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彈性影像傳輸系統 (FITS) 格式是一種開放標準，定義一種數位檔案格式，可用於儲存、傳輸和處理科學和其他影像。FITS 是天文學中最常用的數位檔案格式。與許多專為特定類型影像或裝置設計的影像格式不同，FITS 被設計為具有彈性，允許它在單一檔案中儲存許多類型的科學資料，包括影像、光譜和表格。這種多功能性使 FITS 不僅是一種影像格式，更是一種強大的科學資料儲存工具。

FITS 最初是由天文學家和電腦科學家在 1970 年代後期開發，他們需要一種標準化的資料格式來進行資料交換和儲存，FITS 被設計為自文件化、與機器無關，且易於擴充以滿足未來的需求。這些基本原則讓 FITS 能夠在數十年的技術進步中進行調整，同時保持向後相容性，確保數十年前儲存在 FITS 格式中的資料仍然可以在今天存取和理解。

FITS 檔案由一個或多個「標頭資料單元」(HDU) 組成，其中每個 HDU 都包含一個標頭和一個資料區段。標頭包含一系列人類可讀的 ASCII 文字行，每一行都描述下一個區段中資料的一個面向，例如其格式、大小和其他背景資訊。這種自文件化功能是 FITS 格式的一項重大優點，因為它將資料的背景直接嵌入資料本身旁邊，使 FITS 檔案更易於理解和使用。

HDU 的資料區段可以包含各種資料類型，包括陣列（例如影像）、表格，甚至更複雜的結構。FITS 支援多種資料類型，例如整數和浮點數，具有不同的精度等級。這允許儲存具有高位元深度原始觀測資料，這對於科學分析和在處理和分析步驟中保留資料的完整性至關重要。

FITS 的關鍵功能之一是它支援 N 維陣列。雖然二維 (2D) 陣列通常用於影像資料，但 FITS 可以容納任何維度的陣列，使其適用於超出簡單影像的廣泛科學資料。例如，三維 (3D) FITS 檔案可能會將一組相關的 2D 影像儲存在第三維度的不同平面中，或者它可以直接儲存體積資料。

FITS 也以其廣泛儲存元資料的能力而聞名。每個 HDU 的標頭都可以包含「關鍵字」，提供資料的詳細描述，包括觀測時間和日期、觀測儀器規格、資料處理記錄等等。這種廣泛的元資料功能使 FITS 檔案不僅是資料容器，更是產生它們的科學觀測和過程的全面記錄。

FITS 標準包含針對不同類型資料的特定慣例和擴充功能。例如，「二進位表格」擴充功能允許在 FITS 檔案中有效率地儲存表格資料，包括異質資料類型的列。另一個重要的擴充功能是「世界座標系統」(WCS)，它提供一種標準化方式來定義與天文資料相關的空間（有時是時間）座標。FITS 標頭中的 WCS 關鍵字允許將影像像素精確對應到天球座標，這對於天文學研究至關重要。

為了確保互通性和資料完整性，FITS 標準由正式定義管理，並由 FITS 工作小組持續更新，該小組由天文學、電腦和資料科學方面的國際專家組成。該標準由國際天文學聯合會 (IAU) 監督，確保 FITS 仍然是天文資料的全球標準。

雖然 FITS 被設計為自文件化和可擴充，但它並非沒有其複雜性。FITS 檔案的彈性結構意味著讀取或寫入 FITS 資料的軟體必須能夠處理各種格式和資料類型。此外，大量的可能元資料及其使用的複雜慣例可能會為那些剛開始使用 FITS 檔案的人帶來陡峭的學習曲線。

儘管有這些挑戰，FITS 格式的廣泛採用以及跨不同程式語言的大量函式庫和工具，使 FITS 資料的使用對廣大受眾來說變得容易。CFITSIO（使用 C）和 Astropy（使用 Python）等函式庫提供了用於讀取、寫入和處理 FITS 檔案的全面功能，進一步促進了該格式在科學運算和研究中的使用。

FITS 的廣泛使用以及可用的廣泛函式庫和工具，培養了一個充滿活力的使用者和開發人員社群，為 FITS 標準和相關軟體的持續改進和更新做出貢獻。這種社群驅動的開發確保 FITS 保持相關性，並能夠滿足科學研究不斷變化的需求。

近年來 FITS 格式更具創新的用途之一是在天文學中的高性能運算 (HPC) 和大資料分析領域。隨著望遠鏡和感測器的功能越來越強大，天文資料的數量也爆炸性地增加。FITS 已適應這些變化，開發了新的工具和函式庫來有效處理增加的資料量，使其成為主要天文調查資料處理管線中的關鍵組成部分。

FITS 格式儲存和組織具有廣泛元資料的複雜多維資料的能力，也讓它在天文領域以外找到了應用。醫學影像、地球科學甚至數位保存等領域都採用 FITS 來滿足各種資料儲存需求，受益於其強健性、彈性和自文件化特性。這種廣泛的適用性證明了該格式基本原則的強大性。

展望未來，FITS 格式的持續演進可能會受到新興科學領域的需求和數位資料持續爆炸的影響。在資料壓縮、改進對複雜資料結構的支援，甚至更先進的元資料功能等領域的增強，可能會進一步擴展 FITS 的效用。FITS 標準的開放性和可擴充性，加上其強有力的治理和充滿活力的社群，使其能夠很好地應對這些未來的挑戰。

總之，彈性影像傳輸系統 (FITS) 格式代表了科學資料儲存的基石，特別是在天文學中。FITS 以彈性、自文件化和可擴充的原則為核心設計，已成功適應了超過四十年來運算和資料科學的進步。它能夠儲存各種類型的資料，從簡單的影像到具有廣泛元資料的複雜多維資料集，這使 FITS 成為科學社群獨特強大的工具。隨著技術的持續發展，FITS 格式在使用者和開發人員的全球社群支援下，將有望繼續成為天文學及其他領域研究和資料管理的重要資產。