Exif數據格式淺析及其讀取應用

李杰，郝會民，石瑜，段曉鶴（石家莊市勘察測繪設計研究院，河北石家莊 050019）

Exif數據格式淺析及其讀取應用

李杰?，郝會民，石瑜，段曉鶴
（石家莊市勘察測繪設計研究院，河北石家莊 050019）

照片中鑲嵌著豐富的Exif信息，從中可提取出拍攝位置與時間等實用數據服務于我們的工作與生活。本文分析了Exif數據格式，介紹了其讀取方法，總結了Exif信息提取算法。結合具體實例，進行測試驗證，對日常手機定位精度情況進行了評估。最后，通過生產實踐，驗證Exif信息對于提高測繪與地理信息單位的作業效率與質量控制的促進作用，同時對應用前景進行了展望。

圖形文件；分析；Exif；PropertyItems；算法；測試；手機定位

1 引 言

Exif（Exchangeable Image File）是“可交換圖像文件”的縮寫，當中包含了專門為數碼相機的照片而定制的元數據，可以記錄數碼照片的拍攝參數、縮略圖及其他屬性信息［1］。Exif標準最初由日本電子工業發展協會（JEIDA）制定，目前的最新版本是2.3版［1］。

Exif信息是鑲嵌在JPEG/TIFF圖像文件格式內的一組拍攝參數，所記錄的元數據信息非常豐富，主要包含拍攝日期、拍攝器材、拍攝參數、圖像處理參數、圖像描述及版權信息和GPS定位數據等。

本文解析了Exif數據格式，同時基于VB.net實現照片Exif信息提取，并在數字城管普查項目實踐了Exif信息在測繪項目中的應用。

2 Exif格式分析

所有的JPEG文件均以字符串“0xFFD8”開頭，并以字符串“0xFFD9”結束。文件頭中有一系列“0xFF？？”格式的數據段，稱為“標識”，用來標記JPEG文件的信息段?！?xFFD8”表示圖像信息開始，“0xFFD9”表示圖像信息結束，這兩個標識后面沒有信息，而其他標識緊跟一些信息字符。

0xFFE0-0xFFEF之間的標識符稱為“應用標記”，沒有被常規JPEG文件利用，Exif正是利用這些信息串記錄拍攝信息如快門速度、光圈值等，甚至可以包括全球定位信息，應用軟件可以讀取這些數據。

Exif定義的數據結構（APP1）采用“Intel”的小端字節順序方案，且包含JPEG格式的縮略圖?？傮w上，Exif數據是從ASCII字符“Exif”和2個字節的0x00開始，后面就是Exif的數據，使用TIFF格式來存儲數據。

3 Exif數據讀取

圖像文件所包含的圖像特征的元數據利用圖形設備接口（GDI+），可以實現圖像元數據的讀寫。

GDI+將單獨的元數據段存儲在PropertyItem對象中，讀取Image對象的PropertyItems屬性可以從某個文件中檢索所有的元數據。PropertyItems屬性返回一個PropertyItem對象的數組，PropertyItem對象具有以下四個屬性:Id、Value、Len和Type。

（1）屬性Id

Id用于標識元數據項的標記，表1顯示列舉了部分Id值及其含義說明。

（2）值Value

Value即值數組，其格式由類型Type屬性確定，不同類型解譯的方式不同。

? 收稿日期:2016—01—04

作者簡介:李杰（1974—），男，正高職高級工程師，注冊測繪師，主要從事技術管理與地理信息軟件研發工作。

（3）長度Len

Value屬性指向的值的數組長度（以字節表示）。

（4）類型Type

Type屬性指向數組中值的數據類型，具體如表2所示。

類型Type數值含義說明 表2

讀取圖片的Exif信息的關鍵是PropertyItems對象的數組及其四個屬性:Id、Value、Len和Type，將獲取的信息針對類型不同轉換為可理解的數據。

4 Exif信息的讀取及應用

為了在數字城管項目中使用Exif定位信息進行部件照片近似空間位置匹配，筆者采用Microsoft Visual Studio 2010 VB.net編程語言完成了照片Exif信息的讀取與應用。

4.1 讀取算法

在編程環境下，首先定義Image圖像對象實例，指向照片文件；隨后讀取Image對象的PropertyItems屬性以便從照片文件中檢索所有的元數據，判斷 propItem的Id值獲取到所需信息，根據信息的數值類型Type值進行數值解譯；最后對解譯后的信息進行應用即可。其中涉及的關鍵代碼如下:

Dim theImage As Image'定義圖像

theImage=New Bitmap（jpgname）'圖像實例化

Dim propItems As PropertyItem（）=theImage.PropertyItems'獲取照片的PropertyItems

通過遍歷PropertyItems的PropertyItem屬性，判斷其Id讀取信息。

IF propItem.Id=&H2 Then'找到緯度信息

value=propItem.Value'緯度值

d=BitConverter.ToUInt32（value，0）/BitConverter.ToUInt32 （value，4）'讀取度

m=BitConverter.ToUInt32（value，8）/BitConverter. ToUInt32（value，12）'讀取分

s=BitConverter.ToUInt32（value，16）/BitConverter. ToUInt32（value，20）'讀取秒

WeiDu=d&"."&Format（m，"00"）&Format（Int（s），" 00"）&s.ToString.Split（"."）（1）

'對解譯后的度分秒信息進行處理利用END IF

4.2 應用測試

投入生產應用前，在城區選擇不同區域的2幅1∶500地形圖進行測試驗證，測試選用主流品牌的智能手機及其自帶定位功能進行。

文獻［2］采用GNSS-RTK技術驗證手機GPS定位精度在 50 m左右；文獻［3］選取路口8個井蓋進行精度驗證，將手機采集的WGS-84經緯度轉換到當地坐標系進行比對，平面點位較差在 5 m～11 m之間。

文獻［2］中的測試坐標誤差值均為 43.7 m，明顯不妥；文獻［3］中選取驗證的點位數量明顯偏少。為此，本次驗證參照大比例尺地形圖，每幅選擇20多個要素（如井蓋、箅子等）定位拍照獲取其WGS84經緯度，采用已有參數轉換到石家莊城市坐標系下進行驗證。

手機定位模式采用兩種，一種是單一采用GPS定位方式，手機不連接互聯網，另一種是采用聯網綜合定位方式（GPS+通信基站等數據聯合定位），共重復采集45個點。兩種模式精度結果統計對比如下:

（1）兩種模式之間點位最大差值 28.1 m，最小差值為 0.6 m，平均差值 11.3 m，中誤差為 9.5 m；

（2）以地形圖上的點位坐標為真值，進行精度比較，兩種模式下的點位中誤差分別為10.1 m和14.8 m。其中采用單一GPS定位時，點位差值在 0 m ～ 5 m的有15個，占總數的33.3%，5 m～10 m的有14個，占總數的31.2%，大于 10 m（最大為 22 m）的有16個，占總數的35.5%。

測試說明:該品牌手機定位精度在 15 m左右；單一GPS定位精度可達10m，高于聯網綜合定位方式。4.3 實際應用

利用常見移動設備采集測繪對象圖像信息，可以讓作業過程更加直觀［3］。數字城管數據普查過程中需要拍攝大量圖片，Exif信息中的空間位置和時間數據對于提高作業效率與質量具有重要意義。

2015年9月，石家莊市勘察測繪設計研究院負責實施石家莊高新技術產業開發區數字城管升級改造項目的數據普查工作，在部件、地理編碼普查過程中，使用手機定位拍照，利用軟件讀取照片的Exif信息并展繪到地形圖上，同時為普查要素自動匹配照片屬性，成功率約為30%（為保證準確，仍需逐一核查屬性；密集區域的A類及B類精度部件采用人工交互方式進行），較以往作業效率提高15%以上，較好地保證了項目工期，取得預期效果。

5 結 語

通過對照片Exif信息的分析、讀取研究及應用，我們認為:

（1）從照片中的Exif信息可提取出時間和空間信息，對測繪與地理信息行業生產與重量控制可起到很好的促進作用。

（2）在不采用額外技術手段情況下，日常使用的手機定位精度可達 10 m～15 m，綜合定位精度要低于不聯網的單一GPS定位模式。

（3）本次測試中，因硬件設備原因，未使用我國北斗衛星定位技術，另外還需試驗利用專業APP提高定位精度研究，這些都是今后測試和應用的方向。

隨著移動端空間定位精度的提高，照片中蘊含的Exif信息將在我們的生產、生活中發揮更大作用。

［1］JEITA CP-3451B，Exchangeable image file format for digital still cameras：Exif Version 2.3［S］.JEITA&CIPA，2010.

［2］張帥，范榮雙，梁勇等.基于手機定位方法的研究與精度分析［J］.全球定位系統，2011，36（2）.

［3］劉曉輝，李志剛，董紹環.基于ArcEngine的圖像自動定位顯示系統的開發［J］.城市勘測，2015（1）.

［4］吳勇，羅騰元，王美珍.可定位圖像移動采集系統設計［J］.測繪通報，2014（4）.

［5］許剛，董士崇.EXIF格式淺析及讀?。跩］.電腦開發與應用：2005（3）.

［6］宣國靜.基于街景的城市圖片EXIF信息認證方法［D］.天津：天津大學，2014.

Study on the Analysis and Application of Exif Format

Li Jie，Hao Huimin，Shi Yu，Duan Xiaohe
（Shijiazhuang Institute of Surveying，Mapping&Geotechnical Investigation，Shijiazhuang 050019，China）

Image file mosaic rich Exif information，which can be extracted from shooting location and time utility data services to our work and life.Combined with specific examples，describes the Exif data format，extraction and application，summed up the Exif information extraction algorithm，test and mobile phone positioning accuracy.Finally，through the production practice，proved that the Exif information can improve operational efficiency.

image file；analysis；exif；propertyItems；algorithm；test；mobile phone positioning

1672-8262（2016）02-136-03中圖分類號：P209

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