在Python中FITS格式文件數(shù)據(jù)的讀取 （轉(zhuǎn)載）

前言

\space\space\space\space ????FITS(Flexible Image Transport System)格式文件是天文學(xué)數(shù)據(jù)儲存的公用文件格式，在國際的天文數(shù)據(jù)存儲與傳輸中擔(dān)任著十分重要的角色。但是這種文件格式在其他科學(xué)領(lǐng)域并不常用，造成這方面的文件資料并不多，尤其是基礎(chǔ)性入門的指導(dǎo)性說明就更少了。其實(shí)我并不專業(yè)，在這里只是想用自己的理解向有需要的同行簡單介紹一下，讓大家了解一些基礎(chǔ)的、容易理解的知識。
以下內(nèi)容適合剛剛接觸Python的天文初學(xué)者。
\space\space\space\space ????FITS文件有很多單元（Unit）組成，每個(gè)單元都包含記錄單元屬性信息的部分，叫做頭文件（Header），以及存儲數(shù)據(jù)的部分，叫做數(shù)據(jù)單元（Data），合起來就稱為HDU（Header and Data Unit），其中頭文件是必有的，數(shù)據(jù)單元可選。

代碼文件名稱：read_HXMT_fts.py

一、FITS文件單元的頭文件（header）的格式：

單元的頭文件由多行上述格式的代碼組成，每行80個(gè)字符，結(jié)尾以關(guān)鍵詞END結(jié)束?？梢砸娤聢D：

每個(gè)關(guān)鍵字都有著相應(yīng)的值，在頭文件中存儲著文件的日期、大小、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)位數(shù)、坐標(biāo)軸數(shù)等等信息。
每一個(gè)文件必須含有SIMPLE、BITPIX、NAXIS和END關(guān)健字，并且必須是這一順序。在它們之間可以插入其它的行記錄。第一個(gè)記錄的關(guān)健字一定是SIMPLE，最后的行記錄是END。

SIMPLE：值為T表示是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的FITS文件，否則為F。

BITPIX：值為8、1 6、32、一32或一64，表示圖象數(shù)據(jù)的格式。若為8、1 6、32，則數(shù)據(jù)為單字節(jié)、雙字節(jié)和4字節(jié)符號整數(shù)，值為一32和一64代表數(shù)據(jù)為單精度和雙精度浮點(diǎn)數(shù)，第一位為符號，接下來8位(單精度)或11位(雙精度)為冪，余下的為小數(shù)。但它們的存儲格式與PC機(jī)不同，它采用高字節(jié)在前，低字節(jié)在后的存儲方式。因此將FITS格式轉(zhuǎn)換為任何PC機(jī)或在PC 機(jī)上顯示FITS圖象都要考慮字節(jié)交換的問題。

NAXIS：圖象數(shù)據(jù)矩陣的維數(shù)，對于2維圖象，它至少為2。NAXIS為0表示沒有數(shù)據(jù)。

NAXISi ：當(dāng)NAXIS大于為0時(shí)，其后必須按次序跟有NAXIS1、NAXIS2等等，表示每維的大小。每個(gè)NAXISi必須大于0。

END： 最后一個(gè)行記錄的關(guān)健字必須是END。其后為空格直到文件頭結(jié)束。

其他關(guān)健字都是可選的，在天文圖象中常用的還有DATE(日期)、UT(時(shí)間)、TELESCOPE(望遠(yuǎn)鏡)OBSERVER(觀測者)、OBJECT(目標(biāo))、EPocH(歷元)等等。常用的還確DATAMAX和DATAMIN(數(shù)據(jù)的最大和最小值)，BSCALE和BZERO(實(shí)際值一BZREO+BSCAI B×圖象值)．COMMENT(注釋)等。

二、Python中數(shù)據(jù)的簡單提取

先簡單說數(shù)據(jù)單元的格式，FITS文件的數(shù)據(jù)是以多維數(shù)組的形式存在的，常見的是二維數(shù)組，比較簡單的例子就是可以記錄一系列點(diǎn)的坐標(biāo)值信息，這樣數(shù)據(jù)形式就是N*2的二維數(shù)組。

Python要處理FITS文件，要提前安裝幾個(gè)擴(kuò)展包，針對FITS文件讀取的是astropy擴(kuò)展包，這個(gè)網(wǎng)站有很多Windows版非官方Python擴(kuò)展包，大家可以去哪里下載需要的東西。（2017/4更新：其實(shí)建議使用pip等包管理工具進(jìn)行安裝）

在Python中，我們首先要引入fits模塊，然后打開FITS文件，比如我的是下面這樣的（我的FITS文件）

from astropy.io import fitsfrom astropy.io import fits hdul_in = fits.open(file_name)#打開文件

hdu是隨便寫的名字，可以換成別的，只要你愿意。hdu下有很多函數(shù)，你可以輸入hdu.按Tab鍵查看，可以看到許多函數(shù)，我們只需要了解我們需要的幾個(gè)就可以了。

我們可以通過info函數(shù)查看文件基本信息：

我們可以看到這個(gè)文件有兩個(gè)單元，其中PrimaryHDU是每個(gè)文件都有的，可以叫主單元，BinTableHDU屬于擴(kuò)展單元，在這里是包含數(shù)據(jù)的單元。那我們怎么查看里面的信息和數(shù)據(jù)呢？首先，先看輸出結(jié)果里的表示方法，每個(gè)單元是用1、2……標(biāo)記的，實(shí)際上FITS文件的每個(gè)單元組成了類似于一個(gè)“單元數(shù)組”的東西（我杜撰的詞），我們可以通過類似的方式進(jìn)行訪問，也就是hdu[0]便表示主單元，hdu[1]表示第一個(gè)擴(kuò)展單元。

（1）我們先看頭文件。單元的頭文件內(nèi)容可以用header方法進(jìn)行訪問，就像下面這樣，我們就看到了主單元的頭文件中的信息，正是必要的四個(gè)關(guān)鍵字。

header很像一個(gè)字典（dict），我不清楚到底是不是，因?yàn)檫@里一個(gè)關(guān)鍵字（keyname）對應(yīng)的不僅是值（value），還有注釋（comment）。因此，如果你要看頭文件中的SIMPLE的值，就可以用hdu[0].header[‘SIMPLE’]，查看其注釋用hdu[0].header.comments[‘SIMPLE’]：

（2）再看數(shù)據(jù)單元。在上面的信息中我們可以看到擴(kuò)展單元中是有數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)的維度是1000R*2C，這表示數(shù)據(jù)是1000行（rows）2列（column），格式（format）是雙精度，據(jù)我自己的觀察，各個(gè)字母表示含義如下：
$?$I表示整型；
$?$J表示長整形；
$?$E表示浮點(diǎn)型；
$?$D表示雙精度浮點(diǎn)型；
$?$A表示字符型；
所以這份文件的數(shù)據(jù)都是雙精度的浮點(diǎn)型。那怎么具體的訪問某一組數(shù)據(jù)、某一列數(shù)據(jù)或者某一個(gè)數(shù)據(jù)呢？這和前面是很類似的，hdu[1]中data能讓我們訪問其中的數(shù)據(jù)，要訪問第i組數(shù)據(jù)，可以用hdu[1].data[i]，訪問第i組第j個(gè)（或者說第i行第j列）數(shù)據(jù)就是hdu[1].data[i][j]，那么訪問一列的數(shù)據(jù)怎么辦呢？field可以做到這一點(diǎn)，field就是字段的意思，也就是每一組數(shù)據(jù)包含的每個(gè)數(shù)據(jù)的代表含義。每個(gè)字段都在一列中，因此用field可以訪問某一列的數(shù)據(jù)。如下圖

另外，field字段都是有名字的，在data下用names可以查看字段名稱，并且在field（）中輸入鍵值時(shí)也可以輸入名稱，field返回的是nparray，下面是例子：

到這里，相信就算沒有基礎(chǔ)的同學(xué)也可以把FITS文件里的數(shù)據(jù)拿出來進(jìn)行處理了。當(dāng)然我也并沒有熟練掌握，只是有著和其他初學(xué)者一樣的疑惑，更明白大家剛接觸這些東西時(shí)需要了解什么，希望能幫到大家。謝謝。

原文鏈接：點(diǎn)此進(jìn)入

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的在Python中FITS格式文件数据的读取 （转载）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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