前言

       随着现在实景地图的如火如荼建设，无人机等航拍测绘手段的不断升级，我们在获取全景照片或者正射影像，全景视频等数据上更加快速、便捷。由于无人机本身不进行相关数据的处理，比如全景地图的生成、视频的信息解析等。以全景照片为例，无人机作业时一般会在拍摄时自动记录GPS信息，拍照的坐标信息。通过自动获取图片的经纬度信息，可以快速对照片进行定位。而我们在旅游时，通常都会进行拍照，通过开启自动记录位置后，随时可以帮助我们生成旅游地图。而这些基本信息的获取，就离不开对文件元数据（metadata）的读取。

      因此，本文将重点介绍如何使用Java编程语言结合metadata-extractor去自动获取全景图片的Exif信息，获取照片的拍摄坐标信息。

一、相关知识简介

1、Metadata 元数据

       元数据（Matedata），又称中介数据、中继数据，为描述数据的数据（data about data），主要是描述数据属性（property）的信息。用来支持如指示存储位置、历史数据、资源查找、文件记录等功能。元数据是关于据的组织、数据域及其关系的信息。

       图片元数据（Metadata） 是嵌入到图片文件中的一些标签。比较像文件属性，但是种类繁多。对于数码图像，目前常见的研数据有EXIF, IPTC和XMP三种。

      EXIF：通常被数码相机在拍摄照片时自动添加，比如相机型号、镜头、曝光、图片尺寸等信息
      IPTF：比如图片标题、关键字、说明、作者、版权等信息。主要由人工在后期通过软件写入。
     XMP：XMP实际上是一种元数据存储和管理的标准，可以将Exif，IPTC或其他的数据都按XMP统一的格式存放在图像文件中。

2、Exif 可交换图像文件信息

       可交换图像文件(Exchangeable Image File，Exif)信息图像在拍摄时保留的相关参数：比如图像信息（厂商，分辨率等），相机拍摄记录（ISO，白平衡，饱和度，锐度等），缩略图（缩略图宽度，高度等），GPS（拍摄时的经度，纬度，高度）等，按照图像文件标准存储在图像头文件。一般使用支持图像读取的软件即可查看部分参数，但是图像如果修改，Exif信息可能丢失。

       上图是一张带了坐标的JPG照片信息，在Windows中通过查看文件的详细信息，可以看到这张图片的Exif信息。

3、metadata-extractor 库

      metadata-extractor 库是一个用于提取图片和视频的Exif信息的组件库。它主要提供的功能有：

    更多的信息可以查看metadata-extractor 相关介绍

二、使用步骤

    1、创建Maven项目，在Pom.xml中引入metadata-extractor

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.drewnoakes/metadata-extractor -->
<dependency>
	<groupId>com.drewnoakes</groupId>
	<artifactId>metadata-extractor</artifactId>
	<version>2.18.0</version>
</dependency>

<dependency>
	<groupId>junit</groupId>
	<artifactId>junit</artifactId>
	<version>4.11</version>
	<scope>test</scope>
</dependency>

 2、Metadata信息获取

         这里使用ImageMetadataReader统一获取元数据信息，针对Jpg、Png、Gif等还有针对性的类，JpegMetadataReader、PngMetadataReader、GifMetadataReader等。

Metadata metadata = ImageMetadataReader.readMetadata(file);
for (Directory directory : metadata.getDirectories()) {
     for (Tag tag : directory.getTags()) {
         String tagName = tag.getTagName();  //标签名
         String desc = tag.getDescription(); //标签信息
         System.out.println(tagName + "===" + desc);//照片信息
      }
}

         通过代码，正常输出可以看到以下的信息：

Compression Type===Baseline
Data Precision===8 bits
Image Height===4096 pixels
Image Width===8192 pixels
Number of Components===3
Component 1===Y component: Quantization table 0, Sampling factors 2 horiz/2 vert
Component 2===Cb component: Quantization table 1, Sampling factors 1 horiz/1 vert
Component 3===Cr component: Quantization table 1, Sampling factors 1 horiz/1 vert
Image Width===8192 pixels
Image Height===4096 pixels
Bits Per Sample===8 8 8 bits/component/pixel
Image Description===default
Make===Hasselblad
Model===L1D-20c
Orientation===Top, left side (Horizontal / normal)
Samples Per Pixel===3 samples/pixel
X Resolution===72 dots per inch
Y Resolution===72 dots per inch
Resolution Unit===Inch
Software===10.00.12.07
Date/Time===2021:03:21 14:13:31
YCbCr Positioning===Center of pixel array
Windows XP Comment===0.9.142
Windows XP Keywords===pano
Exposure Time===1/200 sec
F-Number===f/5.0
Exposure Program===Program normal
ISO Speed Ratings===100
Exif Version===2.30
Date/Time Original===2021:03:21 14:13:31
Date/Time Digitized===2021:03:21 14:13:31
Components Configuration===YCbCr
Exposure Bias Value===0.3 EV
Max Aperture Value===f/2.8
Metering Mode===Average
White Balance===Daylight
Flash===Flash did not fire
Focal Length===10.3 mm
Makernote===[19829 values]
FlashPix Version===1.00
Color Space===sRGB
Exif Image Width===8192 pixels
Exif Image Height===4096 pixels
File Source===Digital Still Camera (DSC)
Scene Type===Directly photographed image
Exposure Mode===Auto exposure
White Balance Mode===Auto white balance
Digital Zoom Ratio===1
Scene Capture Type===Standard
Gain Control===None
Contrast===None
Saturation===None
Sharpness===None
Device Setting Description===0 0 0 0
Body Serial Number===0K8TGB40121511
Lens Specification===28mm f/2.8-11.0
Interoperability Index===Recommended Exif Interoperability Rules (ExifR98)
Interoperability Version===1.00
GPS Version ID===2.300
GPS Latitude Ref===N
GPS Latitude===28° 14' 37.6"
GPS Longitude Ref===E
GPS Longitude===112° 53' 24.86"
GPS Altitude Ref===Sea level
GPS Altitude===126 metres
Image Width===192 pixels
Image Height===90 pixels
Compression===JPEG
X Resolution===72 dots per inch
Y Resolution===72 dots per inch
Resolution Unit===Inch
Thumbnail Offset===21114 bytes
Thumbnail Length===18699 bytes
XMP Value Count===30
Number of Tables===4 Huffman tables
Detected File Type Name===JPEG
Detected File Type Long Name===Joint Photographic Experts Group
Detected MIME Type===image/jpeg
Expected File Name Extension===jpg
File Name===1.jpg
File Size===14057645 bytes
File Modified Date===星期二 三月 23 20:14:37 +08:00 2021

3、根据不同的Directory精确Tag提取，示例代码如下： 

File jpegFile = new File(pathname);
Metadata metadata = JpegMetadataReader.readMetadata(jpegFile);
boolean type = metadata.containsDirectoryOfType(GpsDirectory.class);
System.out.println(type);
System.out.println(metadata.getDirectoryCount());
Iterable<Directory> it = metadata.getDirectories();
for(Directory d : it) {
    System.out.println(d);
    Collection<Tag> tags = d.getTags();
    for(Tag tag :tags) {
        System.out.println(tag.getTagName()+"==="+ tag.getDescription());
    }   
}

Image Width===849
Image Height===504
Bits Per Sample===8
Color Type===True Color
Compression Type===Deflate
Filter Method===Adaptive
Interlace Method===No Interlace
Detected File Type Name===PNG
Detected File Type Long Name===Portable Network Graphics
Detected MIME Type===image/png
Expected File Name Extension===png
File Name===111.png
File Size===61265 bytes
File Modified Date===星期日 十月 02 19:48:34 +08:00 2022

4、经纬度提取

通过GpsDirectory来获取GeoLocation获取经坐标信息

System.out.println("开始读取gps信息...");
Collection<GpsDirectory> gpsDirectories = metadata.getDirectoriesOfType(GpsDirectory.class);
for(GpsDirectory gps : gpsDirectories) {
    //获取图片的经纬度信息
    GeoLocation geoLocation = gps.getGeoLocation();
    System.out.println(geoLocation.getLongitude());
    System.out.println(geoLocation.getLatitude());
    System.out.println("********************************************************");
}

开始读取gps信息...
112.89023869444445
28.243777055555558
********************************************************
GPS Version ID===2.300
GPS Latitude Ref===N
GPS Latitude===28° 14' 37.6"
GPS Longitude Ref===E
GPS Longitude===112° 53' 24.86"
GPS Altitude Ref===Sea level
GPS Altitude===126 metres

         将图片的点在地图上定位信息如上图所示

 5、视频元数据提取

System.out.println("视频信息提取");
File file = new File("E:/静园历史影像.mp4");
Metadata metadata = Mp4MetadataReader.readMetadata(file);
for (Directory directory : metadata.getDirectories()) {
     for (Tag tag : directory.getTags()) {
     String tagName = tag.getTagName();  //标签名
     String desc = tag.getDescription(); //标签信息
     System.out.println(tagName + "===" + desc);//照片信息
     }
}

视频信息提取
Major Brand===MP4  Base Media v1 [IS0 14496-12:2003]
Minor Version===512
Compatible Brands===[MP4  Base Media v1 [IS0 14496-12:2003], MP4 Base Media v2 [ISO 14496-12:2005], MP4 Base w/ AVC ext [ISO 14496-12:2005], MP4 v1 [ISO 14496-1:ch13]]
Creation Time===Fri Jan 01 08:00:00 CST 1904
Modification Time===Fri Jan 01 08:00:00 CST 1904
Duration===52608
Media Time Scale===1000
Duration in Seconds===00:00:53
Transformation Matrix===65536 0 0 0 65536 0 0 0 1073741824
Preferred Rate===1
Preferred Volume===1
Next Track ID===3
Rotation===0
Creation Time===星期五 一月 01 08:00:00 +08:00 1904
Modification Time===星期五 一月 01 08:00:00 +08:00 1904
ISO 639-2 Language Code===und
Opcolor===0 0 0
Graphics Mode===Copy
Compression Type===H.264
Width===1366 pixels
Height===768 pixels
Depth===24-bit color
Horizontal Resolution===72
Vertical Resolution===72
Frame Rate===9.905
Creation Time===星期五 一月 01 08:00:00 +08:00 1904
Modification Time===星期五 一月 01 08:00:00 +08:00 1904
ISO 639-2 Language Code===und
Balance===0
Format===MPEG-4, Advanced Audio Coding (AAC)
Number of Channels===2
Sample Size===16
Sample Rate===48000
File Name===静园历史影像.mp4
File Size===16800279 bytes
File Modified Date===星期六 七月 16 23:16:24 +08:00 2022

三、对Exif的中文解释

      以上是参考了网友的博文，原文地址：Java获取图像Exif信息

      官网对相关参数的定义见：metadata-extractor

四、总结

       以上就是今天要讲的内容，本文简单介绍了Metadata 元数据以及Exif 可交换图像文件信息的基本知识，介绍了 metadata-extractor的具体用法，展示了png图像元数据读取、GPS坐标识别和定位以及视频的元数据信息提取，而metadata-extractor提供了大量能使我们快速便捷地获取元数据的方法。