IDL語言在天文學(xué)中的應(yīng)用王鳳飛中科院國家天文臺(tái)

IDL語言在天文學(xué)中的應(yīng)用王鳳飛中科院國家天文臺(tái)ChineseVirtualObservatoryChina-VO2006,GuilinIDL語言的特點(diǎn)，優(yōu)勢，局限性IDL語言與其他開發(fā)語言的比較IDL在天文學(xué)中的應(yīng)用IDL的圖像處理舉例11/29-12/032China-VO2006,GuilinIDL語言的特點(diǎn)IDL（InteractiveDataLanguage）是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、可視化表達(dá)與跨平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)的理想工具?？捎糜跀?shù)值計(jì)算、三維圖形建模、科學(xué)數(shù)據(jù)讀取等。IDL用戶涵蓋NASA、ESA、NOAA、Siemens、GEMedical等科學(xué)家利用IDL對“勇氣號”和“機(jī)遇號”的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖像處理。

SDSS一維、二維光譜處理軟件也是IDL編寫的。11/29-12/033China-VO2006,GuilinIDL語言的特點(diǎn)1、IDL＝VC

菜單的定制、消息的傳遞、類的定義與繼承2、IDL＝VB

可視化界面的設(shè)計(jì)、語言的通俗易懂、編程的入門3、IDL＝JAVA

從跨平臺(tái)的移植來說4、IDL＝FORTRAN從函數(shù)、子程序的調(diào)用、數(shù)據(jù)傳遞、語言風(fēng)格、語言組織等來說5、IDL＝MATLAB提供了大量封裝和參數(shù)化了的數(shù)學(xué)函數(shù)6、IDL＝OPENGL

IDL的提供了豐富的二維、三維圖形圖像類此外，應(yīng)用IDL可以快速的開發(fā)出功能強(qiáng)大的三維圖形圖像處理軟件和三維GIS應(yīng)用系統(tǒng)。11/29-12/034China-VO2006,GuilinIDL語言的特點(diǎn)擅長于處理矢量或數(shù)組數(shù)據(jù)

有大量的IDL命令用于創(chuàng)建不同數(shù)據(jù)類型的矢量和數(shù)組。特別是，有許多創(chuàng)建各類數(shù)據(jù)類型的數(shù)組的函數(shù)，該數(shù)組的每個(gè)元素的初始值為零，而且還有許多創(chuàng)建各類數(shù)據(jù)類型的數(shù)組的函數(shù)，該數(shù)組的每個(gè)元素的初始值為其在數(shù)組中的索引位置。動(dòng)態(tài)改變變量的屬性

IDL最強(qiáng)大的功能之一是大多數(shù)過程或函數(shù)都能在任何數(shù)據(jù)類型或組織結(jié)構(gòu)上生效。這是因?yàn)镮DL在運(yùn)行時(shí)能改變變量的數(shù)據(jù)類型和組織結(jié)構(gòu)（像世界上其他強(qiáng)大的事物一樣，這種動(dòng)態(tài)改變變量的屬性的能力也有潛在的巨大危險(xiǎn)！必須小心，確信知道正在使用哪種數(shù)據(jù)）。11/29-12/035China-VO2006,Guilin天文中為什么使用IDL？節(jié)省時(shí)間，把更多的時(shí)間用在科學(xué)研究上

--采用IDL我們在三年項(xiàng)目進(jìn)展中減少了超過一年的工作量?！狿aulScowenNASA哈勃望遠(yuǎn)鏡修正小組成員

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--和使用IDL的你的同行分享代碼.功能強(qiáng)大的天文庫

--IDLAstronomyUsersLibrary11/29-12/036China-VO2006,GuilinIDL語言的局限性它是一個(gè)商業(yè)軟件。

（IRAF，CIAO，AIPS++isfree?。㊣DL更像一個(gè)解釋器，而不是一個(gè)編譯器。

大型的idl程序在運(yùn)行時(shí)比編譯好的C、FORTRAN程序慢一些。一次性處理數(shù)據(jù)500M以下效果好。批處理大量數(shù)據(jù)時(shí)C、FORTRAN可能效果更好。有些儀器的數(shù)據(jù)處理包無法使用：(e.g.CCDmosaicimagery,multi-objectspectrographs,echellespectra,etc.).11/29-12/037China-VO2006,GuilinIDL與其他語言的比較FORTRAN,C,orC++不能滿足交互式的數(shù)據(jù)分析要求（沒有標(biāo)準(zhǔn)的交互環(huán)境）IRAF,STSDAS,CIAO,andAIPS是交互性的，但需要預(yù)編譯；不方便改進(jìn)和定制；難以維護(hù)SUPERMONGO，PGPLOT畫圖IDL集成了編程計(jì)算、數(shù)據(jù)操作和顯示。11/29-12/038China-VO2006,GuilinIDL與其他語言的比較Mathematica,Matlab,Maple

強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算能力+可視化;支持?jǐn)?shù)學(xué)符號運(yùn)算和方程求解;IDL交互式地查看結(jié)果，有更強(qiáng)大的圖像處理能力，更靈活的文件I/O（天文：Fits）11/29-12/039China-VO2006,GuilinMatlabvs.IDLIDL程序有四種形式：

批處理文件、子程序、函數(shù)、主程序。IDL的函數(shù)可以有多個(gè)輸入，但只能有一個(gè)輸出。輸入?yún)?shù)的值在函數(shù)中可以改變。子程序不返回值。Matlab程序可以是M-scripefile或者是一個(gè)函數(shù)。

Matlab函數(shù)可以有多個(gè)輸入和輸出。11/29-12/0310China-VO2006,GuilinIDL在天文學(xué)中的應(yīng)用早期由GoddardSpaceFlightCenter編寫的IDL包，用于哈勃望遠(yuǎn)鏡的GHRS和STIS項(xiàng)目的二維光譜的分析11/29-12/0311China-VO2006,Guilin獲取IDL天文包和學(xué)習(xí)IDLIDLAstronomyUser'sLibraryhttp:///homepage.htmlhttp:///ftp/astron.tar.gzFITS

http:///fitsio.htmlSolarSoftwarehttp:///solarsoft/sswdoc/index_menu.htmlftp:///solarsoft/offline/swmaint/tar/

ssw_ssw_gen.tar.ZCoyote’sGuidetoIDLProgramminghttp:///pub/dfanning/outgoing/coyote2nd/IDLNewsgroup(comp.lang.idl-pvwave)/group/comp.lang.idl-pvwaveMarkwardtIDLLibrary(Fitting)http:///~craigm/idl/idl.htmlJHUAPLIDLLibrary/s1r/idl/s1rlib/local_idl.htmlIDL+EMACS

http:////download/idlwave-help.tar.bz211/29-12/0312China-VO2006,GuilinNASAAstronomyLibrary

(/homepage.html)bestwaytoreadFITSdataHundredsofuseful,andwell-testedroutinesformath,statistics,andastronomicalutilitiesShouldalreadybeonyourpathTheAstronomyLinkspageisthesourceofIDLsoftwareusedforastronomy11/29-12/0313China-VO2006,GuilinContentsoftheIDLAstronomyUsersLibraryAstronomicalUtilitiesDAOPHOT-TypePhotometryProceduresDatabaseProceduresDiskI/O(MIDAS,IRAFfiles)FITSAstrometryandCalibrationSTSDASImagemanipulationFITSASCII&BinaryTableI/OFITSBinaryTableExtensionsI/OFITSI/OImageManipulationMathandStatisticsPlottingProceduresRobustStatisticsProceduresIDLStructureproceduresSTSDAS(Binary)TableI/OWebSocketProceduresTVDisplayProceduresMiscellaneous(Non-Astronomy)Procedures11/29-12/0314China-VO2006,GuilinAstronomyutilitiesThesubdirectoryastroincludesabout80mostlyself-containedastronomyutilities.A_bComputeBbandinterstellarextinctionaccordingtotheRC2.ADSTRINGReturnRAandDecascharacterstring(s)insexigesimalformat.AIRTOVACConvertairwavelengthstovacuumwavelengthsAITOFFConvertlongitude,latitudetoX,YusinganAITOFFprojection.AITOFF_GRIDProduceanoverlayoflatitudeandlongitudelinesoveraplotorimageARCBARDrawanarcbaronanimageshowingtheastronomicalplatescaleARROWSTodisplay"weathervane"directionalarrowsonanastronomicalimageASTDISPPrintastronomicalandpixelcoordinatesinastandardformatASTROInteractiveutilityforprecessionandcoordinateconversion.11/29-12/0315China-VO2006,GuilinFITSI/OintheIDLAstronomyLibraryMRDFITS()/MWRFITS:readanytypeofFITS;MappinganentireFITStablecanincurextraCPUandvirtualmemoryoverhead（SDSS）READFITS()/WRITEFITS:readUnixandbzip2compressedfiles;cannotbeusedtoreadvariablelengthbinarytablesFX*Procedures:mostcompleteandwell-tested;donothandleASCIItables;usemoreloops,soslower.FITS_*andFTAB_*Procedures:mostefficient;onlytorecognizetheSTScIInheritanceandImplicitImageConventions;FITSfilescannotbereadfromaUnixpipeoraninternetsocket.11/29-12/0316China-VO2006,GuilinDiskIO(IRAF,MIDAS,andWFPC2data)IDLprocedurestoreadpopulardiskformatsinastronomy：1.IRAFimage(.imh)files(readandwrite)2.MIDAS（.BDFand.TBL

）imageandtablefiles(readandupdate)3.WFPC2images(FITSorSTSDAS)

幾個(gè)子程序：MID_RD_IMAGE...image(.BDF)read,MID_UP_IMAGE...image(.BDF)update,MID_RD_TABLE...table(.TBL)read,MID_UP_TABLE...table(.TBL)update.

11/29-12/0317China-VO2006,GuilinPlottingProceduresTheproceduresinthisdirectoryareusefuladditionstotheintrinsicIDLplottingcapabilities.

CLEANPLOTResetallplottingsystemvariablestotheirdefault(X)valuesLEGENDCreateanannotationlegendforaplotLEGENDTESTDemoprogramdemonstratingthecapabilitiesofLEGENDLINEID_PLOTAnnotatetheidentifiedlinesinaspectrumMULTIPLOTCreatemultipleplotswithsharedaxesOPLOTERROROverplotYvs.XwithoptionalXandYerrorbarsPLOTERRORPlotYvs.XwithoptionalXandYerrorbarsPLOTHISTPlotthehistogramofanarrayPLOTSYMDefineusefulplottingsymbolsnotinthestandardPSYMdefinitionPARTVELVECPlotthevelocityvectorsofasetofparticlesRDPLOTLikeintrinsicCURSORprocedurebutwithafull-screencursorSUNSYMBOL()ReturnthecharacterstringtoplotasubscriptedSunsymbolVSYMCreate"Mongo"-likerotationallysymmetricpolygonplottingsymbols11/29-12/0318China-VO2006,GuilinMathandStatisticsThisdirectorycontainsIDLmathematicsandstatisticsproceduresthoughttobeofinterestinastronomy.Fifteenoftheprocedures,areadaptedfromalgorithmsin"NumericalRecipes2ndEdition"PCAPerformaprincipalcomponentanalysis(Karhunen-Loeveexpansion)GAUSSIAN()Evaluatea1-dGaussianandoptionallyitsderivative11/29-12/0319China-VO2006,GuilinIDL的圖像處理舉例創(chuàng)建曲面圖在IDL程序中，任何二維的數(shù)組都可以用Surface命令生成一個(gè)曲面圖創(chuàng)建陰影曲面圖同樣很簡單：

IDL>Shade_Surf,peak11/29-12/0320China-VO2006,Guilin消除圖像噪聲-MedianMedian命令計(jì)算相鄰像素的中間值,而不是平均值。這就有兩個(gè)重要作用。第一，它能刪除圖像中的極端值。第二，它不使那些尺寸比鄰域范圍大的圖像邊緣或特征變模糊。IDL>TV,Median(noisy,3),340,0

11/29-12/0321China-VO2006,Guilin直方圖均衡化-HistogramEqualization正常圖像具有狹窄的像素值分布。這里的像素值集中在50-10之間一幅直方圖均衡化后的圖像。象素分布擴(kuò)展到了整個(gè)顏色范圍11/29-12/0322China-VO2006,Guilin平滑圖像Smooth、Convol通過將每個(gè)像素值與它周圍相鄰像素值進(jìn)行平均來平滑圖像。用稱為卷積的過程來平滑圖像。這種技術(shù)中，一個(gè)方形濾波核和圖像一起參與卷積計(jì)算。例如，可以創(chuàng)建如下的一個(gè)核心：121282121圖像平滑被應(yīng)用在一種稱作暈光蒙片的圖像處理技術(shù)中。通過Convol命令用上述濾波核對圖像進(jìn)行卷積處理，鍵入：IDL>kernel=[[1,2,1],[2,8,2],[1,2,1]]IDL>TV,image,0,0IDL>TV,Smooth(image,3,/Edge_Truncate),192,0IDL>TV,Convol(image,kernel,Total(k