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¿Qué es el formato FITS?

Sistema de Transporte de Imagen Flexible

El formato del Sistema de Transporte de Imágenes Flexible (FITS) es un estándar abierto que define un formato de archivo digital útil para el almacenamiento, la transmisión y el procesamiento de imágenes científicas y de otro tipo. FITS es el formato de archivo digital más utilizado en astronomía. A diferencia de muchos formatos de imagen diseñados para tipos específicos de imágenes o dispositivos, FITS está diseñado para ser flexible, lo que le permite almacenar muchos tipos de datos científicos, incluidas imágenes, espectros y tablas, en un solo archivo. Esta versatilidad hace que FITS no sea solo un formato de imagen, sino una herramienta robusta de almacenamiento de datos científicos.

Desarrollado originalmente a fines de la década de 1970 por astrónomos e informáticos que necesitaban un formato de datos estandarizado para el intercambio y almacenamiento de datos, FITS fue diseñado para ser autodocumentado, independiente de la máquina y fácilmente extensible para adaptarse a necesidades futuras. Estos principios fundamentales han permitido que FITS se adapte a décadas de avances tecnológicos y, al mismo tiempo, siga siendo compatible con versiones anteriores, lo que garantiza que los datos almacenados en formato FITS hace décadas aún se puedan acceder y comprender hoy.

Un archivo FITS se compone de una o más "Unidades de Datos de Encabezado" (HDU), donde cada HDU consta de un encabezado y una sección de datos. El encabezado contiene una serie de líneas de texto ASCII legibles por humanos, cada una de las cuales describe un aspecto de los datos en la siguiente sección, como su formato, tamaño y otra información contextual. Esta función de autodocumentación es una ventaja significativa del formato FITS, ya que incrusta el contexto de los datos directamente junto con los datos mismos, lo que hace que los archivos FITS sean más comprensibles y utilizables.

La sección de datos de una HDU puede contener una variedad de tipos de datos, incluidas matrices (como imágenes), tablas e incluso estructuras más complejas. FITS admite múltiples tipos de datos, como números enteros y de punto flotante, con diferentes niveles de precisión. Esto permite el almacenamiento de datos observacionales sin procesar con alta profundidad de bits, crucial para el análisis científico y la preservación de la integridad de los datos a través de los pasos de procesamiento y análisis.

Una de las características clave de FITS es su soporte para matrices N-dimensionales. Si bien las matrices bidimensionales (2D) se utilizan a menudo para datos de imágenes, FITS puede acomodar matrices de cualquier dimensionalidad, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de datos científicos más allá de las imágenes simples. Por ejemplo, un archivo FITS tridimensional (3D) podría almacenar un conjunto de imágenes 2D relacionadas como planos diferentes en la tercera dimensión, o podría almacenar datos volumétricos directamente.

FITS también se destaca por su capacidad para almacenar metadatos extensamente. El encabezado de cada HDU puede contener "palabras clave" que brindan descripciones detalladas de los datos, incluida la hora y fecha de observación, las especificaciones del instrumento de observación, el historial de procesamiento de datos y mucho más. Esta amplia capacidad de metadatos hace que los archivos FITS no sean solo contenedores de datos, sino registros completos de las observaciones científicas y los procesos que los generaron.

El estándar FITS incluye convenciones y extensiones específicas para diferentes tipos de datos. Por ejemplo, la extensión "Tabla binaria" permite el almacenamiento eficiente de datos de tabla dentro de un archivo FITS, incluidas filas de tipos de datos heterogéneos. Otra extensión importante es el "Sistema de coordenadas mundial" (WCS), que proporciona una forma estandarizada de definir coordenadas espaciales (y a veces temporales) relacionadas con los datos astronómicos. Las palabras clave WCS en el encabezado FITS permiten un mapeo preciso de píxeles de imagen a coordenadas celestes, crucial para la investigación astronómica.

Para garantizar la interoperabilidad y la integridad de los datos, el estándar FITS se rige por una definición formal y se actualiza continuamente por el Grupo de Trabajo FITS, que consta de expertos internacionales en astronomía, computación y ciencia de datos. El estándar está supervisado por la Unión Astronómica Internacional (IAU), lo que garantiza que FITS siga siendo un estándar global para datos astronómicos.

Si bien FITS está diseñado para ser autodocumentado y extensible, no está exento de complejidades. La estructura flexible de los archivos FITS significa que el software que lee o escribe datos FITS debe ser capaz de manejar una amplia variedad de formatos y tipos de datos. Además, la gran cantidad de metadatos posibles y las intrincadas convenciones para su uso pueden crear una curva de aprendizaje pronunciada para quienes recién comienzan a trabajar con archivos FITS.

A pesar de estos desafíos, la amplia adopción del formato FITS y la disponibilidad de numerosas bibliotecas y herramientas en diferentes lenguajes de programación han hecho que trabajar con datos FITS sea accesible para una amplia audiencia. Bibliotecas como CFITSIO (en C) y Astropy (en Python) brindan funcionalidades integrales para leer, escribir y manipular archivos FITS, lo que facilita aún más el uso del formato en computación científica e investigación.

El uso generalizado de FITS y las amplias bibliotecas y herramientas disponibles han fomentado una comunidad vibrante de usuarios y desarrolladores, contribuyendo a mejoras y actualizaciones continuas del estándar FITS y el software asociado. Este desarrollo impulsado por la comunidad garantiza que FITS siga siendo relevante y capaz de satisfacer las necesidades cambiantes de la investigación científica.

Uno de los usos más innovadores del formato FITS en los últimos años ha sido en el campo de la computación de alto rendimiento (HPC) y el análisis de big data dentro de la astronomía. A medida que los telescopios y los sensores se han vuelto más capaces, el volumen de datos astronómicos se ha disparado. FITS se ha adaptado a estos cambios, con nuevas herramientas y bibliotecas desarrolladas para manejar los mayores volúmenes de datos de manera eficiente, lo que lo convierte en un componente clave en las canalizaciones de procesamiento de datos de las principales encuestas astronómicas.

La capacidad del formato FITS para almacenar y organizar datos complejos y multidimensionales con metadatos extensos también ha hecho que encuentre aplicaciones más allá de la astronomía. Campos como la imagenología médica, las geociencias e incluso la preservación digital han adoptado FITS para diversas necesidades de almacenamiento de datos, beneficiándose de su robustez, flexibilidad y naturaleza autodocumentada. Esta amplia aplicabilidad demuestra la solidez de los principios fundamentales del formato.

De cara al futuro, es probable que la evolución continua del formato FITS esté influenciada por las necesidades de las disciplinas científicas emergentes y la explosión en curso de datos digitales. Las mejoras en áreas como la compresión de datos, el soporte mejorado para estructuras de datos complejas e incluso capacidades de metadatos más avanzadas podrían ampliar aún más la utilidad de FITS. La naturaleza abierta y extensible del estándar FITS, combinada con su sólida gobernanza y comunidad vibrante, lo posiciona bien para enfrentar estos desafíos futuros.

En conclusión, el formato del Sistema de Transporte de Imágenes Flexible (FITS) representa una piedra angular del almacenamiento de datos científicos, particularmente en astronomía. Diseñado con los principios de flexibilidad, autodocumentación y extensibilidad en su núcleo, FITS se ha adaptado con éxito a más de cuatro décadas de avances en computación y ciencia de datos. Su capacidad para almacenar diversos tipos de datos, desde imágenes simples hasta conjuntos de datos complejos y multidimensionales con metadatos extensos, hace de FITS una herramienta excepcionalmente poderosa para la comunidad científica. A medida que la tecnología continúa evolucionando, el formato FITS, respaldado por una comunidad global de usuarios y desarrolladores, está bien preparado para seguir siendo un activo crítico para la investigación y la gestión de datos en astronomía y más allá.

Formatos de archivo compatibles

AAI.aai

Imagen Dune AAI

AI.ai

Adobe Illustrator CS2

AVIF.avif

Formato de archivo de imagen AV1

AVS.avs

Imagen X AVS

BAYER.bayer

Imagen Bayer en bruto

BMP.bmp

Imagen bitmap de Microsoft Windows

CIN.cin

Archivo de imagen Cineon

CLIP.clip

Máscara de clip de imagen

CMYK.cmyk

Muestras de cian, magenta, amarillo y negro en bruto

CMYKA.cmyka

Muestras de cian, magenta, amarillo, negro y alfa en bruto

CUR.cur

Icono de Microsoft

DCX.dcx

ZSoft IBM PC Paintbrush multipágina

DDS.dds

Superficie DirectDraw de Microsoft

DPX.dpx

Imagen SMTPE 268M-2003 (DPX 2.0)

DXT1.dxt1

Superficie DirectDraw de Microsoft

EPDF.epdf

Formato de documento portátil encapsulado

EPI.epi

Formato de intercambio PostScript encapsulado de Adobe

EPS.eps

PostScript encapsulado de Adobe

EPSF.epsf

PostScript encapsulado de Adobe

EPSI.epsi

Formato de intercambio PostScript encapsulado de Adobe

EPT.ept

PostScript encapsulado con vista previa TIFF

EPT2.ept2

PostScript encapsulado Nivel II con vista previa TIFF

EXR.exr

Imagen de alto rango dinámico (HDR)

FARBFELD.ff

Farbfeld

FF.ff

Farbfeld

FITS.fits

Sistema de Transporte de Imagen Flexible

GIF.gif

Formato de intercambio de gráficos CompuServe

GIF87.gif87

Formato de intercambio de gráficos CompuServe (versión 87a)

GROUP4.group4

CCITT Grupo 4 en bruto

HDR.hdr

Imagen de alto rango dinámico

HRZ.hrz

Televisión de barrido lento

ICO.ico

Icono de Microsoft

ICON.icon

Icono de Microsoft

IPL.ipl

Imagen de ubicación IP2

J2C.j2c

Flujo JPEG-2000

J2K.j2k

Flujo JPEG-2000

JNG.jng

Gráficos JPEG Network

JP2.jp2

Sintaxis de formato de archivo JPEG-2000

JPC.jpc

Flujo JPEG-2000

JPE.jpe

Formato JFIF del Grupo Conjunto de Expertos en Fotografía

JPEG.jpeg

Formato JFIF del Grupo Conjunto de Expertos en Fotografía

JPG.jpg

Formato JFIF del Grupo Conjunto de Expertos en Fotografía

JPM.jpm

Sintaxis de formato de archivo JPEG-2000

JPS.jps

Formato JPS del Grupo Conjunto de Expertos en Fotografía

JPT.jpt

Sintaxis de formato de archivo JPEG-2000

JXL.jxl

Imagen JPEG XL

MAP.map

Base de datos de imágenes sin costuras multiresolución (MrSID)

MAT.mat

Formato de imagen MATLAB nivel 5

PAL.pal

Mapa de pixeles Palm

PALM.palm

Mapa de pixeles Palm

PAM.pam

Formato común de mapa de bits 2-dimensional

PBM.pbm

Formato de mapa de bits portable (blanco y negro)

PCD.pcd

Photo CD

PCDS.pcds

Photo CD

PCT.pct

Apple Macintosh QuickDraw/PICT

PCX.pcx

ZSoft IBM PC Paintbrush

PDB.pdb

Formato Palm Database ImageViewer

PDF.pdf

Formato de Documento Portátil

PDFA.pdfa

Formato de Archivo de Documento Portátil

PFM.pfm

Formato flotante portable

PGM.pgm

Formato de mapa de grises portable (escala de grises)

PGX.pgx

Formato sin comprimir JPEG 2000

PICON.picon

Icono personal

PICT.pict

Apple Macintosh QuickDraw/PICT

PJPEG.pjpeg

Formato JFIF del Grupo Conjunto de Expertos en Fotografía

PNG.png

Gráficos de red portátiles

PNG00.png00

PNG que hereda profundidad de bits, tipo de color de la imagen original

PNG24.png24

RGB opaco o transparente binario de 24 bits (zlib 1.2.11)

PNG32.png32

RGBA opaco o transparente binario de 32 bits

PNG48.png48

RGB opaco o transparente binario de 48 bits

PNG64.png64

RGBA opaco o transparente binario de 64 bits

PNG8.png8

Índice opaco o transparente binario de 8 bits

PNM.pnm

Anymap portable

PPM.ppm

Formato de mapa de bits portable (color)

PS.ps

Archivo PostScript de Adobe

PSB.psb

Formato de documento grande de Adobe

PSD.psd

Mapa de bits Photoshop de Adobe

RGB.rgb

Muestras de rojo, verde y azul en bruto

RGBA.rgba

Muestras de rojo, verde, azul y alfa en bruto

RGBO.rgbo

Muestras de rojo, verde, azul y opacidad en bruto

SIX.six

Formato de gráficos DEC SIXEL

SUN.sun

Formato Rasterfile de Sun

SVG.svg

Gráficos vectoriales escalables

SVGZ.svgz

Gráficos vectoriales escalables comprimidos

TIFF.tiff

Formato de archivo de imagen etiquetado

VDA.vda

Imagen Truevision Targa

VIPS.vips

Imagen VIPS

WBMP.wbmp

Imagen inalámbrica Bitmap (nivel 0)

WEBP.webp

Formato de imagen WebP

YUV.yuv

CCIR 601 4:1:1 o 4:2:2

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