Почему мы используем формат FITS для научных изображений, особенно в астрономии? Чем он отличается от таких форматов, как JPEG, PNG и т. д.?

Форматы файлов, как правило, зависят от отрасли/области, при этом формат, инструменты и ожидания отрасли со временем становятся все более зависимыми друг от друга. JPEG развивался одновременно с любительской цифровой фотографией, PNG развивался совместно с Интернетом. Точно так же FITS развивался одновременно с обработкой астрономических данных и поэтому, естественно, больше подходит для этой цели, чем форматы, у которых были совершенно другие цели и сообщества, участвующие в их разработке.

(Педантичная ниточка: JPEG — это название метода сжатия и группы, которая его разработала. Технически формат файла — «JFIF», но все в просторечии называют его JPEG.)

Как формат изображения, FITS обладает рядом желательных качеств, отсутствующих в JFIF и PNG, которые имеют решающее значение для научных данных:

• Хранение большего количества битов на пиксель (ПЗС-матрицы могут записывать 12, 14 или более битов), а также значений с плавающей запятой.
• Хранение произвольного количества каналов данных (научные данные могут иметь много или другие полосы частот, чем RGB, которыми ограничены JPEG и PNG).
• Нет сжатия с потерями, что является типичным (хотя и не обязательным) для JPEG.
• Более высокое разрешение (например, JPEG/JFIF ограничено 65 535 пикселями в каждом направлении) и FITS также способны хранить объемы 3D-данных.
• Поддержка неограниченного количества метаданных в шапке, например координаты неба, информация о телескопе и т.д. JPEG и PNG не имеют полей и не настроены на запись произвольных метаданных.

Кроме того, использование FITS для астрономии предшествовало существованию как JPEG/JFIF, так и PNG — FITS был стандартизирован в 1981 г., JPEG — в 1992 г., PNG — в 1996 г. к тому времени, когда они были изобретены, уже широко использовались и существовали инструменты обработки астрономических изображений, ориентированные на файлы FITS (и растущие архивы астрономических данных в формате FITS), поэтому для переключения форматов потребовалось бы серьезное усилие, которое никогда не было бы предпринято. если только новый формат не только соответствовал, но и превосходил все предыдущие требования в этой области.

FITS имеет много приятных функций, которых нет в таких форматах, как PNG, таких как астрономические координаты (какому месту на небе соответствует изображение?) и хранение нескольких экспозиций. Большинство традиционных форматов изображений также не такие гибкие. Например, FITS поддерживает хранение данных с плавающей запятой, где пиксели изображения могут иметь точные значения, такие как 1,2324241, тогда как PNG имеет 256 возможных значений в каждом из четырех каналов (rgba).