise one | Chip-Monks

Мы покажем вам еще один аспект того, как он творит чудеса.

Гироскоп — чрезвычайно сложный маленький механизм, который нашел множество разнообразных применений благодаря своей способности обеспечивать упрощенные и точные измерения ориентации.

Гироскоп отвечает за поддержание баланса / ориентации и сопротивляется изменениям, исправляя любое угловое смещение, тем самым обеспечивая контроль устойчивости.

Сложно? Проще говоря, он измеряет угол и определяет свою ориентацию настолько точно, что используется для внесения поправок в этот угол. Думайте об этом как о версии Complex Physics магнитного компаса.

Гироскоп получил известность в ходе экспериментов французского физика Леона Фуко, который использовал его для объяснения вращения Земли. В настоящее время он используется для многих критически важных приложений, таких как поддержание ориентации самолетов, ракет и космических кораблей, а также для других приложений потребительского уровня в смартфонах, таких как возможность управления жестами на мобильных устройствах среди множества других разнообразных реализаций.

Гироскоп в своей простейшей форме представляет собой ротор на оси вращения, заключенный в рамку для минимизации внешних крутящих моментов, называемую gimbal , и внешнюю гироскопическую рамку.

Прецессия (нет, мы не ошиблись в слове «точность» — это другое дело, хотя этимологически говоря, может просто иметь свое происхождение от Прецессии!) — это действие гироскопа, которое поддерживает ориентацию оси вращения. даже после приложения внешних сил, дезориентирующих ось вращения; поэтому, когда к оси вращения прикладывается деформирующая сила, вместо вращения самой оси она вращает структуру, окружающую металлический диск.

На диаграмме выше видно, что наклон не изменил направление ротора и был компенсирован подвесом. Вращение ротора означает, что любое изменение ориентации одинаково влияет на все точки ротора, заставляя ротор вращаться на фиксированной оси.

Это называется прецессией, и она создает фиксированную ориентацию даже после приложения внешних сил, дезориентирующих ось вращения. Если приложена внешняя сила, ось вращения передает отражений (отсюда и английское слово) этой силы на ротор, который, в свою очередь, передает силу на внешний каркас (кардан), заставляя его вращаться под прямым углом к ​​ротору. приложенная начальная внешняя сила поддерживает форму оси вращения, тем самым сохраняя ориентацию.

Прецессия — это то, что поддерживает ориентацию оси вращения и, таким образом, помогает в ряде областей, таких как навигация беспилотных летательных аппаратов, управление вашими устройствами, космическими шаттлами и т. Д., А также использовалась производителем мотоциклов для изобретения двухколесного велосипеда, который использует два гироскопа, чтобы оставаться в вертикальном положении.

Если вы установите два гироскопа так, чтобы их оси были под прямым углом друг к другу, на платформе и поместите платформу внутри набора подвесов, платформа останется полностью жесткой, так как подвесы могут свободно вращаться по любой оси.Это заставляет использовать инерциальные навигационные системы (INS) в беспилотных транспортных средствах.

Большие гироскопы также используются для стабилизации лодок и даже спутников во время их полета!

Хорошо, теперь, когда вы понимаете, как работает гироскоп, давайте подробнее рассмотрим вариант, используемый в ваших мобильных устройствах.

В наших мобильных телефонах гироскоп называется гироскопом для микроэлектромеханических систем ( MEMS). гироскоп. Он отличается от описанного выше механического, хотя принцип остается прежним.

МЭМС-гироскопы компактны и содержат небольшие встроенные микросхемы. Датчики регистрируют изменение углового смещения, в то время как ток генерируется за счет вибрационного действия гироскопа и передается в жизнеспособной форме, чтобы предупредить пользователя.
Это была бы простая демонстрация обнаружения движения в наших смартфонах.

Гироскоп в телефоне позволяет определять линейную ориентацию телефона и автоматически поворачивать экран. В то время как гироскоп заботится о вращательной ориентации, именно акселерометр определяет линейные изменения относительно системы отсчета устройства.

Акселерометр — это устройство, используемое для измерения силы ускорения, вызванного ли гравитацией или движением.

Груз (M) прикреплен с помощью пружины (K) и в состоянии покоя находится в положении «0» (покой). Если вы потянете рамку вправо, масса будет оставаться неподвижной в течение некоторого времени, а затем будет двигаться вместе с движением. Эта задержка фиксируется и преобразуется в ускорение.

Рассмотрим корпус, который удерживает сейсмическую массу на пружине. В зависимости от того, идет ли устройство вверх или вниз, сила тяжести будет создавать смещение, которое либо сжимает пружину, либо расширяет ее.В зависимости от степени и характера изменения пружины мы можем сказать, движется ли телефон вверх или вниз.

Размещая такое устройство по всем трем измерениям в пространстве (одно по осям x, y и z), мы можем сказать, с какой стороны находится устройство, в то время как гироскоп заботится о наклоне и углах. Акселерометр определяет движение и смещение силы тяжести, что делает его идеальным инструментом для точной регистрации изменений в движении и ориентации движения.

Давайте рассмотрим пример игры на WII , чтобы понять это дальше.
Когда вы играете в гольф с помощью контроллера WII, акселерометр фиксирует ваше движение поворота и преобразует его в снимок экрана. Ускорение, с которым вы поворачиваете контроллер WII, будет регистрироваться в силе вашего удара и переводиться в расстояние, на которое мяч проходит по траве, в то время как угол движения преобразуется в направление, в котором мяч будет двигаться.

Вместе акселерометр и гироскоп могут определять ориентацию устройства и скорость его ускорения.Пейзаж против портрета? — Наши предпочтения по ориентации экрана, как телефон чувствует, что он на боку? Ответом на этот вопрос является технология MEMS (микроэлектромеханические системы гироскопа), интегрированная в небольшой чип, хорошо установленный на материнской плате устройства.

Тактично расположенный корпус и масса позволяют одновременно считывать данные во всех измерениях, а гироскоп сохраняет ориентацию в форме. Как только появляется смещение, указывающее на ускорение в определенном направлении, с вибрационным движением, вызванным гироскопом, образуется падение потенциала, генерирующее ток, который уходит в схему, чтобы сообщить остальной части устройства, как реагировать. .

Таким образом, устройство точно знает, где оно находится.

Некоторые другие места, где они вступают в игру, встроены в элементы управления жестами вашего медиаплеера (два хороших примера — Sony Shake и Samsung Motion Play), управление направлением в играх — вместо использования клавиатуры, отключение вашего жужжания телефон, просто перевернув его вверх дном — и все это с помощью этих двух трудолюбивых маленьких электронных штуковин.

Итак, теперь вы знаете, что происходит внутри вашего устройства, когда вы наклоняете его, чтобы схватить те монеты, которые смотрят на вас в Temple Run!

Таким образом, та же технология, которая используется в самолетах для управления пилотом и даже марсоходом, позволяя ему перемещаться по внеземной земле, — вот что определяет, насколько сильно вы размахиваете своей виртуальной клюшкой для гольфа!

Акселерометр vs.Гироскоп: в чем разница?

Для определения положения и ориентации объекта используется множество различных сенсорных устройств. Наиболее распространенными из этих датчиков являются гироскоп и акселерометр. Несмотря на схожие цели, они измеряют разные вещи. При объединении в одно устройство они могут создать очень мощный массив информации.

Что такое гироскоп?

Гироскоп — это устройство, которое использует гравитацию Земли для определения ориентации. Его конструкция состоит из свободно вращающегося диска, называемого ротором, установленного на оси вращения в центре большего и более устойчивого колеса.Когда ось поворачивается, ротор остается неподвижным, чтобы указать центральное гравитационное притяжение и, следовательно, направление «вниз».

«Один типичный тип гироскопа состоит из подвешивания относительно массивного ротора внутри трех колец, называемых подвесами», — говорится в учебном пособии Университета штата Джорджия. «Установка каждого из этих роторов на высококачественные опорные поверхности гарантирует, что очень небольшой крутящий момент может быть приложен к внутреннему ротору».

Гироскопы были впервые изобретены и названы в 19 веке французским физиком Жан-Бернаром-Леоном Фуко.Согласно Британской энциклопедии, только в 1908 году немецкий изобретатель Х. Аншютц-Кемпфе разработал первый работоспособный гирокомпас. Он был создан для использования в подводных лодках. Затем, в 1909 году, на нем был создан первый автопилот.

Что такое акселерометр?

Акселерометр — это компактное устройство, предназначенное для измерения негравитационного ускорения. Когда объект, в который он встроен, переходит из состояния покоя в любую скорость, акселерометр рассчитан на то, чтобы реагировать на вибрации, связанные с таким движением.В нем используются микроскопические кристаллы, которые подвергаются нагрузке при возникновении вибрации, и из-за этого напряжения генерируется напряжение, которое позволяет считывать любое ускорение. Акселерометры являются важными компонентами устройств, которые отслеживают физическую форму и другие измерения при количественном измерении самодвижения.

Первый акселерометр был назван машиной Атвуда и был изобретен английским физиком Джорджем Атвудом в 1783 году, согласно книге Вилле Каякари «Практические МЭМС».

Использование гироскопа или акселерометра

Основное различие между двумя устройствами простое: одно может определять вращение, а другое — нет.В некотором смысле акселерометр может определять ориентацию неподвижного объекта по отношению к поверхности Земли. При ускорении в определенном направлении акселерометр не может отличить это от ускорения, обеспечиваемого гравитационным притяжением Земли. Если принять во внимание этот недостаток при использовании в самолете, акселерометр быстро потеряет большую часть своей привлекательности.

Гироскоп сохраняет свой уровень эффективности за счет возможности измерения скорости вращения вокруг определенной оси.При измерении скорости вращения вокруг оси крена самолета он определяет фактическое значение до тех пор, пока объект не стабилизируется. Используя ключевые принципы углового момента, гироскоп помогает указать ориентацию. Для сравнения, акселерометр измеряет линейное ускорение на основе вибрации.

Типичный двухкоординатный акселерометр показывает пользователям направление силы тяжести в самолете, смартфоне, автомобиле или другом устройстве. Для сравнения, гироскоп предназначен для определения углового положения на основе принципа жесткости пространства.Приложения каждого устройства довольно сильно различаются, несмотря на схожее предназначение. Гироскоп, например, используется в навигации на беспилотных летательных аппаратах, компасах и больших лодках, что в конечном итоге способствует стабильности в навигации. Акселерометры также широко используются в технике, машиностроении, мониторинге оборудования, мониторинге зданий и сооружений, навигации, транспорте и даже в бытовой электронике.

Появление акселерометра на рынке бытовой электроники с появлением таких широко распространенных устройств, как iPhone, использующих его для встроенного приложения компаса, способствовало его общей популярности во всех направлениях программного обеспечения.Определение ориентации экрана, работа в качестве компаса и отмена действий простым встряхиванием смартфона — это несколько основных функций, которые зависят от наличия акселерометра. В последние годы его применение среди бытовой электроники теперь распространяется и на персональные ноутбуки.

Используемые датчики

Использование в реальных условиях лучше всего иллюстрирует различия между этими датчиками. Акселерометры используются для определения ускорения, хотя трехосевой акселерометр может определять ориентацию платформы относительно поверхности Земли.Однако, как только платформа начинает двигаться, интерпретировать ее показания становится сложнее. Например, при свободном падении акселерометр покажет нулевое ускорение. В самолете, выполняющем поворот под углом крена 60 градусов, трехосевой акселерометр регистрировал бы вертикальное ускорение 2G, полностью игнорируя наклон. В конечном счете, акселерометр не может использоваться в одиночку, чтобы помочь в правильной ориентации самолета.

Акселерометры вместо этого находят применение во множестве бытовых электронных устройств.Например, среди первых смартфонов, которые использовали его, был iPhone 3GS от Apple с введением таких функций, как приложение компаса и встряхивание для отмены, согласно Wired.

Гироскоп будет использоваться в самолете, чтобы помочь в определении скорости вращения вокруг оси крена самолета. Когда самолет катится, гироскоп будет измерять ненулевые значения, пока платформа не выровняется, после чего он будет считывать нулевое значение, чтобы указать направление «вниз». Лучшим примером считывания показаний гироскопа является индикатор высоты на обычных самолетах.Он представлен круглым дисплеем с экраном, разделенным пополам, при этом верхняя половина имеет синий цвет для обозначения неба, а нижний — красный цвет для обозначения земли. Когда самолет кренится для разворота, ориентация дисплея будет смещаться вместе с креном, чтобы учесть фактическое направление земли.

Предполагаемое использование каждого устройства в конечном итоге влияет на его практичность на каждой используемой платформе. Многие устройства выигрывают от наличия обоих датчиков, хотя многие полагаются на использование только одного.В зависимости от типа информации, которую вам нужно собрать — ускорения или ориентации — каждое устройство даст разные результаты.

Дополнительный отчет Алины Брэдфорд, автора Live Science.

Дополнительные ресурсы

Как датчик гироскопа работает в вашем смартфоне?

гироскоп можно понимать как устройство, которое используется, чтобы поддерживать опорное направление или обеспечить стабильность в навигации, стабилизаторы и т.д.Точно так же в вашем смартфоне присутствует гироскоп или гироскопический датчик, который измеряет угловую скорость вращения и ускорение. Проще говоря, все эти мобильные игры, в которые мы можем играть, используя чувство движения на наших телефонах, планшетах и ​​т. Д., Происходят благодаря Gyroscope Sense. Точно так же смартфон должен иметь возможность смотреть 360-градусное видео, или фотографии. Фотография или видео перемещаются, когда мы перемещаем телефон из-за наличия гироскопа.

Типы датчиков гироскопа

Датчики гироскопа бывают разных видов и типов, имеют разные характеристики и размеры.

Источник изображения — EPSON

Применение гироскопа в смартфоне

Гироскоп в смартфоне предоставляет графический интерфейс, который позволяет пользователю выбирать меню и т. Д., Наклоняя телефон. Телефон можно слегка отклонить, чтобы перемещаться вверх и вниз по списку контактов. Это позволяет смартфону запускать заданные команды различными движениями. Например, можно встряхнуть телефон, чтобы заблокировать его.

  • Ответить по телефону / открыть сайт

Гироскопический датчик в вашем телефоне позволяет ответить на звонок или открыть веб-сайт с помощью имеющихся команд, таких как вращение, легкое встряхивание телефона 2–3 раза и т. Д.

Стабилизация изображения — это одно из приложений гироскопа в вашем смартфоне, которое предотвращает дрожание руки, которое влияет на качество изображения. Это позволяет телефону записывать действия во время нажатия на кнопку спуска затвора, чтобы сделать снимки более четкими. Устраняет влияние вибрации как на фото, так и на видео.

В случае потери услуги или сети, в туннелях или подземных дорогах, GPS продолжает помогать ориентироваться в автомобиле с помощью гироскопа.

  • Управляющая игра с обнаружением движения

Apple, выпустив iPhone 4, сделала Gyroscope ядром motion gaming . Это позволяет разработчику управлять игрой с помощью обнаружения действий. Это позволяет вам использовать свой телефон в качестве рулевого колеса во время вождения автомобиля в игре, реактивного самолета и т. Д. Игра воспроизводит моменты, которые вы делаете с телефоном, и, следовательно, управляет играми с чувством движения.

Источник изображения — SEIKO EPSON

Реализации датчика гироскопа в мобильном приложении

  • Как обсуждалось ранее, датчик гироскопа может обеспечивать выполнение ряда действий на основе различных наборов движений, выполняемых пользователем, таких как встряхивание телефона для отмены записанного содержимого.
  • Датчик гироскопа отвечает за авторотацию экрана и просмотр на экране всякий раз, когда телефон поворачивается.
  • Одна из самых больших реализаций гироскопа заключается в том, что он обеспечивает плавное вращение и выполнение нескольких команд в играх с помощью трехмерных движений.
  • Гироскоп может обеспечивать точное движение внутри функциональности приложения. Это позволяет пользователю выполнять большинство задач с помощью движения самого устройства.
  • Гироскоп фиксирует 6-мерное угловое движение.Это просто означает, что мобильные приложения, разработанные с использованием датчика гироскопа, с большей вероятностью обеспечат привлекательный пользовательский интерфейс, чем приложение без датчика.

Приложения в смартфоне с датчиком гироскопа

Большинство современных приложений в смартфонах работают лучше всего, когда в телефоне есть датчик гироскопа. Например, недавно популярная игра Pokemon Go показала, как дополненная реальность добавляет впечатлений от игры, однако, что интересно, AR не будет возможна без гироскопического датчика.Если в вашем телефоне нет хорошего гироскопического датчика, его можно включить с помощью модуля GyroEmu Xposed на любом телефоне Android.

Android-приложения, которые наилучшим образом используют гироскопический датчик

Android-приложения, которые наилучшим образом используют гироскопический датчик:

приложений для iPhone, которые наилучшим образом используют гироскопический датчик

iPhone Приложения, которые наилучшим образом используют гироскопический датчик

С каждым днем ​​появляется все больше и больше приложений, творчески использующих гироскопические датчики. Тем не менее, много инноваций делается в области расширенной готовности с гироскопом в смартфонах.Мы очень рады видеть, что будет дальше!

Лучшие смартфоны с датчиком гироскопа

Поскольку гироскопический датчик сегодня является неотъемлемой частью каждого смартфона, ниже приведены некоторые из лучших смартфонов с гироскопическим датчиком, которые вы можете получить.

Малоизвестные способы использования датчиков мобильных устройств киберпреступниками — Malwarebytes Labs

Датчики мобильных устройств очень полезны для пользователей — от фотографирования и управления голосовыми помощниками до определения направления поворота экрана.Однако они содержат малоизвестные уязвимости, которыми могут воспользоваться хитрые киберпреступники.

Набор датчиков мобильных устройств в современных смартфонах и планшетах делает их больше похожими на карманные лаборатории и медиа-студии, чем на простые устройства связи. Камеры, микрофоны, акселерометры и гироскопы предоставляют разработчикам приложений невероятную гибкость, а пользователям мобильных устройств — полезность. Но разнообразие входных данных также дает умным хакерам новые методы обхода традиционной мобильной безопасности или даже сбора конфиденциальной информации за пределами устройства.

Всем, кто серьезно относится к безопасности и конфиденциальности как для себя, так и для конечных пользователей, следует подумать о том, как эти датчики создают уникальные уязвимости и могут использоваться киберпреступниками.

Хакеры любого цвета шляпы годами эксплуатируют сенсоры мобильных устройств. В 2012 году исследователи разработали вредоносное ПО под названием PlaceRider, которое использовало датчики Android для создания трехмерной карты физического окружения пользователя. В 2017 году исследователи использовали интеллектуальный алгоритм для разблокировки различных смартфонов Android с почти полным успехом за три попытки, даже если у телефонов была достаточно надежная защита.

Но как обновления были
выпущен с патчами на самые серьезные уязвимости, хакеры в 2019 году
ответили, найдя еще более творческие способы использования датчиков, чтобы поймать
уязвимые данные.

«Прослушивание»
к паролям

Исследователи смогли узнать компьютерные пароли, получив доступ к датчикам микрофона мобильного устройства. Исследователи Кембриджского университета и Университета Линчёпинга создали алгоритм искусственного интеллекта (ИИ), который анализирует звуки печати.Из 45 человек, прошедших тестирование, их пароли были взломаны семь раз из 27. Этот метод оказался даже более эффективным на планшетах, которые оказались правильными в 19 раз из 27 после 10 попыток.

«Мы показали, что атака может успешно восстанавливать ПИН-коды, отдельные буквы и целые слова», — написали исследователи. Подумайте, насколько легко большинство мобильных пользователей предоставляют приложению разрешение на доступ к микрофону своего устройства, не учитывая возможность того, что звук их нажатия на экран может быть использован для расшифровки паролей или других фраз.

Хотя такого типа атак никогда не происходило вживую, это напоминание для пользователей о том, что нужно проявлять особую осторожность, разрешая приложениям доступ к микрофону своего мобильного устройства, особенно если нет явной потребности в функциональности приложения.

Подслушивание
без микрофона

Другие аналитики обнаружили, что хакерам не нужен доступ к микрофону устройства, чтобы прослушивать звук. Исследователи, работающие из Университета Алабамы в Бирмингеме и Университета Рутгерса, подслушивали звук, воспроизводимый через громкую связь устройства Android, с помощью только акселерометра, датчика, используемого для определения ориентации устройства.Они обнаружили, что достаточно громкий звук может повлиять на акселерометр, что приведет к утечке конфиденциальной информации о речевых образцах.

Исследователи окрестили
эта возможность как «подслушивание с помощью гарнитуры», утверждающая, что злоумышленники могут
определить пол, личность или даже некоторые слова, произнесенные устройством
владелец, использующий методы распознавания или реконструкции речи. Потому что
акселерометры всегда включены и не требуют разрешений для работы,
вредоносные приложения могут записывать данные акселерометра и воспроизводить звук через речь
программное обеспечение для распознавания.

Пока интересная атака
вектор, от которого будет сложно защитить — ограничение доступа или использования
функций акселерометра серьезно ограничат удобство использования умных
устройств — эта уязвимость потребует, чтобы киберпреступники разработали
вредоносное приложение и убедить пользователей скачать его. Попав на устройство пользователя, он
имеет смысл отказаться от других форм вредоносного ПО или запросить доступ к
микрофон для извлечения легко читаемых / прослушиваемых данных.

Поскольку современные пользователи, как правило, мало обращают внимания на уведомления о разрешениях или лицензионные соглашения, преимущество доступа к акселерометру без разрешения не дает преступникам достаточной отдачи от инвестиций.Однако мы еще раз видим, как доступ к датчикам мобильных устройств для одной функции может быть использован для других целей.

Отпечатки пальцев
устройства с датчиками

В мае британские исследователи объявили, что они разработали методику снятия отпечатков пальцев, с помощью которой можно отслеживать мобильные устройства в Интернете с помощью легко получаемых заводских настроек калибровки датчика. Атака под названием SensorID работает с использованием данных калибровки датчиков акселератора, гироскопа и магнитометра, которые могут отслеживать привычки пользователя при просмотре веб-страниц.Эти данные калибровки также можно использовать для отслеживания пользователей, когда они переключаются между браузерами и сторонними приложениями, гипотетически позволяя кому-то получить полное представление о том, что пользователи делают на своих устройствах.

Apple исправила
уязвимость в iOS 12.2,
в то время как Google еще не исправил проблему в Android.

Избегать
обнаружение акселерометром

Ранее в этом году компания Trend Micro обнаружила в Google Play два вредоносных приложения, которые удаляют широко распространенные банковские вредоносные программы.Приложения оказались базовыми инструментами под названием Currency Converter и BatterySaverMobi. Эти приложения умело использовали датчики движения, чтобы не быть замеченными как вредоносное ПО.

Устройство, которое не генерирует информацию датчика движения, скорее всего, представляет собой эмулятор или среду песочницы, используемую исследователями для обнаружения вредоносных программ. Однако устройство, которое генерирует данные датчика движения, сообщает злоумышленникам, что это настоящее устройство, принадлежащее пользователю. Таким образом, вредоносный код запускается только тогда, когда устройство находится в движении, помогая ему проскользнуть мимо исследователей, которые могут попытаться обнаружить вредоносное ПО в виртуальных средах.

Пока приложения были
снятый с Google Play, этот прием уклонения может быть легко
встроены в другие вредоносные приложения на сторонних платформах.

Мобильный
вызовы безопасности будущего

Датчики мобильных устройств
особенно уязвимы для злоупотреблений, потому что нет специальных разрешений или
для доступа к этим датчикам требуются эскалации.

Большинство конечных пользователей могут использовать надежные пароли и защищать свои устройства с помощью программного обеспечения для защиты от вредоносных программ.Однако они, вероятно, не задумываются дважды о том, как используется гироскоп их устройства.

Хорошая новость заключается в том, что разработчики мобильных ОС работают над добавлением средств защиты датчиков. Android Pie повысил безопасность, ограничив данные датчиков и вводимые пользователем данные. Приложения, работающие в фоновом режиме на устройстве под управлением Android Pie, не могут получить доступ к микрофону или камере. Кроме того, датчики, которые используют режим непрерывной отчетности, такие как акселерометры и гироскопы, не получают событий.

Это означает, что проблемы мобильной безопасности будущего не будут решены с помощью традиционных криптографических методов.Пока хакеры могут получить доступ к датчикам, которые обнаруживают и измеряют физическое пространство, они будут продолжать использовать эти легкодоступные данные для защиты нужной конфиденциальной информации.

По мере того, как мобильные устройства расширяют свой набор датчиков, это создает новые уязвимости — и еще не обнаруженные проблемы для профессионалов в области безопасности.

Что такое акселерометр? Как использовать акселерометр в мобильных устройствах?

Акселерометр — это датчик, который позволяет пользователям расширять возможности, регулируя ориентацию экрана приложения на смартфоне и планшете.

Основная цель акселерометра мобильного телефона заключается в том, что устройство адаптирует ориентацию в соответствии с положением устройства с горизонтального на вертикальное и наоборот. Чтобы обеспечить пользователям удобство просмотра, он измеряет изменение положения и ориентации экранов.

Давайте разберемся в этом на примерах.

Если вы играете в игру, у вас не будет хорошего опыта с горизонтальным обзором. Горизонтальный вид предоставляет пользователям больше места для игр на устройствах с сенсорным экраном.

При использовании банковского приложения пользователи предпочитают портретный режим по сравнению с вертикальным, поскольку в нем довольно легко добавлять и читать информацию.

Таким образом, акселерометр в смартфоне позволяет настраивать вид приложения в соответствии с вашим комфортом просмотра.

Что такое акселерометр?

Акселерометр — это электромеханическое устройство, которое измеряет силу ускорения, вызванную движением, силой тяжести или вибрацией. Эти силы могут быть статическими, такими как сила тяжести, динамическое движение чувств или вибрации.

Математически ускорение — это измерение изменения скорости или скорости, деленное на время.

Для чего нужен акселерометр?

Акселерометр можно использовать как в академических, так и в бытовых целях.

Например: если ваш ноутбук внезапно упадет во время его использования, акселерометр может определить причины внезапного свободного падения и сразу же выключить жесткий диск, чтобы избежать повреждения данных.

Динамический акселерометр измеряет силу тяжести.Если мы рассмотрим контекст потребителя, то использование может лучше понять окружение объекта. Он фиксирует каждое движение объекта, будь то движение вверх, падение, наклон, горизонтальный полет или выравнивание вниз.

Акселерометр в смартфоне — это динамический акселерометр, который меняет ориентацию дисплея с книжной на альбомную и наоборот в зависимости от наклона телефона.

Что такое акселерометр в мобильном телефоне?

Акселерометр в смартфоне измеряет линейное ускорение устройства.В положении покоя в любой ориентации цифра представляет силу тяжести, действующую на устройство, в то же время она также измеряет ускорение по осям X и Y, которое будет равно нулю.

Apple интегрировала акселерометр во все свои устройства iPhone, iPad и iPod, начиная с 4-го поколения.

Хотите, чтобы ваши пользователи получали удовольствие от просмотра, используя встроенный в смартфоны акселерометр?

Что такое акселерометр, используемый в мобильных устройствах

Вход движения

Датчик доступен в мобильных телефонах высокого класса.Если у вас есть мобильный телефон с клавиатурой, вы не сможете испытать этот датчик. У вас должен быть смартфон, чтобы увидеть, как акселерометр помогает в изменении ориентации вашего мобильного приложения.

Персональные цифровые помощники и цифровые аудиоплееры управляют пользовательским интерфейсом мобильного приложения с помощью акселерометра. Он регулирует ориентацию контента и представления мобильного приложения, чтобы сделать его удобным для пользователя.

Поскольку акселерометр в смартфоне может отслеживать движение, он используется в качестве шагомера для подсчета шагов и в зависимости от шага позволяет пользователям детально анализировать, сколько сожженных калорий, сколько километров они прошли и т. Д.Таким образом, датчик широко используется в приложениях для здоровья и фитнеса, а также в спортивных приложениях.

Orientation Sensing

В наши дни большинство смартфонов используют акселерометр для выравнивания ориентации экрана в зависимости от направления удерживания устройства. Благодаря встроенному акселерометру мобильного телефона пользователи могут улучшить качество просмотра при перелистывании страницы, игре в игры на основе жестов, переключении с альбомной на портретную ориентацию, а также при увеличении и уменьшении изображения.

Акселерометр в смартфоне содержит по крайней мере датчик наклона для управления просмотром изображений.Иногда его используют для устранения дрожания при съемке, автоповорота изображений, игры в мини-игры, чувствительные к движению.

Основные характеристики акселерометра мобильного телефона

  • Он регулирует ориентацию экрана с альбомной / горизонтальной на портретную / вертикальную и наоборот, чтобы пользователи могли лучше видеть приложение.
  • Благодаря изменению ориентации улучшается просмотр фотографий и просмотр веб-страниц.
  • Акселерометр широко используется в гоночных играх, поскольку он чувствителен к движению, взаимодействует и контролирует изменение направления и поворота гоночного автомобиля.
  • Повернув мобильные устройства вниз, пользователи могут отключить звук входящего вызова.

Credencys использует встроенный акселерометр в разработке мобильных приложений

Credencys, ведущая компания по разработке мобильных приложений, успешно реализовала более 500 проектов разработки мобильных приложений для стартапов для компаний из списка Fortune 500, чтобы помочь им в достижении их бизнес-целей или решении организационных вопросов. проблемы. У нас есть команда опытных разработчиков мобильных приложений, которые доказали свою эффективность в предоставлении мобильных решений с помощью акселерометра.

Мы помогли компании ABB, лидеру на рынке производства низковольтных двигателей (LV), выполнить профилактическое обслуживание промышленных двигателей с помощью смартфона. В приложении мы использовали возможности акселерометра для проверки скорости двигателя низкого напряжения и сбора данных о состоянии двигателей. Приложение, анализируя различные параметры, предлагает профилактическое обслуживание. Это помогло клиенту сократить время работы двигателя за счет своевременного ремонта или замены.

Планируете создать приложение, подобное ABB, с помощью акселерометра? Давайте вместе создадим потрясающее бизнес-решение, которое повысит ценность вашей организации и клиентов.

Часто задаваемые вопросы об акселерометре в смартфоне

Как работает акселерометр в смартфоне?

Акселерометр — это устройство, которое используется для измерения ускорения, скорости изменения скорости. Однако, если говорить об акселерометре в смартфоне, он определяет изменение ориентации и соответственно поворачивает экран мобильного телефона. По сути, t помогает вашему смартфону узнавать, что вверх и вниз.

Что акселерометр в смартфоне измеряет ускорение?

Акселерометр — это встроенный комментарий смартфона для измерения его ускорения.Он отслеживает различные движения, такие как встряхивание, наклон, качание и вращение, и соответственно изменяет ориентацию вашего приложения. Для расчета и обнаружения движения акселерометр использует значение XYZ.

Какой акселерометр используется в iPhone?

Акселерометр в смартфоне измеряет ускорение устройства. Если говорить об Apple, технический гигант использует акселерометр STMicroelectronics под названием LIS302DL 3-axis MEMS для своих iPhone и iPod touch первого поколения.

Какая польза от акселерометра в андроиде?

Акселерометр работает как датчик в смартфонах и планшетах на базе Android, который отслеживает движение перехода, чтобы изменить ориентацию приложения. Почти каждое устройство Android оснащено датчиком акселерометра. Удивительно, но он потребляет в 10 раз меньше энергии по сравнению с другими датчиками движения.

Датчики | Бесплатный полнотекстовый | Классификация активности смартфона в реальном времени с использованием инерциальных датчиков — распознавание прокрутки, набора текста и просмотра видео во время сидения или ходьбы

1.Введение

Отслеживание активности человека с помощью сенсоров смартфонов стало основной проблемой с момента появления смартфонов, отчасти из-за их физических размеров, повсеместного распространения, ненавязчивости и простоты использования. Изучалась деятельность всего тела человека, такая как ходьба и бег, но физически меньшие виды человеческой деятельности, такие как чтение или набор текста, не изучались. Информация о том, выполняет ли пользователь прокрутку, вводит текст или смотрит видео, имеет важное значение для наших усилий по лучшему пониманию пользователей.Поставщики цифрового контента и опыта извлекают выгоду из отслеживания действий пользователей на смартфонах с целью персонализации информации, о чем свидетельствуют несколько недавних патентов [1,2,3]. Например, новости и приложения социальных сетей регистрируют, когда пользователи смотрят видео или читают, чтобы представить персонализированный контент, который с большей вероятностью привлечет внимание каждого пользователя [4]. Если новостное приложение или приложение для социальных сетей используют для этого датчики инерциальных единиц измерения (IMU), они могут предоставить пользователю более персонализированный контент (т. Е. Больше видео или больше текста, в зависимости от того, что пользователь использует и что ему нравится).Другая сторона этого расследования — вопрос безопасности. В настоящее время невозможно получить доступ к журналам действий пользователей напрямую из-за прав доступа к данным со смартфона. Подробные журналы всех действий пользователей смартфонов могут считаться конфиденциальными или конфиденциальными. С 2019 года смартфоны не запрашивают у пользователей разрешение на доступ к данным датчика IMU. Телефон должен быть «рутирован», другими словами, приложение должно получить контроль корневого доступа, чтобы иметь прямой доступ к данным о действиях. Это может быть связано с тем, что текущие приложения IMU не кажутся такими чувствительными к конфиденциальности, как другие защищенные разрешениями датчики, такие как глобальная система позиционирования (GPS), микрофон и камера.Однако появляется все больше свидетельств того, что датчики IMU могут использоваться для гнусных целей, таких как отслеживание местоположения [5] и перехват пароля [6]. В ответ на эту тенденцию вводятся новые приложения для обеспечения конфиденциальности, которые обеспечивают выполнение политик контроля времени выполнения для защиты датчиков IMU от неправомерного использования [7]. Чтобы проинформировать, должны ли датчики IMU быть защищены разрешениями, мы стремимся понять, с какой точностью можно оценить деятельность человеческого смартфона с помощью стандартных внутренних датчиков смартфона, включая акселерометр, гироскоп и магнитометр.Это исследование вписывается в появляющуюся литературу по распознаванию человеческой деятельности с помощью датчиков IMU [8,9,10,11,12,13,14,15,16,17]. В последнее десятилетие датчики IMU смартфонов использовались для классификации общих поведение пользователей, включая сидение, ходьбу, бег трусцой, бег или ходьбу вверх и вниз по лестнице [8,9,10,11,12,13,14,15,16,17]. Обычно такое исследование сначала собирает необработанные данные датчиков, извлекает из необработанных данных характеристики временной или частотной области, а затем использует извлеченные характеристики для обучения модели машинного обучения для классификации указанных действий пользователя.Используя эти методы, исследователи разработали модели машинного обучения, которые могут классифицировать действия пользователей с точностью более 95% [8,9,12,14,15]. Область распознавания человеческой активности сосредоточена на распознавании физически более крупной человеческой деятельности (ходьба и т. Д.) [8,9,10,11,12,13,14,15,16,17], но до настоящего времени никто не пытался распознать, что именно человек делает на смартфоне сам, а именно читает, печатает, прокручивает или смотрит. Активность пользователя на смартфоне можно в некоторой степени оценить, зная, какое приложение он использует.Например, в новостном приложении предпочитает ли пользователь читать статьи или смотреть новостные программы? Существуют проблемы конфиденциальности, связанные с мониторингом использования приложений пользователями, что делает этот подход неприменимым для использования в больших масштабах. Человек, который набирает текст или прокручивает на своем телефоне, по-прежнему производит движения и вибрации, которые могут улавливаться инерционными датчиками телефона, как при ходьбе или беге. На рис. 1 показано сравнение показаний трехосного акселерометра за 10 с при наборе текста и просмотре сидя.Два наблюдаемых различия — это то, что оси x и y меняются местами между этими двумя действиями и большая вариация, когда участник печатает. Эти перемещения могут быть небольшими, но их все же можно использовать в том же процессе, который описан выше, для построения модели и прогнозирования активности пользователя, хотя в настоящее время мы не знаем, какая точность достижима.

В этом исследовании мы использовали датчики IMU смартфона для классификации следующих действий пользователя смартфона: прокрутка, набор текста, просмотр и неиспользование, сидя или ходя.Мы провели исследование с участием людей, используя приложение для Android, которое мы разработали для сбора данных с маркированных датчиков IMU, пока они выполняли действия, которые мы стремились классифицировать. Приложение побуждало пользователя выполнять действия для двухминутных блоков с дополнительным отдыхом между блоками. Мы применили метод машинного обучения для распознавания активности смартфона. Этот метод показал точность 78,6% при классификации восьми типов действий: прокрутка, набор текста, просмотр и неиспользование, сидя и ходьба.Вклады этой статьи:

  • — первое исследование распознавания действий смартфона человека с использованием датчиков IMU,

  • — новая модель машинного обучения, которая классифицирует действия смартфона, подходящие функции и размеры временных окон, и

  • точность, которую может достичь модель и параметры, а также обсуждение осуществимости и последствий.

Эти материалы будут полезны для понимания точности отслеживания активности смартфона с помощью датчиков IMU для таких целей, как персонализация, а также при рассмотрении вопроса о том, представляют ли датчики IMU проблемы безопасности из-за их способности распознавать личное поведение.

Остальная часть статьи организована следующим образом. В разделе 2 представлены недавние исследования распознавания человеческой деятельности. Метод, который мы использовали для сбора данных, и схема исследования представлены в Разделе 3. Результаты исследования и обсуждение полученных результатов представлены в Разделе 4 и Разделе 5, за которыми следуют выводы и будущая работа в Разделе 6.

2. Связанные работы

Изучение распознавания деятельности современного человека началось с анализа визуальных данных из изображений и пленки [18] и перешло к использованию носимых сенсорных устройств на основе движений.В обоих этих методах используются специализированные технологии, которые недоступны для обычного потребителя и которые трудно использовать в повседневной жизни. По этим причинам ведущая платформа для распознавания активности переместилась на смартфон [19,20]. Богатый набор датчиков, встроенных в смартфоны, таких как акселерометр и гироскоп, позволяет смартфону собирать данные, аналогичные данным, полученным от носимого сенсорного устройства. Дополнительным преимуществом смартфонов является то, что они относительно повсеместны и доступны.Их мощные технологии передачи данных, Wi-Fi и Bluetooth, делают их практичной платформой для распознавания личной активности, однако существуют ограничения на использование смартфонов для распознавания активности. Непрерывное зондирование — это проблема [21], поскольку это может значительно снизить время автономной работы телефона [22], а также генерировать больше данных, чем можно сохранить на телефоне. Сбор данных на основе частоты дискретизации может помочь сэкономить заряд батареи, и разрабатываются адаптивные алгоритмы для регулировки этой частоты в зависимости от происходящей активности [21].Выполнение алгоритма классификации на телефоне требует большей вычислительной мощности, чем имеется в наличии [22]. В настоящее время передача вычислений на аутсорсинг на более мощную машину в настоящее время является лучшим подходом с современной технологией смартфонов, хотя это приводит к задержкам во времени. Аутсорсинг — это метод, который мы использовали в нашем исследовании. В большинстве исследований, в которых для распознавания активности используются смартфоны, акселерометр используется как часть входных данных [8,9,10,12,13,17]. Акселерометр смартфона также широко используется в областях исследований, связанных с распознаванием человеческой активности.Например, сенсоры смартфонов используются для оценки настроения пользователя [23] и уровня стресса [24]. Другое исследование показало, что акселерометр смартфона можно использовать для уравновешивания движения телефона при ходьбе и, таким образом, повышения эффективности набора текста и уменьшения количества ошибок пользователя [25]. Акселерометры смартфонов также могут использоваться для обнаружения изменений в окружающей среде; одно исследование показывает возможность использования акселерометра для обнаружения вибрации соседних клавиатур и, таким образом, декодирования того, что набирается [26].Некоторые исследования показали, что использование гироскопа вместе с акселерометром может повысить точность классификации [8,9,27]. Имея в виду эти существующие приложения, мы исследуем, являются ли внутренние датчики смартфона достаточно надежными для получения точных результатов для типичных действий смартфона, таких как прокрутка каналов, набор текста и просмотр видео. В таблице 1 представлен обзор датчиков и функций, используемых в исследованиях на людях. распознавание активности с помощью смартфонов. Чаще всего используются акселерометры и гироскопы.Обратите внимание, что в одном исследовании не выполнялось извлечение признаков, потому что используемая модель машинного обучения представляла собой глубокую сверточную нейронную сеть, а слои в сети действовали как иерархический экстрактор признаков [9]. Многие решения машинного обучения использовались для распознавания человеческой деятельности. Эти модели машинного обучения варьируются от традиционных моделей, таких как k-ближайшие соседи (KNN) [11,12,13,14,15,16] до нейронных сетей [8,9,10,11], и от моделей контролируемого обучения [8 , 9,10,11,12,13,14,15,16] в модель без учителя [17].В этой предыдущей работе решение KNN, предложенное Устевым [12], превосходит другие решения с высочайшей точностью 97%. Однако это не означает, что классификатор KNN является лучшим решением для всех ситуаций, поскольку в разных исследованиях использовались разные настройки. В последнее время стала популярной модель, сочетающая контролируемые и неконтролируемые методы для классификации человеческой деятельности; Лу и др. показывают, что гибридное решение может превзойти модели, в которых используется только контролируемый метод [17].Метод MCODE, предложенный Лу и др. превосходит следующие классификаторы — GMM, HC, K-means ++, K-medoids и SC. В опросе 2015 года, в котором были рассмотрены 30 исследований онлайн-классификации физических действий со смартфонами, сделан вывод, что обычно используемые классификаторы относительно просты по сравнению с классификаторами, которые работают с настольный компьютер [28]. Эта простота объясняется ограниченными ресурсами и вычислительной мощностью смартфонов. В нескольких исследованиях изучались жесты смартфона с целью непрерывной аутентификации.Ситова и др. исследовали, могут ли они аутентифицировать пользователей на основе шаблонов того, как пользователи держат, хватаются и касаются своих телефонов во время сидения и ходьбы, и достигли относительно низкого уровня ошибок в 7,10% [29]. Кумар, Поха и Сервадда объединили жесты смахивания, шаблоны набора текста и шаблоны движения телефона для непрерывной аутентификации и достигли точности 93,33% [30]. Нет предварительных исследований по распознаванию типичных действий со смартфоном с целью классификации поведения смартфона.

В нашем исследовании мы исследуем, какой точности можно достичь при классификации типичных действий смартфона (прокрутка, набор текста, просмотр и неиспользование, сидя или ходьба) с использованием данных внутреннего датчика наряду с простыми алгоритмами.

3. Методы

Мы провели исследование, в котором участники-люди выполняли определенные действия на смартфонах и где данные использовались для классификации в реальном времени. Сначала мы обсудим обзор этой работы, а затем опишем схему исследования и используемое программное обеспечение.

Мы придерживаемся общего подхода к классификации человеческой деятельности с использованием датчиков IMU. Сначала мы собираем необработанные данные с датчиков IMU. Затем мы извлекаем характеристики временной области (например, среднее значение, стандартное отклонение) и характеристики частотной области (например,g., энергия) из необработанных данных. Извлеченные функции затем сегментируются и используются в качестве входных данных для модели машинного обучения. Модель должна быть обучена с достаточным количеством данных. Затем модель используется для классификации в реальном времени. Точность модели подтверждается путем разделения данных на два непересекающихся набора, где один набор используется как обучающий набор, а другой — как тестовый. Точность модели определяется тем, насколько правильно набор тестов предсказывается с использованием обучающего набора, что называется перекрестной проверкой.Этот процесс показан на Рисунке 2.

3.1. Настройка исследования

В этом исследовании участников попросили выполнить ряд задач с использованием тестового телефона (Samsung Galaxy S7) в условиях сидения и ходьбы (рис. 3). Другая часть исследования была сосредоточена на когнитивной нагрузке, о которой сообщается в другом месте [31,32]. Для каждого условия сидения и ходьбы было четыре задачи: чтение статьи, прокрутка ленты социальных сетей, набор предложений и просмотр коротких видеороликов (рисунок 4).Содержание занятий было выбрано таким, чтобы оно представляло общий интерес, без насилия или явного содержания. Статьи для чтения были выбраны из новостей, опубликованных в NZ Herald (The New Zealand Herald — ежедневная газета, издающаяся в Окленде, Новая Зеландия. Https://www.nzherald.co.nz/) или на Medium (Medium — это платформа для онлайн-публикаций https://medium.com/), и у них было предложенное время чтения от 2 до 3 минут. Участников попросили ответить на один вопрос с несколькими вариантами ответов для каждой статьи после того, как они ее прочитали.Задача вопроса — мотивировать участников читать статьи с достаточной внимательностью, чтобы они могли ответить на основные вопросы о содержании. Предложения, выбранные для набора текста, были выбраны из набора данных, используемого для оценки техники ввода текста [33]. Фразы, представленные в исследовании, обычно имеют умеренную длину, легко запоминаются и репрезентативны для изучаемого языка. Во время набора текста участникам было предложено набирать фразы так, как они появляются на экране.Фразы располагались в произвольном порядке, использовалась клавиатура Qwerty. Ленты социальных сетей были взяты из Reddit (Reddit — это агрегирование социальных новостей, рейтинг веб-контента и веб-сайт обсуждений. Https://www.reddit.com/), получены путем создания длинных снимков экрана с помощью смартфона, а затем изображения были вставлен в наше приложение. Три видео, выбранные для заявки, были загружены с YouTube (YouTube — платформа для обмена видео. Https://www.youtube.com). Это были трейлер к фильму, забавное видео и обучающее видео.Подборка контента была направлена ​​на то, чтобы охватить общие виды деятельности, которыми люди могут заниматься в повседневной жизни.

Условия сидения и ходьбы имели дополнительную активность, а именно неиспользование, при котором собирались исходные данные. Для выполнения этих неиспользуемых задач участников попросили положить смартфон в любое удобное для них место, сидя или гуляя.

Каждое занятие длилось две минуты. Между занятиями можно было делать короткие перерывы. Участникам было предложено выполнить 10 заданий.Порядок условий и задач (исключая базовые задачи) генерировался случайным образом, чтобы свести к минимуму любую систематическую ошибку, которая могла быть внесена последовательностью задач. Базовая задача всегда будет появляться в начале последовательности задач для соответствующего условия.

После выполнения заданий участников попросили заполнить анкету, которая включала демографическую информацию и типичное использование телефона. Мы собрали возраст, пол, доминирующую руку, модель телефона, типичную раскладку клавиатуры смартфона и обычное использование телефона.Вопросы задавали, как часто участник обычно участвует в деятельности, протестированной в исследовании: то есть частота прокрутки каналов, чтения статей на своем телефоне, набора текста и просмотра видео, сидя и ходя. Данные анкеты использовались для исследования взаимосвязи между ежедневным использованием участниками и собранными данными.

Для этого исследования были разработаны два программных приложения: приложение для Android, с которым участники взаимодействовали во время исследования и которое собирает данные датчиков IMU смартфона (описано выше), и приложение Python, которое запускается на настольном компьютере для обработки данных и предоставления реальных данных. -временная классификация.Приложение python обработало данные, собранные со смартфона, и выполнило извлечение и классификацию признаков. Приложение также выполнило несколько функций проверки, включая 5-кратную перекрестную проверку. Он генерировал корреляционные таблицы, матрицы путаницы и F1-оценки.

Набор участников и сбор данных

Мы набрали 21 участника для нашего исследования. Участники были набраны из числа студентов, изучающих программное обеспечение и информатику в Оклендском университете.Все участники дали свое информированное согласие на включение до участия в исследовании. Исследование проводилось в соответствии с Хельсинкской декларацией, а протокол был одобрен Комитетом по этике участников Оклендского университета (UAHPEC) со ссылкой 023008. Среди этих участников 15 были мужчинами (71,4%), а остальные — женщинами. (28,6%). Возраст участников варьировался от 21 до 42 лет, средний возраст — 25,1 года, а в среднем — 23. Для включения в исследование требовалось, чтобы участники были знакомы с использованием смартфона и не имели физических ограничений, мешающих им взаимодействовать с устройством. .Чтобы поддерживать достоверность наших результатов и согласованность между участниками, был разработан протокол исследования, который строго соблюдается.

Данные датчика передавались со смартфона на компьютер через Bluetooth с частотой 10 Гц. Передача через Bluetooth была выбрана через Wi-Fi из-за его доступности, невысокой стоимости и простоты использования. Когда данные датчиков были отправлены, они также были помечены как активность, которая в настоящее время имела место в исследовании; например, пока участник выполнял задачу прокрутки, мы пометили все данные как прокручиваемые.Этот процесс устранил необходимость ручной маркировки. Данные, переданные в компьютер, включали метку времени, девять наборов данных датчиков (ось x, y, z для акселерометра, гироскопа и магнитометра) и помеченную активность смартфона.

Необработанные данные с датчиков смартфона представляют собой данные временного ряда, и невозможно сразу поместить такой большой объем данных в модель машинного обучения. Таким образом, скользящее окно используется для сегментирования данных на разделы, где каждый раздел имеет одинаковый объем данных.Каждое из сегментированных окон использовалось для классификации экземпляра активности смартфона. Основываясь на предыдущих диапазонах подходящих размеров окна для подобных исследований [8,9,10,12,14,16], мы систематически исследовали размеры 2,56 с, 5 с и 8 с. Последовательные окна перекрывались на 50%. Частота выборки может повлиять на качество классификации. Кроме того, потребляемая мощность различается в зависимости от частоты дискретизации. Чтобы изучить влияние разных частот дискретизации на производительность модели, мы проверили две частоты дискретизации, которые может обеспечить смартфон: 5 Гц и 50 Гц.В нашем исследовании данные 9 участников были отобраны с частотой 5 Гц, а оставшиеся 12 участников были отобраны с частотой 50 Гц. Данные датчиков этих участников для чтения, прокрутки, набора текста, просмотра и бездействия, сидя и ходьбы включены в дополнительные материалы.

3.2. Выделение и классификация признаков
3.2.1. Извлечение функций

Извлечение функций играет важную роль в работе системы распознавания активности смартфона.Этот процесс позволяет извлекать полезную информацию из необработанных данных, которую затем можно использовать для повышения производительности и времени вычислений алгоритма машинного обучения.

Mourcou et al. сравнили датчики IMU для смартфонов Apple и Samsung Galaxy с датчиками IMU промышленного робота, являющимися золотым стандартом, и обнаружили, что они сопоставимы [34]. Это исследование поддержало использование необработанных данных непосредственно для извлечения признаков без каких-либо фильтров предварительной обработки. Были выбраны функции временной и частотной области.Мы извлекли следующие характеристики из наших необработанных данных датчика IMU: среднее значение, стандартное отклонение, дисперсия, среднее абсолютное отклонение, минимум, максимум, межквартильный диапазон, среднее результирующее ускорение, асимметрия, эксцесс, область амплитуды сигнала, энергия, частота пересечения нуля. , и количество пиков данных в окне. Описание функций показано в таблице 2. Количество параметров указывает количество параметров, относящихся к каждой функции. Существует девять наборов данных, связанных со средними значениями (по одному для каждой оси каждого датчика), и три набора данных, связанных со средним результирующим ускорением (по одному для каждого типа датчика).Таблица корреляции для функций была создана с использованием коэффициента корреляции Пирсона. Коэффициент корреляции помогает определить силу связи между двумя функциями. Любые две функции (то есть пара) с высоким абсолютным значением коэффициента корреляции сильно связаны, что означает, что нельзя предоставить дополнительную информацию алгоритму, если другая функция уже присутствует. Наличие обеих сильно коррелированных функций повлияет на общий вес функций, увеличивая смещение и, следовательно, снижая точность алгоритма.Мы исследовали пары признаков на предмет абсолютной корреляции более 0,9 для удаления, так как они классифицируются как сильно связанные пары [35]; одна пара была удалена из списка функций. Сравнение корреляционной таблицы до и после удаления этих признаков показано на рисунке 5. В окончательном списке 71 признак, который включает стандартное отклонение, дисперсию, асимметрию, эксцесс, частоту пересечения нуля и количество пиков для всех трех. типы датчиков, среднее значение для акселерометра и гироскопа и минимальное, максимальное, среднее результирующее ускорение, площадь сигнала и энергия для акселерометра.Эти особенности дополнительно анализируются путем выполнения временной автокорреляции, которая представляет собой взаимосвязь между последовательными значениями одного и того же признака. Как показано на рисунке 6, автокорреляцию признаков можно разделить на три типа: линейная, периодическая и без корреляции. Линейная корреляция означает, что значения функции связаны друг с другом, поэтому чем ближе два значения на временной шкале, тем больше корреляция между ними. Периодическая корреляция возникает, когда значения признака повторяются с некоторой частотой.Следовательно, значение экземпляра будет сильно коррелировать со значениями из некоторых единиц времени ранее. Наконец, отсутствие корреляции означает, что предыдущее значение функции не влияет на текущее значение. Этот результат показывает, как частота дискретизации может иметь значительное влияние на производительность алгоритма, поскольку критическая информация может быть потеряна, если частота дискретизации недостаточно высока. Чтобы исследовать влияние выборки, данные девяти участников были собраны с частотой выборки 5 Гц, а остальные — с частотой 50 Гц.

3.2.2. Классификация действий

Выбранные функции помещаются в модели машинного обучения в виде обучающих наборов и используются для классификации в реальном времени. Мы использовали пакет python scikit learn для обучения классификаторов. Мы обучили и оценили семь различных алгоритмов классификации: Multi-Layer Perceptron (MLP), Support Vector Machine (SVM), K-Nearest Neighbor (KNN), Bootstrap Aggregating (Bagging), Adaptive Boosting (AdaBoosting), Random Forest (RF) и Чрезвычайно рандомизированные деревья (также называемые ExtraTree, ET).

Мы использовали k-кратную перекрестную проверку для оценки производительности алгоритмов. Чтобы свести к минимуму предвзятость между участниками, данные об участниках не отображаются в двух частях. Поэтому использовалась 5-кратная перекрестная проверка, потому что данных, которые мы собрали от участников, было недостаточно для выполнения 10-кратной перекрестной проверки (данные девяти участников были собраны с частотой 5 Гц). Данные, используемые для обучения модели, разделены на пять наборов, каждый из которых состоит в среднем из данных двух участников.Среди пяти наборов один выбирается в качестве тестового набора, а остальные четыре набора используются для обучения классификатора; Затем точность оценивается на тестовом наборе. Этот процесс повторяется для каждого из наборов, и окончательный результат проверки представляет собой среднее значение всех итераций. Мы стремились разделить деятельность человека на смартфоне по 10 категориям: прокрутка сидя, чтение сидя, печатание сидя, смотрящее сидя, без дела сидя, прокрутка при ходьбе, чтение при ходьбе, набор текста при ходьбе, наблюдение при ходьбе и ходьба в режиме ожидания.

Мы исследуем три популяционных алгоритма для классификации человеческой деятельности — многослойный персептрон (MLP), случайный лес (RF) и чрезвычайно рандомизированные деревья (ET).

Multi-Layer Perception — это искусственная нейронная сеть с прямой связью (ИНС) для контролируемой классификации [36]. Этот алгоритм состоит из взаимосвязанных узлов, которые можно разделить как минимум на три уровня (входной слой, один или несколько скрытых слоев и выходной слой). Каждое соединение между узлами имеет вес, и каждый узел в системе, кроме входных узлов, связан с функцией активации, которая определяет, должен ли сигнал запускаться или нет, на основе входящего сигнала и его веса.Результат алгоритма определяется тем, как сигнал распространяется через узлы. Модель обучается с использованием метода обратного распространения ошибки. Преимущество использования многослойного персептрона заключается в том, что он способен изучать сложные нелинейные отношения и его можно обобщать; и нет ограничений на то, как распределяются данные [36]. Алгоритмы случайного леса и чрезвычайно рандомизированного дерева похожи. Случайный лес — это ансамблевой алгоритм, который строит большое количество деревьев решений, где каждый узел дерева разбивается на случайное подмножество признаков [37].Алгоритм Extremely Randomized Trees также представляет собой метод ансамбля на основе дерева для контролируемой классификации и решения задач регрессии [38]. Между этими двумя алгоритмами есть два основных различия. Во-первых, алгоритм Чрезвычайно рандомизированных деревьев не применяет бэггинг для своих обучающих данных; он использует исходный набор данных для всех деревьев решений. Напротив, Random Forest производит выборку исходного набора данных с заменой для создания новых наборов данных для каждого из деревьев. Второе отличие — метод разделения узлов дерева.Для алгоритма случайного леса разделение узла дерева основано на лучшем признаке среди случайного подмножества всех признаков данных, и он использует большинство голосов для определения окончательного результата классификации. Напротив, алгоритм Чрезвычайно рандомизированных деревьев разбивает каждый узел дерева со случайным числом функций и рандомизированными точками отсечения [38].

Преимущество использования алгоритма случайного леса состоит в том, что он представляет собой ансамблевую модель. Обычно они обеспечивают более высокую точность, чем отдельные алгоритмы.Они также вносят в алгоритм случайность, чтобы уменьшить смещение, что еще больше повышает его точность.

Из-за метода выборки начальной загрузки и случайности, вносимой при разбиении узлов дерева, соответствующие узлы в разных деревьях обычно не могут разбиваться по одному и тому же объекту. Эти два критерия обеспечивают разнообразие отдельных деревьев, что значительно снижает частоту ошибок, позволяя большинству голосов деревьев обеспечить более точный результат. Алгоритм Extremely Randomized Trees поддерживает большинство свойств алгоритма Random Forest, но минимизирует его дисперсию за счет увеличения смещения [38].Алгоритм Чрезвычайно рандомизированных деревьев быстрее, чем случайный лес, и по мере увеличения размера набора данных эта разница увеличивается. Это свойство эффективности идеально подходит для мобильных устройств, поскольку вычислительная мощность, необходимая для выполнения классификации, ограничена.

4. Результаты

Всего от 21 участника было записано 207 блоков 2-минутных данных об активности. Три блока оказались недействительными из-за аппаратного сбоя. Несколько различных размеров окна и частоты выборки были протестированы с использованием 5-кратной перекрестной проверки.Результаты показаны в таблице 3. Производительность алгоритмов MLP, RF и ET была очень близка друг к другу, и они всегда превосходили другие алгоритмы, а результаты для двух частот дискретизации были очень близки друг к другу. Поэтому мы решили рассмотреть эти три алгоритма до конца исследования. Из таблицы 3 видно, что чем больше размер окна, тем лучше производительность. Чтобы проверить, верно ли это для еще более длинных окон, мы провели дальнейшие тесты для окон размером 10, 15 и 20 секунд, как показано в таблице 4.Мы заметили, что для данных с частотой 50 Гц оптимальная точность, вероятно, будет достигнута, когда размер окна составляет около 15 с. Для трех хороших алгоритмов, которые мы нашли лучшими (MLP, RF и ET), точность снижается через 20 с (лучшая точность 67,7% ± 2,8% достигается при использовании MLP с размером окна 15 с). А для данных с частотой 5 Гц оптимальный размер окна превышает 20 с, что слишком долго для использования в реальных приложениях. Мы отмечаем, что недавнее исследование многозадачности в медиа показывает, что пользователи выполняют непрерывные цифровые задачи в среднем в течение 11 секунд, прежде чем переключить внимание [39].Таким образом, пользователи будут выполнять классифицированные нами действия (например, чтение, просмотр) более пяти секунд, а это означает, что задержка распознавания в пять секунд не будет проблемой. Поэтому мы предлагаем пять секунд — идеальный размер окна, чтобы сбалансировать точность и скорость отклика в нашем исследовании. При пятисекундном размере окна было извлечено 4639 выборок данных из данных 50 Гц и 3620 выборок из данных 5 Гц. Нормализованная матрица неточностей была оценена для каждой из трех моделей с использованием данных из двух частот с размером окна. 5 с; это показано на рисунке 7.Матрица неточностей — это таблица, в которой суммируются результаты классификации для каждой метки; он разбивает правильные и неправильные прогнозы для каждой метки, связанной с другими метками, чтобы помочь визуализировать, как модель делает прогнозы. На рисунке 7 показано, что все модели испытывают трудности с различением между чтением и прокруткой; это происходит как при сидении, так и при ходьбе. Эта трудность, вероятно, связана с схожестью жестов, используемых при занятиях. Поэтому, чтобы повысить точность наших результатов, мы решили объединить эти две метки в одну.

4.1. Уменьшение меток

Из-за схожести жестов при чтении и прокрутке мы решили объединить эти два действия в одно и использовать только метку «прокрутка» для обоих действий. В обоих этих действиях используется жест вертикального смахивания на смартфоне, но обычно с разной частотой; По наблюдениям, частота вертикального смахивания при чтении обычно ниже, чем при прокрутке. После замены метки чтения на прокрутку производительность моделей улучшилась, как показано в Таблице 5.Таблица показывает, что в целом более высокая частота дискретизации может обеспечить лучший результат. Это было дополнительно подтверждено матрицей путаницы моделей после того, как мы объединили метки, как показано на рисунке 8. При более низкой частоте выборки модель будет иметь трудности с классификацией действий между прокруткой и набором текста, особенно когда пользователь идет. Следовательно, для достижения более высокой точности необходима более высокая частота дискретизации, а это означает, что невозможно поддерживать разумную точность и снижать энергопотребление за счет использования более низкой частоты дискретизации.Чтобы определить, какая из трех моделей имеет лучшую производительность, мы сравнили точность, отзывчивость и F1-баллы (Таблица 6). Алгоритм чрезвычайно рандомизированных деревьев имеет наивысшую точность, отзывчивость и оценку f1.

4.2. Качество чтения

Короткие вопросы с несколькими вариантами ответов добавлялись после каждого задания по чтению, чтобы побудить участника обратить внимание на чтение. Ответы каждого участника на вопросы с множественным выбором были записаны и проанализированы, чтобы помочь определить качество чтения. Результаты вопросов представлены в таблице 7.В этой таблице показано, как участники выступали в различных условиях. Например, девять участников прочитали статью 1 в сидячем положении, и пятеро из них правильно ответили на вопрос. Таблица составлена ​​на основе ответов на вопросы 18 участников. Данные трех участников не действительны из-за технических проблем. Из-за рандомизации порядка условий и заказов статей количество участников при каждом условии с каждой статьей в задании на чтение было разным.Результаты показывают более высокое качество чтения в положении сидя, чем при ходьбе. Это ожидается, так как в условиях сидения меньше отвлекающих факторов и меньше внимания участнику. Во время ходьбы участникам необходимо было обращать внимание на окружающую среду при чтении статей. Координаторы исследования заметили значительное снижение скорости, когда участники выполняли действия во время ходьбы. Участники, как правило, ходили медленнее, чем это считалось бы типичным, при наборе или чтении статей.

4.3. Самостоятельная частота действий со смартфоном

Данные ответов на анкету выявили различия в частоте, с которой участники занимались прокруткой, чтением, набором текста и просмотром видео, при более низкой частоте просмотра видео по сравнению с другими видами деятельности (Таблица 8). Большинство участников сообщили, что они выполняли действия, по крайней мере, ежедневно (например, прокручивали ленты, читали, отправляли текстовые сообщения и смотрели видео на смартфоне). Более 90% участников читают, отправляют текстовые сообщения и прокручивают ленты как минимум ежедневно, тогда как только 52% смотрят видео на смартфоне как минимум ежедневно.Примерно половина участников сообщили, что они ежедневно читают, пишут текстовые сообщения и прокручивают прокрутку во время ходьбы, и только один участник ежедневно смотрел видео на своем смартфоне во время ходьбы.

5. Обсуждение

Мы провели исследование с участием людей, чтобы изучить точность, с которой данные датчиков IMU могут быть использованы для классификации типичных действий, которые люди выполняют на смартфонах: прокрутка, набор текста и просмотр видео сидя или во время ходьбы.Используя алгоритм Extremely Randomized Trees, мы достигли точности распознавания активности 78,6%. Для дальнейшей проверки производительности модели мы выполнили 5-кратную перекрестную проверку данных с частотой 5 Гц с той же настройкой, что дало точность 75,0%. Чтобы использовать все данные, которые мы собрали от 21 участника, мы выделили данные с частотой 50 Гц и получили более высокий балл перекрестной проверки 78,2% с более низким стандартным отклонением. Увеличение размера набора данных снижает влияние выбросов и необычных данных, что снижает смещение набора данных и приводит к повышению точности.Таким образом, можно сделать вывод, что производительность нашей модели увеличится с увеличением набора данных.

Чтобы выяснить, достаточно ли собранных данных для обучения модели, для каждой из трех моделей был создан график зависимости точности от размера выборки, как показано на рисунке 9. Графики показывают, что точность модели стала достаточно стабильной, когда размер выборки был более 1500. Это подтверждает, что количество собранных нами данных было достаточным для получения достоверного результата. Точность нашей модели только справедливая, и мы отмечаем, что она ниже, чем в некоторых предыдущих исследованиях.Движение, связанное с общими действиями смартфона, на которые мы нацелены, невелико, поскольку телефоны не слишком сильно двигаются, когда люди прокручивают, набирают или смотрят видео. Эти виды деятельности физически меньше, чем те, которые были классифицированы в предыдущих исследованиях. К ним относятся общие физические нагрузки, которые включают в себя большие движения всего тела, такие как ходьба [8,9,10,11,12,13,14,15,16,17], подъем и спуск по лестнице [8,9,10,11 , 13,14,15,16,17], бег трусцой (быстрая ходьба) [11,13,16,17], бег [10,11,12,15,17], езда на велосипеде [12,16], стоя [8 , 9,10,12,13,14,16,17], сидя [8,9,10,12,13,14,15,16,17] и лежа [8,9,14], кроме того, Hassan et al.также включает переход между видами деятельности (например, переход от сидячего положения к стоянию) [8], Bayat et al. включает аэробные танцы [11], Shoaib et al. включает другие виды деятельности, такие как прием пищи, набор текста, письмо, курение, употребление кофе и выступление [16], и, наконец, Lu et al. включает в себя несколько видов спортивной ходьбы и игры в баскетбол [17]. Некоторые предыдущие работы использовали несколько устройств и дополнительные датчики для сбора данных [15,16,17] и ограничивали размещение устройств [9,11,12,13,14,15,17] (например, помещая смартфон в карман брюк ), чтобы уменьшить вариации данных и повысить производительность.Напротив, мы не давали участникам конкретных инструкций, поскольку хотели, чтобы они выполняли действия обычным образом. Наше исследование легкое, и для распознавания используются только датчики IMU, и мы не ограничивали то, как участники использовали смартфон. Наша работа демонстрирует, что мы можем достичь разумной производительности при отслеживании действий смартфона на «нерутированном» смартфоне, используя только датчики IMU.

В нашем исследовании мы обнаружили сходство между чтением и прокруткой.Мы утверждаем, что разумно классифицировать оба действия как прокрутку, потому что они похожи, за исключением частоты вертикального жеста смахивания и диапазона движения. Это сходство отражено в матрице путаницы, где существует высокая вероятность того, что чтение будет классифицировано как действие с прокруткой (и наоборот).

Наша модель включает типичные действия, выполняемые на смартфонах. Изначально мы рассматривали другие виды деятельности, такие как игра в мобильную игру, чтение электронной книги и пролистывание (например, e.g., цифровая карусель или фотоальбом), но они были исключены. Мы не выбрали игры в качестве одного из наших видов деятельности, потому что в играх для смартфонов могут быть очень разные типы выполняемых движений и жестов. В разных играх может быть разный метод управления; например, Flappy Bird требует только нажатия. Напротив, игры-симуляторы вождения могут потребовать размещения телефона в горизонтальном положении и вращения телефона во время игры для управления автомобилем. Как и в играх, есть три основных типа жестов, которые можно использовать при чтении электронной книги: вертикальное смахивание, смахивание в сторону или касание, и разные пользователи или приложения могут иметь разные предпочтения, которые используются.Жесты бокового смахивания в целом оказались менее распространенными, особенно когда пользователю нужно выполнить смахивание в сторону более 5 секунд. В результате наша окончательная классификация была основана на четырех типичных действиях: прокрутка, набор текста, просмотр и неиспользование. Каждое из этих упражнений выполнялось в двух условиях: сидя и при ходьбе.

Нам пришлось отбросить некоторые данные из-за технических трудностей и в ситуациях, когда участники действовали вне рамок нашего исследования, делая их данные недействительными.Лишь небольшая часть данных была отброшена из-за технических проблем. Однажды тестовый телефон был случайно отключен от ноутбука, что вызвало необходимость перезапуска приложения Android. Поскольку порядок содержимого генерировался случайным образом, участнику могло быть дважды представлено одно и то же содержимое, что могло повлиять на его поведение и данные.

На данном этапе вычислительная мощность большинства смартфонов способна самостоятельно выполнять такое распознавание путем развертывания модели машинного обучения на смартфоне.Однако высокая вычислительная мощность, требуемая для этого процесса, разряжает батарею, что может оказаться невозможным для выполнения распознавания в течение длительного времени. Одно из возможных решений — отправить тяжелые вычислительные задачи на удаленный сервер, чтобы уменьшить расход заряда батареи смартфона и продлить срок службы телефона. Еще одно возможное решение — включать распознавание только в критические периоды.

Ограничения

Ограничения этого исследования включают небольшую выборку участников, ограниченное количество ярлыков, используемых в классификации, и физическую среду, задействованную в исследовании.Мы набрали всего 21 участника. Учитывая, что мы разделили сбор данных на две разные частоты, нам потребуется больше данных для максимальной точности. Поскольку все набранные участники были студентами университетов, и большинство из них изучали информатику или разработку программного обеспечения, результат классификации может не отражать более широкую совокупность. Чтобы получить более обобщенный результат, необходимо набрать больше участников из более разного происхождения и областей. Как описано выше, классифицированные метки не включают в себя игры или связанные с ними действия.Однако это ограничение вряд ли удастся преодолеть, поскольку жесты, используемые в играх, могут перекрываться с жестами, используемыми в других действиях. Один из возможных способов определить, играет ли человек в игру, — это использовать распознавание лиц или датчики, которые собирают физиологические сигналы человеческого тела, чтобы классифицировать эмоции человека. Система может быть объединена с датчиками IMU смартфона для прогнозирования активности смартфона пользователя. Действия, выполняемые в условиях ходьбы, выполнялись, когда участники ходили по фойе.Участникам пришлось пройти по круговой трассе более десяти раз, что может не соответствовать реальной среде.

6. Выводы и направления на будущее

В этой статье мы сообщили об исследовании, которое показывает, насколько точно датчики IMU смартфона могут классифицировать типичные действия смартфона. Мы разработали приложение для Android, которое собирает данные датчиков IMU и использует их для обучения модели машинного обучения для классификации активности смартфонов. Классификатор может различать четыре различных действия (прокрутка, набор текста, просмотр видео, неиспользование) в двух разных условиях (сидение и ходьба) с точностью до 78.6% с использованием алгоритма чрезвычайно рандомизированных деревьев.

Чтобы улучшить это исследование и сделать результаты более реалистичными, необходимо набрать больше участников из разных групп пользователей (т. Е. Разных профессий и разных возрастных групп). Наше будущее исследование будет включать сбор данных датчиков с участниками, использующими свои смартфоны естественным образом, а не в рамках предписанного эксперимента. Для этого мы разработали бы приложение, которое собирает данные датчиков и отправляет их на удаленный сервер в фоновом режиме, пока пользователь выполняет свои обычные действия.Мы можем изучить, как привлечь пользователя к улучшению маркировки и надежности данных. Например, приложение для смартфона может отображать, как было помечено поведение пользователей, и позволять им при необходимости исправлять эти ярлыки.

Еще одним важным направлением дальнейших исследований является изучение характеристик моделей для длительного использования одним человеком. Из-за различий в поведении пользователей модель не предназначена для одного человека. Точность модели можно повысить путем обучения на достаточном количестве данных от одного человека, что позволит сделать классификацию более персонализированной и точной для этого человека.

Наше исследование помогает понять, можно ли распознать типичные действия смартфона с помощью стандартных внутренних датчиков смартфона. Такое распознавание может обеспечить такие преимущества, как персонализация на основе действий смартфона, но также указывает на риск для мониторинга пользователей с помощью датчиков IMU.

Ограничение потенциального злоупотребления сенсорами смартфонов — GCN

ИНДУСТРИЯ ИНСАЙТ

Ограничение потенциального злоупотребления сенсорами смартфонов

Поскольку законодатели на уровне штатов и на федеральном уровне уделяют все больше внимания вопросам безопасности Интернета вещей, стоит задуматься о последствиях использования подключенных датчиков, которые мы носим с собой везде, куда бы мы ни пошли, — датчиков в наших смартфонах.Независимо от того, есть ли в агентстве устройства, выпущенные государством, официальные правила использования собственных устройств или теневая система BYOD в результате обременительных ограничений на использование смартфонов, ИТ-менеджерам важно понимать потенциальные опасности, связанные с этими наиболее личными датчиками.

Смартфоны

забиты множеством датчиков, которые обеспечивают сбор данных в реальном времени обо всем, от движения устройства до окружающей среды. Рассмотрим, например, набор датчиков в iPhone Xs.

  • Face ID (распознавание лиц): сканирует лицо пользователя в процессе аутентификации.
  • Барометр: измеряет высоту устройства в зависимости от атмосферного давления.
  • Датчики движения (гироскоп, акселерометр и цифровой компас): измеряют движение устройства, включая вращение, ускорение и направление.
  • Датчик приближения: измеряет расстояние до объекта (например, уха пользователя во время телефонного разговора) до сенсорного экрана.
  • Датчик внешней освещенности: измеряет уровень освещенности устройства для регулировки яркости экрана.
  • Две камеры: включение фото / видео захвата и потокового видео.
  • Четыре микрофона: возможность телефонных звонков, использование Siri, звуковых заметок и т. Д.
  • GPS: вычисляет местоположение устройства.
  • NFC: позволяет использовать Apple Pay (бесконтактную оплату) и многое другое.
  • 3D Touch (дисплей, чувствительный к давлению): включает различные параметры в зависимости от силы нажатия на сенсорный экран.

Для борьбы со злоупотреблением сенсорами смартфонов в iOS и Android реализованы модели разрешений. Теоретически пользователь должен явно разрешить доступ к определенным датчикам для приложения или мобильного веб-сайта. Однако на практике разрешения часто злонамеренно или непреднамеренно скрывают запрошенный доступ. Другие проблемы, связанные с разрешениями, включают:

  • Некоторые виды вредоносных программ превращают законные приложения и веб-сайты в трояны, побуждая пользователя принимать, казалось бы, безобидные запросы на разрешения, в то время как вредоносные программы корневого уровня полностью обходят модель разрешений.
  • В попытке уменьшить трение для пользователей объяснения запросов разрешений часто минимальны и могут не полностью отражать объем запрашиваемой активности датчика.
  • Мало что может помешать разработчику запросить больше разрешений, чем на самом деле необходимо для правильной работы приложения.
  • Пользователю не всегда ясно, какие разрешения требуются, а какие можно отказать без нарушения функциональности.
  • Большинство пользователей вынуждены принимать все разрешения, независимо от последствий.
  • Запрошенные разрешения могут не быть прямым отображением фактических методов, предоставляемых операционной системой, что приводит к чрезмерному доступу.
  • Для использования определенных датчиков, таких как движение, освещение и приближение, может вообще не требоваться никаких разрешений.

Потенциал злоупотребления сенсорами смартфонов огромен, будь то капитализм наблюдения (сбор данных и отслеживание пользователей в целях целевой рекламы) или просто прямое наблюдение.Мы уже видели, как хакеры удаленно взламывают камеры и микрофоны смартфонов в качестве средства наблюдения. Мы наблюдали, как приложения собирают данные о местоположении, превосходящие разумные ожидания пользователей. И мы видели, как веб-сайты используют датчики движения устройства для снятия отпечатков пальцев в браузере. Вполне возможно, что обычные приложения могут злоупотреблять разрешениями микрофона для записи фрагментов разговоров. В будущем мы можем увидеть новые методы, такие как кейлоггинг с помощью гироскопа и микрофона устройства, отслеживание движений с помощью датчиков движения устройства и отображение окружающей среды с помощью датчика внешней освещенности устройства.

Министерство обороны давно осознало проблемы, связанные со скомпрометированными сенсорами смартфонов, поэтому запретило использование личных мобильных устройств в безопасных местах. Но для государственных учреждений, которые не имеют регулярной работы с секретной информацией, прямые запреты игнорируют повышение производительности, связанное с наличием мобильного компаньона, работающего круглосуточно и без выходных. В дополнение к обычным методам защиты от мобильных угроз — таким как покупка только проверенных мобильных устройств и программного обеспечения — вот три рекомендации по управлению сенсорами смартфонов, не прибегая к запрету:

  1. Используйте инструменты управления мобильными устройствами или корпоративной мобильностью для защиты сенсоров смартфонов.В зависимости от потребностей агентства ИТ-менеджеры могут ограничивать доступ к камере / микрофону для определенных ролей или в пределах геозон, применять политики в отношении использования датчиков и ограничивать разрешения на основе датчиков, назначенные любому конкретному приложению.
  2. Расскажите пользователям о рисках наблюдения, связанных с новейшими шпионскими программами. Сотрудники должны знать, что разговоры, которые ведутся рядом со стандартным смартфоном, могут быть перехвачены злоумышленниками и использованы против пользователя или организации.
  3. Используйте технологии защиты от слежки — например, те, которые обеспечивают маскировку звука в реальном времени или блокируют радиочастотные сигналы — для предотвращения захвата полезной информации.

Не секрет, что государственные служащие являются основной мишенью для злоумышленников или что смартфоны являются особенно привлекательным вектором из-за огромного количества информации, которую фиксируют их сенсоры. Но благодаря проактивной защите, обучению пользователей и обеспечению соблюдения правил смартфоны могут по-прежнему оставаться жизненно важными инструментами для ведения государственного бизнеса.

Об авторе


Майк Фонг — основатель и генеральный директор Privoro.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *