Por que usamos o formato FITS para imagens científicas, especialmente em astronomia? Qual a diferença entre formatos como JPEG, PNG, etc?

Eu sou novo em astronomia e descobri que o conjunto de dados telescópico pode ser armazenado no formato FITS em vez de JPEG. Por que temos um formato de imagem especial apenas para imagens científicas?

Os formatos de arquivo tendem a ser específicos do setor / campo, com o formato, as ferramentas e as expectativas do campo co-evoluindo para se tornarem mais dependentes um do outro ao longo do tempo. O JPEG co-evoluiu com a fotografia digital amadora, o PNG co-evoluiu com a web. Da mesma forma, o FITS co-evoluiu com o processamento de dados astronômicos e, portanto, é naturalmente mais adequado para esse fim do que formatos que tinham objetivos e comunidades completamente diferentes envolvidos em seu desenvolvimento.

(Pedantic nit: JPEG é o nome do método de compactação e do grupo que o projetou. O formato do arquivo é tecnicamente "JFIF", mas todos chamam coloquialmente de JPEG.)

Como formato de imagem, o FITS possui várias qualidades desejáveis ​​que faltam no JFIF e PNG, que são cruciais para os dados científicos:

• Armazenamento de mais bits por pixel (os CCDs podem gravar 12, 14 ou mais bits) e também valores de ponto flutuante.
• Armazenamento de um número arbitrário de canais de dados (os dados científicos podem ter muitas ou outras bandas de frequência além do RGB ao qual JPEG e PNG estão limitados).
• Sem compactação com perdas, como é típico (embora não estritamente necessário) para JPEG.
• Maior resolução (JPEG / JFIF, por exemplo, é limitada a 65.535 pixels em cada direção) e o FITS também é capaz de armazenar volumes de dados 3D.
• Suporte para metadados ilimitados no cabeçalho, por exemplo, as coordenadas do céu, informações sobre o telescópio etc. JPEG e PNG não possuem os campos e não estão configurados para gravar metadados arbitrários.

Além disso, o uso do FITS para astronomia é anterior à existência de JPEG / JFIF e PNG - FITS foi padronizado em 1981, JPEG em 1992, PNG em 1996. Portanto, mesmo que esses formatos sejam adequados (o que não são), pelo No momento em que foram inventados, já havia um amplo uso e existência de ferramentas astronômicas de processamento de imagens que eram voltadas para arquivos FITS (e arquivos crescentes de dados astronômicos no formato FITS), portanto, seria um grande esforço mudar os formatos que nunca seriam realizados a menos que um novo formato não apenas atenda, mas exceda todos os requisitos anteriores do campo.

O FITS possui muitos recursos interessantes que formatos como PNG não possuem, como coordenadas astronômicas (aonde no céu a imagem corresponde?) E armazenando várias exposições. Os formatos de imagem mais tradicionais também não são tão flexíveis. Por exemplo, o FITS oferece suporte ao armazenamento de dados de ponto flutuante, onde os pixels em uma imagem podem ter valores precisos como 1.2324241, enquanto o PNG possui 256 valores possíveis em cada um dos quatro canais (rgba).