include/projections.h

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **   Name:          projections.h
   5 **   Purpose:       Header file for Projections class
   6 **   Programmer:    Kevin Rosenberg
   7 **   Date Started:  July 1, 1984
   8 **
   9 **  This is part of the CTSim program
  10 **  Copyright (c) 1983-2001 Kevin Rosenberg
  11 **
  12 **  $Id$
  13 **
  14 **
  15 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  16 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  17 **  published by the Free Software Foundation.
  18 **
  19 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  20 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  21 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  22 **  GNU General Public License for more details.
  23 **
  24 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  25 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  26 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  27 ******************************************************************************/
  28
  29 #ifndef PROJECTIONS_H
  30 #define PROJECTIONS_H
  31
  32 class Scanner;
  33 class DetectorArray;
  34 class Array2dFileLabel;
  35 class fnetorderstream;
  36
  37 #include "array2dfile.h"
  38 #include "imagefile.h"
  39 #include <complex>
  40 #include <vector>
  41
  42
  43 //used for rebinning divergent beam projections to parallel
  44 class ParallelRaysumCoordinate {
  45 public:
  46   double m_dT;      // Distance from center of origin
  47   double m_dTheta;  // perpendicular angle to origin
  48   double m_dRaysum;
  49
  50   static bool compareByTheta (ParallelRaysumCoordinate* a, ParallelRaysumCoordinate* b)
  51   { return a->m_dTheta == b->m_dTheta ? b->m_dT > a->m_dT : b->m_dTheta > a->m_dTheta; }
  52
  53   // sort first by T, then Theta
  54   static bool compareByT (ParallelRaysumCoordinate* a, ParallelRaysumCoordinate* b)
  55   { return a->m_dT == b->m_dT ? b->m_dTheta > a->m_dTheta : b->m_dT > a->m_dT; }
  56
  57 };
  58
  59 class ParallelRaysums {
  60 public:
  61
  62   enum {
  63     THETA_RANGE_UNCONSTRAINED = 0,
  64     THETA_RANGE_NORMALIZE_TO_TWOPI,
  65     THETA_RANGE_FOLD_TO_PI,
  66   };
  67
  68   ParallelRaysums (const Projections* pProjections, int iThetaRange);
  69   ~ParallelRaysums ();
  70
  71   typedef std::vector<ParallelRaysumCoordinate*> CoordinateContainer;
  72   typedef CoordinateContainer::iterator CoordinateIterator;
  73
  74   CoordinateContainer& getCoordinates() {return m_vecpCoordinates;}
  75   int getNumCoordinates() const {return m_iNumCoordinates;}
  76   void getLimits (double* dMinT, double* dMaxT, double* dMinTheta, double* dMaxTheta) const;
  77   CoordinateContainer& getSortedByT();
  78   CoordinateContainer& getSortedByTheta();
  79   double interpolate (double* pdX, double* pdY, int n, double dXValue, int* iLastFloor = NULL);
  80   void getThetaAndRaysumsForT (int iT, double* pdTheta, double* pdRaysum);
  81   void getDetPositions (double* pdDetPos);
  82
  83 private:
  84   CoordinateContainer m_vecpCoordinates;
  85   CoordinateContainer m_vecpSortedByT;
  86   CoordinateContainer m_vecpSortedByTheta;
  87   ParallelRaysumCoordinate* m_pCoordinates;
  88   int m_iNumCoordinates;
  89   int m_iNumView;
  90   int m_iNumDet;
  91   int m_iThetaRange;
  92 };
  93
  94
  95
  96 // Projections
  97 class Projections
  98 {
  99  public:
 100
 101   static const int POLAR_INTERP_INVALID;
 102   static const int POLAR_INTERP_NEAREST;
 103   static const int POLAR_INTERP_BILINEAR;
 104   static const int POLAR_INTERP_BICUBIC;
 105
 106   Projections (const int nView, const int nDet);
 107   Projections (const Scanner& scanner);
 108   Projections ();
 109   ~Projections ();
 110
 111   static const int getInterpCount() {return s_iInterpCount;}
 112   static const char* const* getInterpNameArray() {return s_aszInterpName;}
 113   static const char* const* getInterpTitleArray() {return s_aszInterpTitle;}
 114   static int convertInterpNameToID (const char* const interpName);
 115   static const char* convertInterpIDToName (const int interpID);
 116   static const char* convertInterpIDToTitle (const int interpID);
 117
 118   void initFromScanner (const Scanner& scanner);
 119   bool initFromSomatomAR_STAR (int iNViews, int iNDets, unsigned char* pData, unsigned long lDataLength);
 120
 121   void printProjectionData (int startView, int endView);
 122   void printProjectionData ();
 123   void printScanInfo (std::ostringstream& os) const;
 124
 125   int Helical180LI(int interpView);
 126   int Helical180LI_Equiangular(int interpView);
 127   int HalfScanFeather(void);
 128
 129   bool read (const std::string& fname);
 130   bool read (const char* fname);
 131   bool write (const char* fname);
 132   bool write (const std::string& fname);
 133   bool detarrayRead (fnetorderstream& fs, DetectorArray& darray, const int view_num);
 134   bool detarrayWrite (fnetorderstream& fs, const DetectorArray& darray, const int view_num);
 135
 136   Projections* interpolateToParallel() const;
 137
 138   bool convertPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolation);
 139   bool convertFFTPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolation, int iZeropad);
 140   void calcArrayPolarCoordinates (unsigned int nx, unsigned int ny, double** ppdView, double** ppdDet,
 141     int iNumDetWithZeros, double dZeropadRatio, double dDetInc);
 142   void interpolatePolar (ImageFileArray& v, ImageFileArray& vImag, unsigned int nx, unsigned int ny, std::complex<double>** ppcDetValue,
 143     double** ppdDet, double** ppdView, unsigned int nView, unsigned int nDet, unsigned int nDetWithZeros,
 144     int iInterpolate);
 145
 146   bool reconstruct (ImageFile& im, const char* const filterName, double filt_param, const char* const filterMethodName, const int zeropad, const char* frequencyFilterName, const char* const interpName, int interp_param, const char* const backprojName, const int trace) const;
 147
 148   void setNView (int nView);  // used in MPI to restrict # of views
 149   void setRotInc (double rotInc) { m_rotInc = rotInc;}
 150   void setDetInc (double detInc) { m_detInc = detInc;}
 151   void setCalcTime (double calcTime) {m_calcTime = calcTime;}
 152   void setRemark (const char* remark) {m_remark = remark; m_label.setLabelString(remark);}
 153   void setRemark (const std::string& remark) {setRemark(remark.c_str());}
 154
 155   double detStart() const {return m_detStart;}
 156   double rotStart() const {return m_rotStart;}
 157   double calcTime() const {return m_calcTime;}
 158   double viewLen() const {return m_dViewDiameter / SQRT2;}
 159   const char*  remark() const {return m_remark.c_str();}
 160   double detInc() const {return m_detInc;}
 161   double rotInc() const {return m_rotInc;}
 162   int nDet() const {return m_nDet;}
 163   int nView() const {return m_nView;}
 164   int geometry() const {return m_geometry;}
 165   double focalLength() const {return m_dFocalLength;}
 166   double sourceDetectorLength() const { return m_dSourceDetectorLength;}
 167   double viewDiameter() const {return m_dViewDiameter; }
 168   double phmLen() const { return m_dViewDiameter / SQRT2; }
 169   void setPhmLen(double phmLen) { m_dViewDiameter = phmLen * SQRT2; }
 170
 171   const std::string& getFilename() const {return m_filename;}
 172   Array2dFileLabel& getLabel() {return m_label;}
 173   const Array2dFileLabel& getLabel() const {return m_label;}
 174
 175   DetectorArray& getDetectorArray (const int iview)
 176       { return (*m_projData[iview]); }
 177
 178   const DetectorArray& getDetectorArray (const int iview) const
 179       { return (*m_projData[iview]); }
 180
 181   static bool copyHeader (const char* const filename, std::ostream& os);
 182   static bool copyHeader (const std::string& filename, std::ostream& os);
 183
 184   static bool copyViewData (const char* const filename, std::ostream& os, int startView, int endView);
 185   static bool copyViewData (const std::string& filename, std::ostream& os, int startView, int endView);
 186
 187  private:
 188   int m_headerSize;             // Size of disk file header
 189   int m_geometry;               // Geometry of scanner
 190   class DetectorArray **m_projData;     // Pointer to array of detarray_st pointers
 191   std::string m_remark;         // description of raysum data
 192   int m_nDet;                   // number of detectors in array
 193   int m_nView;                  // number of rotated views
 194   double m_calcTime;            // time required to calculate raysums
 195   double m_rotStart;            // starting view rotation
 196   double m_rotInc;              // angle between rotations
 197   double m_detStart;            // distance of beginning detector to center phantom
 198   double m_detInc;              // increment between detectors
 199   double m_dFocalLength;
 200   double m_dSourceDetectorLength;
 201   double m_dViewDiameter;
 202   double m_dFanBeamAngle;
 203   kuint32 m_year;                   // Creation date & time
 204   kuint32 m_month;
 205   kuint32 m_day;
 206   kuint32 m_hour;
 207   kuint32 m_minute;
 208   kuint32 m_second;
 209   std::string m_filename;
 210   Array2dFileLabel m_label;
 211
 212   const static kuint16 m_signature;
 213
 214   static const char* const s_aszInterpName[];
 215   static const char* const s_aszInterpTitle[];
 216   static const int s_iInterpCount;
 217
 218   bool headerWrite (fnetorderstream& fs);
 219   bool headerRead (fnetorderstream& fs);
 220   void newProjData ();
 221   void deleteProjData ();
 222
 223   void init (const int nView, const int nDet);
 224
 225   // prevent default methods
 226   Projections& operator= (const Projections& rhs);   // assignment
 227   Projections(const Projections& rhs);               // copy
 228 };
 229
 230
 231 #endif