|
О ФОРМАТЕ АСТРОНОМИЧЕСКИХ
ДАННЫХ
FITS-формат
Горюнова О. С.
Определение
Основной формат FITS,
служащий для передачи цифровых массивов данных, впервые был описан
в 1979 г. и используется сейчас очень широко различными астрономическими
институтами. Этот формат представляет собой простой и мощный механизм
недвусмысленной передачи двоичных данных и неограниченного числа
параметров, относящихся к изображению.
Введение
С появлением Вестернборкского синтезирующего радиотелескопа (WSRT)
и Очень Большого Ряда (VLA) в радиоастрономии, со всевозрастающим
возрастанием цифровой техники в оптической астрономии, с использованием
искусственных спутников Земли для астрономических наблюдений в астрономических
наблюдений в широком диапазоне частот значительно возросло количество
больших астрономических изображений, представленных в цифровом виде.
Чтобы сравнивать изображения, полученные на разных обсерваториях,
или чтобы иметь возможность продолжать обработку изображений, астрономам
часто приходится отправлять данные наблюдений домой или в другие
институты. По сложившейся традиции, каждый институт отсылает свои
данные, записанные на магнитной ленте в своем внутреннем формате.
Т.о. N "кооперирующих" институтов должны создать N(N-1)
программ перекодировки. А если один из институтов изменит свой внутренний
формат, то (N-1) институтов должны будут изменить соответствующие
программы перекодировки. Поэтому такая система взаимообмена очень
неэффективна. Было бы очень хорошо, если бы астрономические связи
были согласованы, а не являли собой уникальные форматы взаимообмена.
В таком случае каждый институт должен будет составить только две
программы перекодировки, и каждый будет нести ответственность за
модернизацию своего внутреннего формата.
Чтобы иметь широкое применение, обменный формат должен отвечать
некоторым требованиям:
1) формат должен быть эффективным. Институты, которые имеют большое
количество данных, например VLA , смогут применять формат только
тогда, когда он будет позволять им передавать их данные на реальном
количестве магнитной ленты по сносной цене;
2) формат должен быть целенаправленным. Многие астрономы не имеют
доступа к квалифицированным программам и к тщательно разработанным
современным вычислительным возможностям;
3) формат должен быть недвусмысленным. Количество правил и соглашений
должно быть сведено к минимуму, чтобы не возникало вопросов, как
осуществлять запись и расшифровку ленты;
4) формат должен быть гибким и мощным. Он должен передавать большое
количество астрономических данных, а также всю информацию, с помощью
которой описывают и документируют данные. Кроме того, в нем должно
оставаться место для дальнейшего научного развития;
5) наконец, формат должен быть легко интерпретируем. Он должен легко
интерпретироваться как человеком, так и компьютером. Это позволит
легко вносить изменения в существующие программы по мере необходимости.
FITS-формат предложен для облегчения передачи данных.
Формат FITS
FITS представляет собой
основной формат, служащий для передачи цифровых изображений. Под
"изображением" мы понимаем набор данных, расположенных
на одной или более координатных осях, и имеющих общие параметры
(такие, как наименование объекта, наблюдатель и т.д.). Каждое изображение
записывается как один файл на магнитной ленте; используется физическая
запись длиной 2880 восьмибитовых байт. Каждый файл начинается с
одной или более головных записей, за которыми следуют нули или записи
данных. Головная запись содержит информацию в форме 36-ти 80-ти
байтовых A S C I I-карт на запись. Эти карты имеют такой формат:
Ключевое слово = значение (комментарий)
Существует короткий список ключевых слов, которые обязательно надо
использовать, чтобы корректно закодировать идущие за ними двоичные
файлы.
Минимальная
головная запись FITS
КОЛОНКИ 11111111112222222222333333333344444444445555555
НОМЕР 12345678901234567890123456789012345678901234567
КАРТА 1 SIMPLE = T /комментарий
КАРТА 2 BITPIX = 16/комментарий
КАРТА 3 NAXIS = 2/комментарий
КАРТА 4 NAXIS 1 = 190/комментарий
КАРТА 5 NAXIS 2 = 244/комментарий
КАРТА 6 END
Эти параметры говорят
о том, сколько бит отводится на один элемент, сколько имеем координатных
осей, каково количество точек на каждой оси в случае равномерно
расположенного n-мерного массива. Добавим, что существует ограниченный,
но достаточно полный список необязательных ключевых слов, которые
могут использоваться для указания размерностей величин, наименований
объекта, типа координатных осей, для документирования и т.д.
Запись данных начинается сразу после головной записи (записей).
Они упаковываются в записи фиксированной длины с максимальной эффективностью.
Для записи одного элемента допускается три стандартных формата:8-ми
битовые двоичные целые без знака, 16-ти и 32-х битовые двоичные
целые в дополнительном коде со знаком.
Пример: можно изображение равномерно разместить на 3-х координатных
осях и нерегулярно на других 5-ти осях. Двоичные "параметрические"
данные имеют свои значения на нерегулярных осях, а "подмассивы"
содержат значения двоичных элементов на размерных осях. Такая форма
двоичных данных проста и может быть использована для сложных изображений.
В "базисном" FITS изображение должно быть регулярно расположено
на всех координатных осях. В таком случае не существует координат
"параметры", а существует только "группа" или
"подмассив", который содержит все изображение.
Достоинства
формата FITS:
1) FITS - недвусмысленный.
Каждая головная запись должна содержать минимальное
количество параметров, необходимых для описания двоичных данных
в файле, и
представления их в виде массива. Программа декодировки записи не
должна
воспринимать другие координаты или информацию, которые могут встречаться
в
головной записи.
2) FITS - мощный и гибкий механизм передачи данных. Может быть записано
изображение, занимающее 999 координатных осей в стандартной или
нестандартной системе координат. Головная запись может содержать
неограниченное количество дополнительных, описательных или документирующих
параметров, например, наименование объекта. Почти все параметры
необязательны, и используются только тогда, когда они представляют
интерес.
3) FITS легко интерпретируется. Головная информация представляется
в ASCII коде.
Поэтому она может быть записана и прочитана непосредственно с помощью
программ. Головные записи легко интерпретируются, особенно если
они снабжены комментариями.
FITS принят как международный астрономический стандарт, и, по крайней
мере частично, используется Национальной радиоастрономической обсерваторией
(для данных VLA), Нидерландским отделением радиоастрономии (для
данных WSRT), и Китт-Пикской национальной обсерваторией.
2004/07/12
|
