1、元数据

元数据（Metadata），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。

元数据是关于数据的组织、数据域及其关系的信息，简言之，元数据就是关于数据的数据。（来自百度百科）

1. 图片元数据

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。主要是由人工在后期通过软件写入的数据。
• 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。

元数据的嵌入方式因图像格式而异，不同格式的图像文件（如JPG， TIF， DNS等）有不同的嵌入方式。

2. 如何查看元数据

在Windows上，最常见的图片元数据就是图片文件的 【属性】——>【详细信息】 这一页，如下图所示：

图像属性详细信息

PS文件简介

在这里插入图片描述

2、图像Exif信息

2.1 简介

Exif（Exchangeable image file format，官方简称Exif），是可交换图像文件的缩写，是专门为数码相机的照片设定的，可以记录数码照片的属性信息和拍摄数据。

EXIF可以附加于JPEG、TIFF、RIFF等文件之中，为其增加有关数码相机拍摄信息的内容和索引图或图像处理软件的版本信息。

Exif最初由日本电子工业发展协会在1996年制定，版本为1.0。1988年升级到2.1，增加了对音频文件的支持。2002年3月，发表了2.2版。

Windows7操作系统具备对Exif的原生支持，通过鼠标右键点击图片-属性-详细信息标签下即可查看Exif信息。
Exif信息是可以被任意编辑的，因此只有参考的功能。

Exif所记录的元数据信息非常丰富，主要包含了以下几类信息：

• 拍摄信息
• 拍摄器材（机身、镜头、闪光灯等）
• 拍摄参数（快门速度、光圈F值、ISO速度、焦距、测光模式等）
• 图像处理参数（锐化、对比度、饱和度、白平衡等）
• 图像描述及版权信息
• GPS定位数据
• 缩略图

本文以 JPG文件格式为例，来分析Exif的构成。

2.2 JPG文件结构

此部分参考博文 照片元数据--Exif_严开明_新浪博客 内容。

JPG文件是由“段”（segment）组成的，每个段都是由FFxx开头，其中xx是段的标识，说明是什么段，如FFD8标志文件的开始，称为开始段（SOI），FFD9标志文件结束，称为结束段（EOI）。其他如DQT, DHT等都是与JPG压缩有关的数据段。

但其中FFE0-FFEF是保留为应用段（APP段），即这些段中的信息是为某些应用程序所用，不是JPG解码所必需的。
Exif就是用FFE1(APP1)作为其段标镶嵌在JPG文件开始段SOI的后面，因此Exif的数据也就称为 APP1段，其结构如下图所示：

在这里插入图片描述

2.3 Exif与TIFF的关系

TIFF是一种图像文件格式，包含图像数据和元数据。由于其简单灵活，所以使用很广。其结构如下图所示：

Exif与TIFF

大多数的目录项是存放图像的元数据，目录项中的标签编码（Tag）代表元数据的名称，另外还有类型及数据等如上图所示。

TIFF只定义了图像的基本元数据，对于某些图像中的特有元数据（如照片中的光圈快门等）可以用Private IFD自行定义其专门的元数据。也就是Private IFD可以看成是IFD的扩充，用IFD0中某一标签（Tag）作为指针，指向另一个子IFD，然后在子IFD中定义自己的元数据。

Exif就是由IFD0中Tag=0x8769 的目录项（称为exifIFD）指向一个Exif subIFD,在该子IFD中就是与照片有关的各种元数据，如光圈，快门等。因此Exif使用的是TIFF格式，而Exif本身则是TIFF IFD0的一个子集。
与Exif类似的还有GPS数据（具有GPS功能相机记录的拍摄位置），是由IFD0中Tag=0x8825的目录项指向GPS subIFD。

此外Exif还包含缩略图标，所以还有第二个IFD（IFD1）用于表示缩略图。

Exif总的结构如下图所示：

在这里插入图片描述

• 需要指出的是Exif的IFD0中没有图像数据。
• Exif中的Makernote是制造商自己设置的数据，没有统一格式，很多也是不公开的，所以Makernote也是作为Exif的一个子IFD，由制造商自己定义。

2.4 Exif元数据

Exif元数据根据不同的内容分布在五个不同的IFD中：

• IFD0 中的数据是由TIFF定义的图像基本数据，其中有些与照片无关，所以Exif只实现其中一小部分。这部分数据在Photoshop中称为TIFF元数据。
• Exif subIFD 中的数据是由Exif定义的元数据，都是和相机照片有关的数据，是Exif的主要数据，其中有一些与IFD0中的重复
• GPS subIFD 中的数据是记录照片的拍摄位置，对于没有GPS功能的相机，这里的数据都是空的。
• IFD1中的数据是缩略图的图像及该图像的元数据
• Maskernote IFD是制造商自己定义的元数据，没有标准，有些商家的数据也不对外公开。

2.5 总结

在这里插入图片描述

3、Exif工具

该部分介绍如何使用相应的工具去查看/修改图片的Exif信息。

3.1 Pillow库

使用Pillow库中的Image查看图像的exif。

1. 通过Image.info['exif']可以直接获取raw_exif信息，类型是bytes
2. 通过Image._getexif()方法，获取图像exif信息，类型是字典
3. 可以通过ExifTags.TAGS查看所有的标签号及对应的标签名
   类型是字典，可以根据标签号获取对应的名称

示例：

from PIL import Image, ExifTags

img = Image.open('01.jpg')

# method1
>>> img.info.keys()
dict_keys(['jfif', 'jfif_version', 'dpi', 'jfif_unit', 'jfif_density', 'exif', 'parsed_exif'])
>>> print(type(img.info['exif']))
'bytes'

# method2
>>> exifdata = img._getexif()
>>> print(type(exifdata))
'dict'
>>> print(exifdata.keys())
dict_keys([256, 257, 258, 36864, 37121, 37377, 36867, 36868, 37378, 37379, 37380, 41995, 37383, 37384, 270, 271, 272, 37385, 274, 531, 40962, 37520, 37521, 37522, 40963, 41495, 282, 283, 40965, 41728, 33434, 33437, 41729, 59933, 34850, 41985, 34855, 296, 41986, 40960, 41987, 305, 306, 41988, 41989, 41990, 37386, 41991, 40961, 41992, 41993, 41994, 41996, 34665, 37500])

>>> ExifTags.TAGS
{11: 'ProcessingSoftware', 254: 'NewSubfileType', 255: 'SubfileType', 256: 'ImageWidth', 257: 'ImageLength', 258: 'BitsPerSample', 259: 'Compression', 262: 'PhotometricInterpretation', 263: 'Thresholding', 264: 'CellWidth', 265: 'CellLength', 266: 'FillOrder', 269: 'DocumentName', 270: 'ImageDescription', 271: 'Make', 272: 'Model', 273: 'StripOffsets', 274: 'Orientation', 277: 'SamplesPerPixel', 278: 'RowsPerStrip', 279: 'StripByteCounts', 280: 'MinSampleValue', 281: 'MaxSampleValue', 282: 'XResolution', 283: 'YResolution', 284: 'PlanarConfiguration', 285: 'PageName', 288: 'FreeOffsets', 289: 'FreeByteCounts', 290: 'GrayResponseUnit', 291: 'GrayResponseCurve', 292: 'T4Options', 293: 'T6Options', 296: 'ResolutionUnit', 297: 'PageNumber', 301: 'TransferFunction', 305: 'Software', 306: 'DateTime'
......

# num of TAGS
>>> len(ExifTags.TAGS)
254

>>>ExifTags.TAGS.get(306)
'DateTime'
>>>ExifTags.TAGS[306]
'DateTime'

3.2 exiv2

Exiv2：一个基于C++、跨平台的程序，可以读写图片元数据（EXIF, IPTC, XMP）。它提供了可执行文件供命令行使用，也提供了C++的API供编程。

• Exiv2的网站
• Exiv2支持的元数据列表

2009年，有team开发基于Exiv2的Python库——pyexiv2。

具体见 pyexiv2官网

基于python2.7,不支持python3.x
该库提供了类似python dict形式的修改exif信息的方法。在处理GPS信息的时候，需要将相应的坐标数据转换成有理数形式，pyexiv2提供了相应的方法。

但2011年之后停止更新了。

当前使用pip install pyexiv2安装的pyexiv2库是后来有人做了一个简单的基于Exiv2的Python库——还是叫pyexiv2。
【github】地址: LeoHsiao1/pyexiv2

安装：
pip install pyexiv2

测试：
导入库时出现如下错误：

pyexiv2错误

发现当前并不支持 GLIBC_2.27 ,当前的系统是ubuntu server16.04

在这里插入图片描述

glibc是gnu发布的libc库，即c运行库。glibc是linux系统中最底层的api，几乎其他任何运行库都会依赖于glibc。glibc除了封装linux操作系统提供的的系统服务外，它本身也提供了许多其他一些必要功能服务的实现。

解决方法：
将系统升级到ubuntu server18.04。

考虑到多人使用服务器，并没有升级系统，这个不行可以使用其他的。

3.3 exifread库

安装：
pip install exifread

主要通过tags = exifread.process_file(fd)函数读取图片的Exif信息。
tags的类型是字典。

注意标签名的写法。

Exif信息中则包含拍照时间信息，通过读取 EXIF DateTimeOriginal的值则可获取其信息，并进行解析和处理则可获得拍照时间.

import exifread

fd = open('01.jpg', 'rb')
tags = exifread.process_file(fd)
>>>tags.keys()
dict_keys(['Image ImageWidth', 'Image ImageLength', 'Image BitsPerSample', 'Image ImageDescription', 'Image Make', 'Image Model', 'Image Orientation', 'Image XResolution', 'Image YResolution', 'Image ResolutionUnit', 'Image Software', 'Image DateTime', 'Image YCbCrPositioning', 'Image ExifOffset', 'Image DeviceSettingDescription', 'Thumbnail ImageWidth', 'Thumbnail ImageLength', 'Thumbnail Compression', 'Thumbnail Orientation', 'Thumbnail XResolution', 'Thumbnail YResolution', 'Thumbnail ResolutionUnit', 'Thumbnail JPEGInterchangeFormat', 'Thumbnail JPEGInterchangeFormatLength', 'EXIF DocumentName', 'EXIF ExposureTime', 'EXIF FNumber', 'EXIF ExposureProgram', 'EXIF ISOSpeedRatings', 'EXIF ExifVersion', 'EXIF DateTimeOriginal', 'EXIF DateTimeDigitized', 'EXIF ComponentsConfiguration', 'EXIF ShutterSpeedValue', 'EXIF ApertureValue', 'EXIF BrightnessValue', 'EXIF ExposureBiasValue', 'EXIF MeteringMode', 'EXIF LightSource', 'EXIF Flash', 'EXIF FocalLength', 'EXIF MakerNote', 'EXIF SubSecTime', 'EXIF SubSecTimeOriginal', 'EXIF SubSecTimeDigitized', 'EXIF FlashPixVersion', 'EXIF ColorSpace', 'EXIF ExifImageWidth', 'EXIF ExifImageLength', 'Interoperability InteroperabilityIndex', 'Interoperability InteroperabilityVersion', 'EXIF InteroperabilityOffset', 'EXIF SensingMethod', 'EXIF FileSource', 'EXIF SceneType', 'EXIF CustomRendered', 'EXIF ExposureMode', 'EXIF WhiteBalance', 'EXIF DigitalZoomRatio', 'EXIF FocalLengthIn35mmFilm', 'EXIF SceneCaptureType', 'EXIF GainControl', 'EXIF Contrast', 'EXIF Saturation', 'EXIF Sharpness', 'EXIF SubjectDistanceRange', 'EXIF OffsetSchema', 'JPEGThumbnail'])

>>> str(tags['EXIF DateTimeOriginal'])
'2017:03:24 08:17:45'

>>> tags
{'Image ImageWidth': (0x0100) Short=2448 @ 18,
 'Image ImageLength': (0x0101) Short=3264 @ 30,
 'Image BitsPerSample': (0x0102) Short=[8, 8, 8] @ 194,
 'Image ImageDescription': (0x010E) ASCII=cof @ 54,
 'Image Make': (0x010F) ASCII=HUAWEI @ 200,
 'Image Model': (0x0110) ASCII=LON-AL00 @ 208,
 'Image Orientation': (0x0112) Short=0 @ 90,
 'Image XResolution': (0x011A) Ratio=72 @ 218,
 'Image YResolution': (0x011B) Ratio=72 @ 226,
 ......
 }

3.4 piexif库

安装
pip install piexif

手册：
About Piexif — Piexif 1.1.x documentation

1. Piexif不依赖任何第三个库。
2. 在Python 2.7、3.3、3.4、3.5、3.6，pypy和pypy3上均可使用。

主要功能：

• load(filename) -以dict的形式获取exif数据。
• dump(exif_dict) -以字节为单位获取exif以使用JPEG保存。
• insert(exif_bytes，filename) -将exif插入JPEG。
• remove(filename) -从JPEG移除exif。
• 移植(文件名，文件名) -将exif从JPEG移植到JPEG。

使用：

• 直接使用load函数加载文件名，获取Exif信息，返回结果类型是字典。
• 使用load函数加载通过pillow的Image.open()加载的图像的info['exif']信息，即``

import piexif

# method1
exifdata = piexif.load('01.jpg')
>>> type(exifdata)
dict
>>> exifdata.keys()
dict_keys(['0th', 'Exif', 'GPS', 'Interop', '1st', 'thumbnail'])
>>> exifdata['0th']
{256: 2448,
 257: 3264,
 258: (8, 8, 8),
 270: b'cof',
 271: b'HUAWEI',
 272: b'LON-AL00',
 274: 0,
 282: (72, 1),
 283: (72, 1),
 296: 2,
 305: b'LON-AL00C00B175',
 306: b'2017:03:24 08:17:45',
 531: 1,
 34665: 270}

# method2
img = Image.open('01.jpg')
>>> img.info.keys()
dict_keys(['jfif', 'jfif_version', 'dpi', 'jfif_unit', 'jfif_density', 'exif'])

>>> exif_dict = piexif.load(img.info['exif'])
>>> print(exif_dict.keys())
dict_keys(['0th', 'Exif', 'GPS', 'Interop', '1st', 'thumbnail'])
>>> exif_dict['Exif']
{33434: (20000000, 1000000000),
 33437: (220, 100),
 34850: 2,
 34855: 100,
 36864: b'0210',
 36867: b'2017:03:24 08:17:45',
 36868: b'2017:03:24 08:17:45',
 37121: b'\x01\x02\x03\x00',
 37377: (298973, 10000),
 ....
 }

使用示例可参考如下博文：
python修改图片exif信息 | 清平调

4、Exif记录的信息（标签）

4.1 IFD0 (主图像)使用的标签

image.png

4.2 Exif 子IFD使用的标签

image.png

4.3 Interoperability IFD使用的标签

4.4 IFD1 (缩略图)使用的标签

4.5 Misc Tags

5、参考文献

[1] 照片的元数据（1）--Exif_严开明_新浪博客
[2] python修改图片exif信息 | 清平调
[3] python3.x - Python 3 如何修改照片的 exif 信息 - SegmentFault 思否
[4] 使用Python获取照片Exif信息 – 标点符