劉曉輝,李志剛,董紹環(huán)(青島市勘察測繪研究院,山東青島 266032)

基于ArcEngine的圖像自動定位顯示系統(tǒng)的開發(fā)

劉曉輝?,李志剛,董紹環(huán)
(青島市勘察測繪研究院,山東青島 266032)

摘 要:主要研究如何利用由移動設(shè)備拍攝照片的Exif信息,使用ArcEngine二次開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)圖像在地圖中的自動標(biāo)注和顯示。首先將野外采集的照片導(dǎo)入系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)照片中鑲嵌的信息提取位置信息,將位置信息經(jīng)過預(yù)處理得到符合坐標(biāo)系要求的坐標(biāo)信息,然后將照片和其對應(yīng)的坐標(biāo)信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中,系統(tǒng)會根據(jù)坐標(biāo)將每個位置的照片數(shù)量用標(biāo)簽的形式顯示出來,通過單擊標(biāo)簽即可查看相應(yīng)位置的照片。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本文所研究系統(tǒng)可以將圖像根據(jù)其概略拍攝位置標(biāo)注在地圖中,并可以實(shí)時查看。

關(guān)鍵詞:AE;C#;Exif

1　引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,雖然測繪設(shè)備的精度越來越高,測繪效率也得到大大提高,但是目前測繪設(shè)備并不能適應(yīng)所有條件,特別是當(dāng)測繪環(huán)境比較復(fù)雜時,需要測量員親自到實(shí)地踏勘測量。當(dāng)我們進(jìn)行野外實(shí)地測量時,為了準(zhǔn)確地記錄測量對象,通常需要手繪草圖,記錄測量點(diǎn)號及地物地形特征,當(dāng)外界情況復(fù)雜時,繪制草圖會大大降低測繪效率,并且很可能出現(xiàn)草圖繪制錯誤。目前,許多移動設(shè)備如手機(jī)、相機(jī)、移動平板電腦等都已經(jīng)配備GPS定位模塊,其定位精度可達(dá)5 m。如果利用移動設(shè)備對測繪對象進(jìn)行拍照,在內(nèi)業(yè)繪圖時根據(jù)照片的位置信息將照片展到拍照的相應(yīng)位置,將會大大提高內(nèi)業(yè)效率,降低內(nèi)業(yè)出錯率。

本文針對實(shí)現(xiàn)圖像的自動存儲和顯示,提出了一種基于AE的圖像自動定位顯示系統(tǒng)。首先利用C#語言獲取照片信息并對照片信息進(jìn)行預(yù)處理,然后將坐標(biāo)信息和照片存入數(shù)據(jù)庫,最后利用AE將照片數(shù)量信息用標(biāo)簽在電子地圖上顯示出來,實(shí)現(xiàn)通過單擊標(biāo)簽查看相應(yīng)位置照片的功能。

1.1Exif

Exif[1]是英文Exchangeable Image File(可交換圖像文件)的縮寫,最早由日本電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會制訂,目前最新版本是2.21版。實(shí)際上Exif信息是鑲嵌在JPEG/ TIFF圖像文件內(nèi)的一組拍攝參數(shù),包括拍攝時的快門、光圈、ISO、時間、焦距、白平衡等拍攝條件和相機(jī)品牌、型號以及全球定位系統(tǒng)(GPS)信息等。

1.2ArcEngine

ArcEngine[2]是基于ArcObjects搭建的應(yīng)用,包括核心ArcObjects的功能,是對ArcObjects中的大部分接口、類等進(jìn)行封裝所構(gòu)成的嵌入式組件,可以在C++,.NET,Java等多種語言中進(jìn)行開發(fā),具有靈活、簡潔、易用、可移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1.3C#

C#是ArcEngine的一種編程語言,“SDK for c#”是ArcEngine專門為使用C#開發(fā)提供的開發(fā)工具包。C #[3]編程語言是由微軟公司專門為.NET平臺設(shè)計(jì)的語言,擁有C、C++和Java的優(yōu)點(diǎn),它完全支持類和面向?qū)ο缶幊?可以自動清理動態(tài)分配的內(nèi)存,并可以完全訪問.NET基類庫。

2　系統(tǒng)概述和關(guān)鍵技術(shù)

2.1系統(tǒng)概述

外業(yè)測量時,可以使用手機(jī)等移動設(shè)備拍照,記錄下周圍的地形地物。內(nèi)業(yè)作業(yè)時,通過讀取鑲嵌在照片中的Exif信息,獲取照片的經(jīng)緯度等相關(guān)拍攝參數(shù)。將位置信息和照片自動入庫,并在圖上拍攝位置添加標(biāo)簽,通過單擊標(biāo)簽即可查看該位置的照片信息。

基于AE的圖像自動定位顯示系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)如下:

(1)外業(yè)拍照

當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)外業(yè)采集時,利用智能手機(jī)對關(guān)鍵和復(fù)雜地形地物點(diǎn)進(jìn)行拍照,注意在拍照時確保已經(jīng)打開手機(jī)的GPS定位功能。為了提高拍照位置的準(zhǔn)確性,一定在地形地物的正上方拍攝,如果由于環(huán)境限制無法在正上方拍攝,記錄下偏離距離和方向,在后續(xù)操作中對坐標(biāo)進(jìn)行修正。

(2)讀取照片信息

利用C#編寫程序讀取照片的經(jīng)緯度信息。

(3)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

由于(2)中從照片EXIF參數(shù)中讀取的是WGS84坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度,必須通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)到國家坐標(biāo)系或當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系,才能使用。

(4)照片信息自動入庫

將照片和其經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。(5)照片信息自動標(biāo)注

單擊“照片標(biāo)注”功能,根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的坐標(biāo)在地圖上標(biāo)注不同位置照片的數(shù)目,可以全圖標(biāo)注,也可以只標(biāo)注當(dāng)前視圖區(qū)域。

(6)編寫照片瀏覽模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)功能:單擊標(biāo)注,彈出對應(yīng)標(biāo)注位置的照片瀏覽窗口,瀏覽該位置所有照片。

(7)照片位置微調(diào)

由于GPS衛(wèi)星被遮擋、多路徑效應(yīng)等影響,有時會出現(xiàn)記錄的照片位置偏離實(shí)際拍照位置太遠(yuǎn)的情況,這時可以通過拖動標(biāo)注,對其位置進(jìn)行微調(diào),調(diào)整后的照片坐標(biāo)信息在數(shù)據(jù)庫中會自動更新。

2.2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

(1)讀取Exif信息

通過PropertyItem接口可以獲取照片的Exif信息, 用PropertyItem的屬性ID區(qū)分照片的不同參數(shù)信息, ID為0x0002代表該項(xiàng)為具體緯度信息,ID為0x0004代表該項(xiàng)為具體經(jīng)度信息,讀取相應(yīng)ID的Value即可獲取參數(shù)具體數(shù)值。Value的類型為byte[],通過讀取byte[0]—byte[7]獲得經(jīng)緯度的“度”信息,讀取byte[8]-byte[15]獲得經(jīng)緯度的“分”信息,讀取byte [16]-byte[23]獲得經(jīng)緯度的“秒”信息。計(jì)算過程中還要根據(jù)ID為0x0001項(xiàng)的Value值區(qū)分南緯北緯,根據(jù)ID為0x0003項(xiàng)的Value值區(qū)分東經(jīng)西經(jīng)。

(2)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

由于用手機(jī)等移動設(shè)備得到的坐標(biāo)信息通常是WGS-84坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度,而外業(yè)測繪中獲得的測點(diǎn)坐標(biāo)信息都采用國家坐標(biāo)系或當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系。它們采用的橢球不相同,需要使用七參數(shù)法將經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)換到國家坐標(biāo)系或當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下。

(3)照片和照片信息入庫

系統(tǒng)采用的方法是將照片選擇的照片復(fù)制到指定路徑,并用mdb數(shù)據(jù)庫存儲照片坐標(biāo)和路徑信息。

(4)標(biāo)簽設(shè)計(jì)和標(biāo)簽自動標(biāo)注

系統(tǒng)中的標(biāo)簽采用AE中的Callout和TextElement組合生成的Element,當(dāng)單擊“自動標(biāo)注”時,系統(tǒng)會統(tǒng)計(jì)不同坐標(biāo)處照片數(shù)量并顯示在標(biāo)簽中。

(5)圖片瀏覽模塊

單擊用Element制作的標(biāo)簽,自動彈出圖片瀏覽窗口并將該處圖片顯示在窗口中,此處主要用到PictureBox控件。

(6)圖片位置微調(diào)

拖動標(biāo)簽后,獲得構(gòu)成標(biāo)簽的Callout的Anchor-Point,并用AnchorPoint的X、Y坐標(biāo)對數(shù)據(jù)庫中該照片的原有坐標(biāo)信息進(jìn)行自動更新。

3　系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)外業(yè)采集所采用的坐標(biāo)系是某地城市坐標(biāo)系,對某道路交口的8個城市市政設(shè)施檢修井井蓋用iPhone 4手機(jī)拍照,對其進(jìn)行信息采集,同時用徠卡TSC3 GPS接收機(jī)在每個井蓋處進(jìn)行準(zhǔn)確測量,GPS測量數(shù)據(jù)是經(jīng)CORS網(wǎng)實(shí)時修正過的觀測值。

3.1自動讀取圖片Exif信息

選取8張外業(yè)采集的井蓋照片,自動存入mdb庫的信息如下(為防泄密,表中經(jīng)緯度的整度用X表示):

數(shù)據(jù)庫中照片信息 表1

3.2坐標(biāo)自動轉(zhuǎn)換

本次實(shí)驗(yàn)是將WGS-84坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度轉(zhuǎn)到該地城市坐標(biāo)系。利用GPS測量的坐標(biāo)精度很高,誤差小于5 cm,可以在本次實(shí)驗(yàn)中作為真值使用。經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后,利用手機(jī)采集照片的坐標(biāo)和利用徠卡TSC3 GPS接收機(jī)采集的坐標(biāo)之間較差如表1所示:

移動設(shè)備采集照片較差表(單位/ m) 表2

用手機(jī)采集的管線井蓋圖像位置和用GPS觀測測得的井蓋位置如圖1所示(圖中紅色為用手機(jī)拍攝的管點(diǎn)井蓋圖像位置,藍(lán)色為用徠卡TSC3 GPS接收機(jī)測量得到的管點(diǎn)井蓋位置):

圖1　管點(diǎn)井蓋分布圖

3.3照片和照片信息自動入庫

將照片轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)爻鞘凶鴺?biāo)系下的XY坐標(biāo)自動導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫,相應(yīng)照片也被復(fù)制到指定位置。

3.4標(biāo)簽自動標(biāo)注

單擊“自動標(biāo)注”按鈕,系統(tǒng)會根據(jù)每個位置的照片數(shù)量進(jìn)行標(biāo)注。如圖2所示:

圖2　圖片自動標(biāo)注界面

3.5圖片瀏覽和位置微調(diào)

單擊“瀏覽圖片”按鈕后,單擊圖上相應(yīng)標(biāo)簽,圖像就會顯示出來,如圖3所示。

單擊“位置微調(diào)”,通過拖動標(biāo)簽改變標(biāo)簽在圖上的位置,相應(yīng)圖片的坐標(biāo)會在數(shù)據(jù)庫中自動更新為拖動后標(biāo)簽的AnchorPoint的坐標(biāo)。

4　結(jié)論與展望

利用常見移動設(shè)備采集測繪對象圖像信息,可以讓作業(yè)過程更加直觀。通過利用C#語言基于AE開發(fā)的圖像自動定位顯示系統(tǒng)將圖像采集點(diǎn)展繪于圖上,可以大大提高內(nèi)業(yè)作業(yè)效率,提高內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)正確率。本文提出的方法充分利用現(xiàn)有條件,提高作業(yè)效率,不失為一種高效的作業(yè)方式。當(dāng)然,該系統(tǒng)還有待進(jìn)一步完善,下一步將考慮如何提高照片采集的精度以及如何將照片按照照片采集的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以更準(zhǔn)確地還原觀測場景等,從而使系統(tǒng)更加完善。

參考文獻(xiàn)

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[5] 李崇貴.ArcGIS Engine組件式開發(fā)及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2012.

Image Automatic Locating and Display System Based on AE

Liu Xiaohui,Li Zhigang,Dong Shaohuan
(Qingdao Geotechnical Investigation and Survey Institute,Qingdao 266032,China)

Abstract:This paper mainly studies the using of the Exif information of pictures taken by mobile devices,and how to use ArcEngine secondly development tools to achieve image automatic annotation and display.Firstly,we should load the taken pictures to the system,the system will extract the location information based on the information embedded in the photo。After that,the location information will be transformed to the demanding coordinate system,and the system will load the pictures and transformed location information to the system.Lastly,the number of photos in different location will be shown in the map using the format of label,and the photos could didplay in the map by clicking the label.The results of experiments show the system could label the pictures in the map according to their location automatically,and the pictures could display according to the demand of users.

Key words:AE;C#;Exif

文章編號:1672-8262(2015)01-66-04中圖分類號:P208.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

收稿日期:?2014—11—28

作者簡介:劉曉輝(1987—),男,碩士,助理工程師,主要從事地理信息系統(tǒng)開發(fā)工作。

基金項(xiàng)目:青島市建設(shè)事業(yè)科技發(fā)展基金(JK2014-31)