Введение

Формат файла Flexible Image Transport System (FITS) — это открытый стандарт, определяющий цифровой формат файла, полезный для хранения, передачи и обработки данных, представленных в виде многомерных массивов (например, двухмерного изображения) или таблиц. FITS является наиболее распространенным цифровым форматом файла в астрономии. Стандарт FITS был разработан специально для астрономических данных и включает в себя возможности описания фотометрической и пространственной калибровки, а также метаданные об источнике изображения. Формат FITS был впервые стандартизирован в 1981 году, с тех пор он постепенно развивался, и последняя версия (4.0) была стандартизирована в 2016 году. FITS был разработан с учетом долгосрочного архивного хранения, и принцип "один раз FITS – всегда FITS" отражает требование, что любые изменения формата должны обеспечивать обратную совместимость. Метаданные изображения хранятся в удобочитаемом ASCII-заголовке. Информация в этом заголовке предназначена для вычисления смещения байтов для доступа к данным, обеспечивая прямой доступ к ячейкам данных. Каждый файл FITS состоит из одного или нескольких заголовков, содержащих ASCII-карты (строки фиксированной длины 80 символов), содержащие пары «ключевое слово/значение», чередующиеся с блоками данных. Пары «ключевое слово/значение» предоставляют информацию, такую как размер, происхождение, координаты, формат двоичных данных, произвольные комментарии, историю данных и любую другую информацию, которую желает указать создатель. Хотя многие ключевые слова зарезервированы для использования в FITS, стандарт допускает произвольное использование остального пространства имен. FITS также часто используется для хранения неизобразительных данных, таких как спектры, списки фотонов, трехмерные кубы данных или структурированные данные, например многотабличные базы данных. Файл FITS может содержать несколько расширений, каждое из которых может содержать объект данных. Например, можно хранить рентгеновские и инфракрасные изображения в одном файле.

Состав

Самый ранний и до сих пор наиболее часто используемый тип данных FITS – это блок заголовка и данных изображения. Термин «изображение» используется несколько свободно, поскольку формат поддерживает массивы данных произвольной размерности. Обычно данные изображения имеют размерность 2D или 3D, где третье измерение может представлять, например, время или цветовую плоскость. Сами данные могут быть представлены в одном из нескольких форматов целых чисел и чисел с плавающей точкой, указанных в заголовке. Заголовки изображений FITS могут содержать информацию об одной или нескольких научных системах координат, наложенных на само изображение. Изображения содержат неявную декартову систему координат, описывающую положение каждого пикселя, но для научных целей обычно требуется работа в «мировых» координатах, например, в небесной системе координат. По мере обобщения FITS от его первоначальной формы, спецификации мировой системы координат (WCS) становились все более сложными: в ранних изображениях FITS использовался простой масштабный коэффициент для представления размера пикселей, но в последних версиях стандарта допускается использование нескольких нелинейных систем координат, представляющих произвольные искажения изображения. Стандарт WCS включает множество различных сферических проекций, в том числе, например, сферическую проекцию HEALPix, широко используемую при наблюдении космического микроволнового фонового излучения. FITS также поддерживает табличные данные с именованными столбцами и многомерными строками. Определены как бинарный, так и ASCII форматы таблиц. Данные в каждом столбце таблицы могут быть в формате, отличном от других. В сочетании с возможностью объединения нескольких блоков заголовков/данных, это позволяет файлам FITS представлять целые реляционные базы данных.

Усыновление

Поддержка FITS доступна во многих языках программирования, используемых в научных исследованиях, включая C, C++, C#, Fortran, LabVIEW, Mathematica, MATLAB, Perl, Perl Data Language (PDL), Python, R и Tcl. Офис поддержки FITS в NASA/GSFC ведет список библиотек и платформ, которые в настоящее время поддерживают FITS. Программы для обработки изображений, такие как ImageJ, GIMP, Photoshop, Chasys Draw IES, XnView и IrfanView, как правило, могут читать простые изображения FITS, но часто не способны интерпретировать более сложные таблицы и базы данных. Научные группы часто разрабатывают собственный код для работы со своими данными FITS, используя инструменты, доступные в выбранном ими языке программирования. Программное обеспечение FITS Liberator используется специалистами по обработке изображений в Европейском космическом агентстве, Европейской южной обсерватории и NASA. Приложение SAOImage DS9 для визуализации астрономических данных доступно для многих операционных систем и позволяет обрабатывать изображения и заголовки. Многие научные вычислительные среды используют данные системы координат из заголовка FITS для отображения, сравнения, коррекции или других манипуляций с изображениями FITS. Примеры включают библиотеку преобразования координат, входящую в состав PDL, библиотеку PLOT MAP в пакете программного обеспечения Solarsoft, связанном с солнечной физикой, библиотеку Starlink Project AST на языке C и пакет PyFITS для Python, который теперь объединен в библиотеку Astropy.

Текущий статус

Стандарт FITS версии 4.0 был официально одобрен рабочей группой IAU FITS в июле 2016 года. + История выпусков FITS версия Уровень поддержки Дата выпуска Примечания 4.0 Текущий стандарт Июль 2016 Окончательная, отредактированная версия официально утверждена 13 августа 2018 г. 3.0 Устаревший стандарт; всё ещё поддерживается Июль 2008 2.1b Устаревший стандарт; всё ещё поддерживается Декабрь 2005 Добавлена поддержка 64-битных целочисленных первичных массивов и расширений изображений NOST 100 2.0 Устаревший стандарт; всё ещё поддерживается Март 1999 NOST 100 1.0 Устаревший стандарт; всё ещё поддерживается Июнь 1993