Il formato FITS
- Cosa significa FITS
Flexible Image
Transport System, ossia Sistema Flessibile di Trasporto Immagini.
- Che cos’è
E’ il formato
standard per la memorizzazione di immagini e dati in Astronomia e Astrofisica
Spaziale.
- Chi lo ha creato
La NASA,
l’Ente Aerospaziale Americano
- Quando, come e perché è nato
All’inizio
degli anni 70 il numero di missioni spaziali della NASA era in continuo
aumento, ma quasi ogni missione aveva un proprio formato per l’archiviazione
dei dati e delle immagini raccolte. Per eliminare questo inconveniente la NASA
studiò a lungo il problema e alla fine sviluppò le specifiche di quello che
sarebbe diventato il formato FITS, che fu reso pubblico agli inizi del 1979.
- E’ gratuito?
Si. Per usare
questo formato non bisogna pagare niente a nessuno e non c’è bisogno di licenza
d’uso.
- Che cosa permette di fare
Il FITS
permette di memorizzare dati e immagini senza perdita di “qualità”. Le
informazioni non vengono compresse, non vengono criptate, non vengono elaborate
o ottimizzate in nessun modo. Quello che si vuole memorizzare viene trasferito
così com’è sul supporto di memorizzazione, secondo le specifiche del formato.
- Il FITS ha avuto successo?
Si, attualmente
gran parte delle missioni spaziali, le immagini prese dai telescopi sulla terra
e moltissimi progetti astronomici usano questo formato per l’archiviazione dei
dati. La NASA e l’IAU (International Astronomical Union) raccomandano
fortemente di usare il formato FITS per memorizzare i dati raccolti nei vari
progetti astronomici, astrofisici e spaziali.
- Chi si occupa del FITS?
All’inizio ci
pensava la NASA. Poi nel 1988 lo IAU ha costituito lo IAU FITS Working Group,
una struttura tuttora esistente che si occupa di gestire questo formato e di
renderlo sempre compatibile con le esigenze della scienza moderna. Sono stati
inoltre creati i seguenti comitati regionali:
- The European FITS Committee
- The Japanese FITS Committee
- The American Astronomical
Society FITS Committee.
- The Astralian/New
Zealand/Pacific FITS Committee
- Il formato FITS evolve?
Si. Nel luglio
2008 lo IAU FITS Working Group ha ufficialmente approvato la nuova versione 3.0
delle specifiche del formato. Rispetto alle specifiche originali nel corso
degli anni sono state aggiunte nuove funzionalità per rispondere alle moderne
necessità scientifiche.
- Posso leggere i dati FITS di venti o
trenta anni fa?
Si. La regola
aurea di questo formato, finora mai violata, è “once FITS, always FITS”. Una
volta che i dati sono stati scritti in questo formato devono essere sempre
leggibili negli anni successivi a dispetto di aggiunte al formato. Rispetto
alla versione originaria nel corso degli anni sono state aggiunte nuove
possibilità, nuove funzionalità, ma sempre mantenendo una totale compatibilità
con le versioni precedenti.
- Il FITS si usa anche in campi diversi
da settore spaziale?
Si. E’ uno dei
formati disponibili per la memorizzazione di immagini medicali ottenute da TAC,
risonanze magnetiche ecc.
- Ma come è fatto un file FITS?
Un file FITS è
formato da due parti distinte unite in un unico file: la prima parte è formata
da elementi di
testo, visualizzabili in ogni ambiente operativo, mentre nella seconda parte ci
sono i dati,
in formato binario. La prima parte descrive cosa c’è nella seconda parte, il
tipo
di dati, ecc.
- Che altri vantaggi si ottengono usando
questo formato?
1.
I files di dati sono in grado di descriversi da soli,
nel senso che se tra 10 o 20 anni apro un file FITS la parte di testo di questo
file mi dirà il tipo e la grandezza dei dati che ci sono nella parte binaria
(immagine, dati numerici, ecc). In questo modo qualunque sia il linguaggio di
programmazione o il sistema operativo in uso in quel momento posso leggere quei
dati.
2.
E’ prevista la possibilità di inserire una grossa
quantità (fino a centinaia di righe) di commenti e osservazioni ai dati
memorizzati. In questo modo una immagine può essere accompagnata per esempio
dalla sua “storia”, da esaurienti commenti che possono aiutare a capire meglio
cosa rappresenta e da qualsiasi osservazione possa essere utile in futuro.
3.
Questo formato prevede di inserire delle parole chiave
per facilitare la ricerca. E’ comunque possibile, sfruttando la possibilità di
inserire i commenti di cui sopra, di creare un proprio sistema di
indicizzazione e ricerca, anche molto complesso.
4.
Quando si hanno milioni di files la velocità di ricerca
è fondamentale. Se i files archiviati sono di tipo FITS la procedura di ricerca
di un file prevede la lettura da parte del programma di ricerca della sola
parte di testo del file (infinitamente più piccola dell’immagine) con
conseguente lettura delle parole chiave inserite.
Esempio di un file FITS
Caratteristiche fisiche
immagini FITS
·
Gruppo di chiavi obbligatorie del fits:
·
·
SIMPLE = T
/ E' proprio un FITS
·
BITPIX
= -32 / Dati sono Real * 4
·
NAXIS
= 2 / Immagine 2 dimensioni
·
NAXIS1 =
512 / X e' di 512 pixel
·
NAXIS2 =
512 / Y e' di 512 pixel
·
END
/ Fine dell'Header FITS
·
·
Queste sono le chiavi obbligatorie per la memorizzazione di una immagine in
un file fits,
Quanto sopra riportato è la prima
parte di una immagine memorizzata in formato FITS. Se dovessi leggerla so che dopo
c’è una matrice di 512x512 elementi dove ogni elemento è un numero reale a 32
bit, e questo la rende perfettamente leggibile usando, in mancanza di una
applicazione dedicata, un qualunque linguaggio di programmazione in qualunque
ambiente operativo (Windows, Unix, MAC)
Vediamo un file più “complicato”.
Quanto segue è la prima parte di
un file FITS di dati astronomici. Ci
sono molti altri campi, come la data dell’osservazione, coordinate
astronomiche, ecc. che NON sono obbligatori ma ci aiutano ad identificare i
dati memorizzati.
In questo caso si vede a partire
dalla seconda riga che i numeri sono a 16 bit e che i dati consistono in una
matrice a 4 dimensioni. Seguono dati sul telescopio e sullo strumento che ha
fatto l’osservazione, la data dell’osservazione stessa ed altre informazioni
tecniche.
Le righe che iniziano con HISTORY
sono i commenti all’immagine. Come si può vedere c’è la possibilità di inserire
una vera e propria definizione completa dell’immagine stessa con commenti e
successivi interventi.
Esempio di un file FITS
SIMPLE
= T /
BITPIX = 16 /
NAXIS = 4 /
NAXIS1 = 1024 /
NAXIS2 = 1034 /
NAXIS3 = 3 /
NAXIS4 = 1 /
EXTEND = T /Tables following main
image
BLOCKED = T /Tape may be blocked
OBJECT = 'C0000P40'
TELESCOP= 'VLA '
INSTRUME= 'L-BAND '
OBSERVER= 'NVSS GRP'
DATE-OBS= '15/12/93'
DATE-MAP= '03/04/98'
BSCALE
= 9.99999974738E-05 /REAL =
TAPE * BSCALE + BZERO
BZERO
= 0.00000000000E+00 /
BUNIT = 'JY/BEAM '
EPOCH =
2.000000000E+03 /EPOCH OF RA DEC
ALTRPIX =
1.000000000E+00 /ALTENATE FREQ/VEL REF PIXEL
OBSDEC =
4.00000000000E+01 /ANTENNA POINTING DEC
YSHIFT =
-7.105427358E-15 /NET SHIFT OF PHASE CENTER INY
DATAMAX =
1.246536493E+00 /MAX PIXEL VALUE
DATAMIN =
-1.483317930E-02 /MIN PIXEL VALUE
CTYPE1
= 'RA---SIN'
CRVAL1
= 0.00000000000E+00 /
CDELT1
= -4.166666884E-03 /
CRPIX1
= 5.120000000E+02 /
CROTA1
= 0.000000000E+00 /
CTYPE2
= 'DEC--SIN'
CRVAL2
= 4.00000000000E+01 /
CDELT2
= 4.166666884E-03 /
CRPIX2
= 5.130000000E+02 /
CROTA2
= 0.000000000E+00 /
CTYPE3
= 'STOKES '
CRVAL3
= 1.00000000000E+00 /
CDELT3
= 1.000000000E+00 /
CRPIX3
= 1.000000000E+00 /
CROTA3
= 0.000000000E+00 /
CTYPE4
= 'FREQ '
CRVAL4
= 1.40000000000E+09 /
CDELT4
= 1.000000000E+08 /
CRPIX4
= 1.000000000E+00 /
CROTA4 =
0.000000000E+00 /
HISTORY
-----------------------------------------------------------------------
HISTORY NRAO VLA Sky Survey
HISTORY Copyright 1994
HISTORY Associated Universities,
Inc.
HISTORY National Radio Astronomy
Observatory
HISTORY 520 Edgemont Road
HISTORY Charlottesville, VA 22903-2475
HISTORY
HISTORY Permission is granted for publication and
reproduction of this
HISTORY material for scholarly,
educational, and private non-commerical
HISTORY use. Inquiries for potential commercial uses
should be
HISTORY addressed to:
HISTORY NRAO
HISTORY 520 Edgemont Road
HISTORY Charlottesville, VA
22903-2475
HISTORY
HISTORY
------------------------------------------------------------------------
HISTORY
HISTORY
HISTORY THE NRAO VLA SKY
SURVEY
HISTORY
HISTORY J. J. Condon, W. D. Cotton, E. W.
Greisen, and Q. F. Yin
HISTORY National Radio Astronomy Observatory,
520 Edgemont Road
HISTORY Charlottesville, VA 22903
HISTORY
HISTORY R. A Perley
HISTORY National Radio Astronomy Observatory,
P. O. Box 0
HISTORY Socorro, NM 87801
HISTORY
HISTORY J. J. Broderick
HISTORY Physics Department
HISTORY Virginia Polytechnic Institute and
State University
HISTORY Blacksburg, VA 24061
HISTORY
HISTORY
HISTORY Observations for the 1.4
GHz NRAO VLA Sky Survey (NVSS) began in 1993
HISTORY September and should
cover the sky north of -40 deg declination (82%
HISTORY of the celestial sphere)
before the end of 1996. The principal
data
HISTORY products will be:
HISTORY
HISTORY (1) A
set of 2326 continuum map "cubes," each covering 4 deg X 4 deg
HISTORY with three planes containing Stokes I, Q,
and U images. These maps
HISTORY were made with a relatively large restoring
beam (45 arcsec FWHM) to
HISTORY yield the high surfacebrightness
sensitivity needed forcompleteness
HISTORY and photometric accuracy. Their rms brightness fluctuations are
HISTORY about 0.45 mJy/beam = 0.14 K (Stokes I) and
0.29 mJy/beam = 0.09 K
HISTORY (Stokes Q and U). The rms uncertainties in right ascension
and
HISTORY declination vary from 0.3 arcsec for strong
(S > 30 mJy) point
HISTORY sources to 5 arcsec for the faintest (S =
2.5 mJy) detectable
HISTORY sources.
HISTORY
HISTORY (2) Lists of discrete sources.
HISTORY
HISTORY The NVSS is being made as
a service to the astronomical community, and
HISTORY the data products are
being released as soon as they are produced and
HISTORY verified.
HISTORY
HISTORY
------------------------------------------------------------------------
HISTORY
HISTORY
HISTORY ADDITIONAL
INFORMATION
HISTORY
HISTORY All large NVSS maps that
have been verified are available by anonymous
HISTORY FTP, as described
below. The anonymous FTP directory also
contains a
HISTORY README file pointing to
files, such as the postscript file "paper.ps",
HISTORY giving a more detailed
description of the NVSS. Careful users
will
HISTORY read these files before
using the NVSS images. If you have
any
HISTORY questions or comments
about the NVSS, please contact Jim Condon by
HISTORY email at Internet address
"jcondon@nrao.edu" or by telephone at (804)
HISTORY 296-0322.
HISTORY
HISTORY ------------------------------------------------------------------------
HISTORY
HISTORY
HISTORY ANONYMOUS FTP
DIRECTORY
HISTORY
HISTORY The large (4 deg X 4 deg)
map cubes and total intensity only images
HISTORY are stored as binary
files in FITS format (see Grosbol et al. 1988,
HISTORY Astronomy &
Astrophysics Supplements, v. 73, p. 359 for a description
HISTORY of the FITS format). Maps are stored in gzip compressed form but
an
HISTORY uncompressed form may be
requested (see below). Each map is named
by
HISTORY the J2000 right ascension
and declination of its center. Maps
HISTORY containing the full (IQU)
polarization cube have names beginning with
HISTORY a "C" and those
with total intensity only begin with an "I". For
HISTORY example, C2230P84.gz is
centered on right ascension = 22h 30m,
HISTORY declination = +84 deg;
"M" is used to denote negative declinations.
HISTORY You can copy these maps
by anonymous FTP. A typical FTP session
might
HISTORY go as follows:
HISTORY
HISTORY ftp nvss.cv.nrao.edu
HISTORY login: anonymous
HISTORY password: (type your name or email address
here)
HISTORY cd pub/nvss (to access the NVSS public
directory)
HISTORY ls
(to list the
directory contents)
HISTORY get paper.ps (to get a postscript copy of the
paper)
HISTORY binary (to copy binary files)
HISTORY cd MAPS (to go to the maps directory)
HISTORY get C2230P84.gz (to get the map cube centered on 22h
30m,
HISTORY +84 deg in
compressed form)
HISTORY get I2230P84 (to get the total intensity map
centered on
HISTORY 22h 30m, +84 deg
in uncompressed form)
HISTORY quit
HISTORY
HISTORY
HISTORY You can also access the
FTP directory via the VLA D-array NVSS Survey
HISTORY item on the NRAO WWW home
page:
HISTORY
HISTORY http://www.nrao.edu
HISTORY
HISTORY Compression: The images
are stored as standard FITS files compressed
HISTORY in GNU zip (gzip) format;
the .gz at the end of the name denoting this
HISTORY compression. If an uncompressed version is desired, omit
the ".gz" when
HISTORY requesting the file from
ftp. Gzipped file are uncompressed
using
HISTORY gunzip which is available
for most computer systems. For more
details
HISTORY see file
pub/nvss/compress.txt.
HISTORY
-----------------------------------------------------------------------
HISTORY AIPS IMNAME='C0000P40 ' IMCLASS='IQU ' IMSEQ=
1
HISTORY AIPS USERNO=
101 /
HISTORY AIPS / VDQTZ
QUANTIZE AT 1.00000E-04
HISTORY AIPS CLEAN BMAJ=
1.2500E-02 BMIN= 1.2500E-02
BPA= 0.00
HISTORY AIPS CLEAN NITER= 1 PRODUCT=1 / NORMAL
END
In allegato ci sono alcune pagine
WEB che possono aiutare a farsi un’idea della diffusione di questo formato:
1.
Pagina WEB del FITS Support Office della NASA,
uno dei siti ufficiali con definizioni, esempi, software ed altro dedicati a
questo formato.
2.
Pagina dell’archicio centrale del NRAO (National
Radio Astronomy Observatory), l’Ente Americano che gestisce una rete
internazionale di RadioTelescopi.
3.
Pagina
dell’ HEASARC (High
Energy Astrophysics Science Archive Research Center) della NASA. Nel riquadro evidenziato con bordo rosso sono elencate le più
importanti missioni spaziali da satellite negli ultimi anni. La maggior parte
di queste memorizzano i dati in formato FITS. Tra le missioni che usano questo
formato c’è anche, importantissima, la missione dell’Hubble Space Telescope, il
telescopio spaziale.
4.
Pagina dell’IAU (International
Astronomy Union), l’ente che si occupa di gestire questo formato
5.
Pagina dell’IAU-FITS Working
Group, il gruppo di lavoro dell’IAU che si occupa specificatamente del FITS
Per quanto riguarda l’uso del
formato FITS in campo medicale non sono in possesso di dati certi sulla sua
diffusione. Quello che ti posso dire è che alcune grosse compagnie, specie
americane, lo supportano e consigliano tra i formati disponibili per la
memorizzazione di immagini medicali. Per un esempio puoi andare sul sito WWW.LEADTOOLS.COM alla voce Medical
Products.
So di sicuro che sono disponibili
programmi per la conversione tra formato FITS e 3DSlicer, uno dei più diffusi
programmi con cui i dottori analizzano le immagini tridimensionali ottenute dai
moderni strumenti, immagini che sono in realtà tante “fette” colorate, spesso
appunto memorizzate in FITS, unite a formare un’immagine 3D.
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