Exif数据格式浅析及其读取应用

李杰，郝会民，石瑜，段晓鹤（石家庄市勘察测绘设计研究院，河北石家庄 050019）

Exif数据格式浅析及其读取应用

李杰∗，郝会民，石瑜，段晓鹤
（石家庄市勘察测绘设计研究院，河北石家庄 050019）

照片中镶嵌着丰富的Exif信息，从中可提取出拍摄位置与时间等实用数据服务于我们的工作与生活。本文分析了Exif数据格式，介绍了其读取方法，总结了Exif信息提取算法。结合具体实例，进行测试验证，对日常手机定位精度情况进行了评估。最后，通过生产实践，验证Exif信息对于提高测绘与地理信息单位的作业效率与质量控制的促进作用，同时对应用前景进行了展望。

图形文件；分析；Exif；PropertyItems；算法；测试；手机定位

1 引 言

Exif（Exchangeable Image File）是“可交换图像文件”的缩写，当中包含了专门为数码相机的照片而定制的元数据，可以记录数码照片的拍摄参数、缩略图及其他属性信息［1］。Exif标准最初由日本电子工业发展协会（JEIDA）制定，目前的最新版本是2.3版［1］。

Exif信息是镶嵌在JPEG/TIFF图像文件格式内的一组拍摄参数，所记录的元数据信息非常丰富，主要包含拍摄日期、拍摄器材、拍摄参数、图像处理参数、图像描述及版权信息和GPS定位数据等。

本文解析了Exif数据格式，同时基于VB.net实现照片Exif信息提取，并在数字城管普查项目实践了Exif信息在测绘项目中的应用。

2 Exif格式分析

所有的JPEG文件均以字符串“0xFFD8”开头，并以字符串“0xFFD9”结束。文件头中有一系列“0xFF？？”格式的数据段，称为“标识”，用来标记JPEG文件的信息段。“0xFFD8”表示图像信息开始，“0xFFD9”表示图像信息结束，这两个标识后面没有信息，而其他标识紧跟一些信息字符。

0xFFE0-0xFFEF之间的标识符称为“应用标记”，没有被常规JPEG文件利用，Exif正是利用这些信息串记录拍摄信息如快门速度、光圈值等，甚至可以包括全球定位信息，应用软件可以读取这些数据。

Exif定义的数据结构（APP1）采用“Intel”的小端字节顺序方案，且包含JPEG格式的缩略图。总体上，Exif数据是从ASCII字符“Exif”和2个字节的0x00开始，后面就是Exif的数据，使用TIFF格式来存储数据。

3 Exif数据读取

图像文件所包含的图像特征的元数据利用图形设备接口（GDI+），可以实现图像元数据的读写。

GDI+将单独的元数据段存储在PropertyItem对象中，读取Image对象的PropertyItems属性可以从某个文件中检索所有的元数据。PropertyItems属性返回一个PropertyItem对象的数组，PropertyItem对象具有以下四个属性:Id、Value、Len和Type。

（1）属性Id

Id用于标识元数据项的标记，表1显示列举了部分Id值及其含义说明。

（2）值Value

Value即值数组，其格式由类型Type属性确定，不同类型解译的方式不同。

∗ 收稿日期:2016—01—04

作者简介:李杰（1974—），男，正高职高级工程师，注册测绘师，主要从事技术管理与地理信息软件研发工作。

（3）长度Len

Value属性指向的值的数组长度（以字节表示）。

（4）类型Type

Type属性指向数组中值的数据类型，具体如表2所示。

类型Type数值含义说明 表2

读取图片的Exif信息的关键是PropertyItems对象的数组及其四个属性:Id、Value、Len和Type，将获取的信息针对类型不同转换为可理解的数据。

4 Exif信息的读取及应用

为了在数字城管项目中使用Exif定位信息进行部件照片近似空间位置匹配，笔者采用Microsoft Visual Studio 2010 VB.net编程语言完成了照片Exif信息的读取与应用。

4.1 读取算法

在编程环境下，首先定义Image图像对象实例，指向照片文件；随后读取Image对象的PropertyItems属性以便从照片文件中检索所有的元数据，判断 propItem的Id值获取到所需信息，根据信息的数值类型Type值进行数值解译；最后对解译后的信息进行应用即可。其中涉及的关键代码如下:

Dim theImage As Image'定义图像

theImage=New Bitmap（jpgname）'图像实例化

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

通过遍历PropertyItems的PropertyItem属性，判断其Id读取信息。

IF propItem.Id=&H2 Then'找到纬度信息

value=propItem.Value'纬度值

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

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

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

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

'对解译后的度分秒信息进行处理利用END IF

4.2 应用测试

投入生产应用前，在城区选择不同区域的2幅1∶500地形图进行测试验证，测试选用主流品牌的智能手机及其自带定位功能进行。

文献［2］采用GNSS-RTK技术验证手机GPS定位精度在 50 m左右；文献［3］选取路口8个井盖进行精度验证，将手机采集的WGS-84经纬度转换到当地坐标系进行比对，平面点位较差在 5 m～11 m之间。

文献［2］中的测试坐标误差值均为 43.7 m，明显不妥；文献［3］中选取验证的点位数量明显偏少。为此，本次验证参照大比例尺地形图，每幅选择20多个要素（如井盖、箅子等）定位拍照获取其WGS84经纬度，采用已有参数转换到石家庄城市坐标系下进行验证。

手机定位模式采用两种，一种是单一采用GPS定位方式，手机不连接互联网，另一种是采用联网综合定位方式（GPS+通信基站等数据联合定位），共重复采集45个点。两种模式精度结果统计对比如下:

（1）两种模式之间点位最大差值 28.1 m，最小差值为 0.6 m，平均差值 11.3 m，中误差为 9.5 m；

（2）以地形图上的点位坐标为真值，进行精度比较，两种模式下的点位中误差分别为10.1 m和14.8 m。其中采用单一GPS定位时，点位差值在 0 m ～ 5 m的有15个，占总数的33.3%，5 m～10 m的有14个，占总数的31.2%，大于 10 m（最大为 22 m）的有16个，占总数的35.5%。

测试说明:该品牌手机定位精度在 15 m左右；单一GPS定位精度可达10m，高于联网综合定位方式。4.3 实际应用

利用常见移动设备采集测绘对象图像信息，可以让作业过程更加直观［3］。数字城管数据普查过程中需要拍摄大量图片，Exif信息中的空间位置和时间数据对于提高作业效率与质量具有重要意义。

2015年9月，石家庄市勘察测绘设计研究院负责实施石家庄高新技术产业开发区数字城管升级改造项目的数据普查工作，在部件、地理编码普查过程中，使用手机定位拍照，利用软件读取照片的Exif信息并展绘到地形图上，同时为普查要素自动匹配照片属性，成功率约为30%（为保证准确，仍需逐一核查属性；密集区域的A类及B类精度部件采用人工交互方式进行），较以往作业效率提高15%以上，较好地保证了项目工期，取得预期效果。

5 结 语

通过对照片Exif信息的分析、读取研究及应用，我们认为:

（1）从照片中的Exif信息可提取出时间和空间信息，对测绘与地理信息行业生产与重量控制可起到很好的促进作用。

（2）在不采用额外技术手段情况下，日常使用的手机定位精度可达 10 m～15 m，综合定位精度要低于不联网的单一GPS定位模式。

（3）本次测试中，因硬件设备原因，未使用我国北斗卫星定位技术，另外还需试验利用专业APP提高定位精度研究，这些都是今后测试和应用的方向。

随着移动端空间定位精度的提高，照片中蕴含的Exif信息将在我们的生产、生活中发挥更大作用。

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

［2］张帅，范荣双，梁勇等.基于手机定位方法的研究与精度分析［J］.全球定位系统，2011，36（2）.

［3］刘晓辉，李志刚，董绍环.基于ArcEngine的图像自动定位显示系统的开发［J］.城市勘测，2015（1）.

［4］吴勇，罗腾元，王美珍.可定位图像移动采集系统设计［J］.测绘通报，2014（4）.

［5］许刚，董士崇.EXIF格式浅析及读取［J］.电脑开发与应用：2005（3）.

［6］宣国静.基于街景的城市图片EXIF信息认证方法［D］.天津：天津大学，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中图分类号：P209

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