libctsim/imagefile.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **      Name:         imagefile.cpp
   5 **      Purpose:      Imagefile classes
   6 **      Programmer:   Kevin Rosenberg
   7 **      Date Started: June 2000
   8 **
   9 **  This is part of the CTSim program
  10 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
  11 **
  12 **  $Id: imagefile.cpp,v 1.8 2000/07/13 07:03:21 kevin Exp $
  13 **
  14 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  15 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  16 **  published by the Free Software Foundation.
  17 **
  18 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  19 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  20 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  21 **  GNU General Public License for more details.
  22 **
  23 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  24 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  25 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  26 ******************************************************************************/
  27
  28 #include "ct.h"
  29
  30
  31
  32 void
  33 ImageFile::filterResponse (const char* const domainName, double bw, const char* const filterName, double filt_param)
  34 {
  35   int hx = (m_nx - 1) / 2;
  36   int hy = (m_ny - 1) / 2;
  37   ImageFileArray v = getArray();
  38   SignalFilter filter (filterName, domainName, bw, filt_param);
  39
  40   for (int i = -hx; i <= hx; i++) {
  41     for (int j = -hy; j <= hy; j++) {
  42       double r = sqrt (i * i + j * j);
  43
  44       v[i+hx][j+hy] = filter.response (r);
  45     }
  46   }
  47 }
  48
  49 int
  50 ImageFile::display (void) const
  51 {
  52     double pmin, pmax;
  53
  54     getMinMax (pmin, pmax);
  55
  56     return (displayScaling (1, pmin, pmax));
  57 }
  58
  59 int
  60 ImageFile::displayScaling (const int scale, const ImageFileValue pmin, const ImageFileValue pmax) const
  61 {
  62     int grayscale[256];
  63     int nx = m_nx;
  64     int ny = m_ny;
  65     ImageFileArrayConst v = getArray();
  66     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
  67       return 0;
  68
  69 #if HAVE_G2_H
  70     int pens [nx * ny * scale * scale ];
  71
  72     double view_scale = 255 / (pmax - pmin);
  73     int id_X11 = g2_open_X11 (nx * scale, ny * scale);
  74
  75     for (int i = 0; i < 256; i++) {
  76         double cval = i / 255.;
  77         grayscale[i] = g2_ink (id_X11, cval, cval, cval);
  78     }
  79
  80     for (int i= 0, iy = ny - 1; iy >= 0; iy--) {
  81         for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
  82             int cval = static_cast<int>((v[ix][iy] - pmin) * view_scale);
  83             if (cval < 0)
  84               cval = 0;
  85             else if (cval > 255)
  86               cval = 255;
  87             pens[i++] = grayscale[cval];
  88         }
  89     }
  90
  91     g2_image (id_X11, 0., 0., nx, ny, pens);
  92
  93     return (id_X11);
  94
  95 #endif
  96 }
  97
  98
  99
 100 // ImageFile::comparativeStatistics    Calculate comparative stats
 101 //
 102 // OUTPUT
 103 //   d   Normalized root mean squared distance measure
 104 //   r   Normalized mean absolute distance measure
 105 //   e   Worst case distance measure
 106 //
 107 // REFERENCES
 108 //  G.T. Herman, Image Reconstruction From Projections, 1980
 109
 110 bool
 111 ImageFile::comparativeStatistics (const ImageFile& imComp, double& d, double& r, double& e) const
 112 {
 113     if (imComp.nx() != m_nx && imComp.ny() != m_ny) {
 114         sys_error (ERR_WARNING, "Image sizes differ [ImageFile::comparativeStatistics]");
 115         return false;
 116     }
 117     ImageFileArrayConst v = getArray();
 118     if (v == NULL || m_nx == 0 || m_ny == 0)
 119       return false;
 120
 121     ImageFileArrayConst vComp = imComp.getArray();
 122
 123     double myMean = 0.;
 124     for (unsigned int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 125         for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 126             myMean += v[ix][iy];
 127         }
 128     }
 129     myMean /= (m_nx * m_ny);
 130
 131     double sqErrorSum = 0.;
 132     double absErrorSum = 0.;
 133     double sqDiffFromMeanSum = 0.;
 134     double absValueSum = 0.;
 135     for (unsigned int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 136         for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 137             double diff = v[ix][iy] - vComp[ix][iy];
 138             sqErrorSum += diff * diff;
 139             absErrorSum += fabs(diff);
 140             double diffFromMean = v[ix][iy] - myMean;
 141             sqDiffFromMeanSum += diffFromMean * diffFromMean;
 142             absValueSum += fabs(v[ix][iy]);
 143         }
 144     }
 145
 146     d = sqrt (sqErrorSum / sqDiffFromMeanSum);
 147     r = absErrorSum / absValueSum;
 148
 149     int hx = m_nx / 2;
 150     int hy = m_ny / 2;
 151     double eMax = -1;
 152     for (int ix = 0; ix < hx; ix++) {
 153       for (int iy = 0; iy < hy; iy++) {
 154         double avgPixel = 0.25 * (v[2*ix][2*iy] + v[2*ix+1][2*iy] + v[2*ix][2*iy+1] + v[2*ix+1][2*iy+1]);
 155         double avgPixelComp = 0.25 * (vComp[2*ix][2*iy] + vComp[2*ix+1][2*iy] + vComp[2*ix][2*iy+1] + vComp[2*ix+1][2*iy+1]);
 156         double error = fabs (avgPixel - avgPixelComp);
 157         if (error > eMax)
 158           eMax = error;
 159       }
 160     }
 161
 162     e = eMax;
 163
 164     return true;
 165 }
 166
 167
 168 bool
 169 ImageFile::printComparativeStatistics (const ImageFile& imComp, ostream& os) const
 170 {
 171   double d, r, e;
 172
 173   if (comparativeStatistics (imComp, d, r, e)) {
 174     os << "  Normalized root mean squared distance (d): " << d << endl;
 175     os << "      Normalized mean absolute distance (r): " << r << endl;
 176     os << "Worst case distance (2x2 pixel average) (e): " << e << endl;
 177     return true;
 178   }
 179   return false;
 180 }
 181
 182
 183 void
 184 ImageFile::printStatistics (ostream& os) const
 185 {
 186     double min, max, mean, mode, median, stddev;
 187
 188     statistics (min, max, mean, mode, median, stddev);
 189
 190     os << "   min: " << min << endl;
 191     os << "   max: " << max << endl;
 192     os << "  mean: " << mean << endl;
 193     os << "  mode: " << mode << endl;
 194     os << "median: " << median << endl;
 195     os << "stddev: " << stddev << endl;
 196 }
 197
 198
 199 void
 200 ImageFile::statistics (double& min, double& max, double& mean, double& mode, double& median, double& stddev) const
 201 {
 202     int nx = m_nx;
 203     int ny = m_ny;
 204     ImageFileArrayConst v = getArray();
 205
 206     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 207       return;
 208
 209     mean = 0;
 210     min = v[0][0];
 211     max = v[0][0];
 212     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 213       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 214         if (v[ix][iy] > max)
 215           max = v[ix][iy];
 216         if (v[ix][iy] < min)
 217           min = v[ix][iy];
 218         mean += v[ix][iy];
 219       }
 220     }
 221     mean /= (nx * ny);
 222
 223     static const int nbin = 256;
 224     int hist[ nbin ] = {0};
 225     double spread = max - min;
 226     mode = 0;
 227     stddev = 0;
 228     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 229       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 230         int b = static_cast<int>((((v[ix][iy] - min) / spread) * (nbin - 1)) + 0.5);
 231         hist[b]++;
 232         double diff = (v[ix][iy] - mean);
 233         stddev += diff * diff;
 234         }
 235     }
 236     stddev = sqrt(stddev / (nx * ny));
 237
 238     int max_binindex = 0;
 239     int max_bin = -1;
 240     for (int ibin = 0; ibin < nbin; ibin++) {
 241       if (hist[ibin] > max_bin) {
 242         max_bin = hist[ibin];
 243         max_binindex = ibin;
 244       }
 245     }
 246
 247     mode = (max_binindex * spread / (nbin - 1)) + min;
 248
 249     median = 0.;
 250 }
 251
 252
 253 void
 254 ImageFile::getMinMax (double& min, double& max) const
 255 {
 256     int nx = m_nx;
 257     int ny = m_ny;
 258     ImageFileArrayConst v = getArray();
 259
 260     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 261       return;
 262
 263     min = v[0][0];
 264     max = v[0][0];
 265     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 266       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 267         if (v[ix][iy] > max)
 268           max = v[ix][iy];
 269         if (v[ix][iy] < min)
 270           min = v[ix][iy];
 271       }
 272     }
 273 }
 274
 275 void
 276 ImageFile::writeImagePGM (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 277 {
 278   FILE *fp;
 279   int nx = m_nx;
 280   int ny = m_ny;
 281   ImageFileArray v = getArray();
 282
 283   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 284
 285   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 286      return;
 287
 288   fprintf(fp, "P5\n");
 289   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 290   fprintf(fp, "255\n");
 291
 292   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 293     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 294       int pos = icol * nxcell;
 295       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 296       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 297       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 298         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 299       }
 300     }
 301     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 302       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 303         fprintf(fp, "%c ", rowp[ic]);
 304     }
 305   }
 306
 307   fclose(fp);
 308 }
 309
 310 void
 311 ImageFile::writeImagePGMASCII (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 312 {
 313   FILE *fp;
 314   int nx = m_nx;
 315   int ny = m_ny;
 316   ImageFileArray v = getArray();
 317
 318   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 319   if (rowp == NULL)
 320     return;
 321
 322   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 323      return;
 324
 325   fprintf(fp, "P2\n");
 326   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 327   fprintf(fp, "255\n");
 328
 329   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 330     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 331       int pos = icol * nxcell;
 332       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 333       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 334       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 335         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 336       }
 337     }
 338     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 339       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 340         fprintf(fp, "%d ", rowp[ic]);
 341       fprintf(fp, "\n");
 342     }
 343   }
 344
 345   fclose(fp);
 346 }
 347
 348
 349 #ifdef HAVE_PNG
 350 void
 351 ImageFile::writeImagePNG (const char *outfile, int bitdepth, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 352 {
 353   FILE *fp;
 354   png_structp png_ptr;
 355   png_infop info_ptr;
 356   double max_out_level = (1 << bitdepth) - 1;
 357   int nx = m_nx;
 358   int ny = m_ny;
 359   ImageFileArray v = getArray();
 360
 361   unsigned char rowp [nx * nxcell * (bitdepth / 8)];
 362
 363   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 364      return;
 365
 366   png_ptr = png_create_write_struct (PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL);
 367   if (! png_ptr)
 368     return;
 369
 370   info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
 371   if (! info_ptr) {
 372     png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp) NULL);
 373     fclose(fp);
 374     return;
 375   }
 376
 377   if (setjmp(png_ptr->jmpbuf)) {
 378     png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 379     fclose(fp);
 380     return;
 381   }
 382
 383   png_init_io(png_ptr, fp);
 384
 385   png_set_IHDR(png_ptr, info_ptr, nx * nxcell, ny * nycell, bitdepth, PNG_COLOR_TYPE_GRAY, PNG_INTERLACE_NONE, PNG_COMPRESSION_TYPE_BASE, PNG_FILTER_TYPE_DEFAULT);
 386
 387   png_write_info(png_ptr, info_ptr);
 388   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 389     png_bytep row_pointer = rowp;
 390
 391     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 392       int pos = icol * nxcell;
 393       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 394       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 395       unsigned int outval = static_cast<unsigned int> (dens * max_out_level);
 396
 397       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 398         if (bitdepth == 8)
 399           rowp[p] = outval;
 400         else {
 401           int rowpos = p * 2;
 402           rowp[rowpos] = (outval >> 8) & 0xFF;
 403           rowp[rowpos+1] = (outval & 0xFF);
 404         }
 405       }
 406     }
 407     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++)
 408       png_write_rows (png_ptr, &row_pointer, 1);
 409   }
 410
 411   png_write_end(png_ptr, info_ptr);
 412   png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 413
 414   fclose(fp);
 415 }
 416 #endif
 417
 418 #ifdef HAVE_GD
 419 #include "gd.h"
 420 static const int N_GRAYSCALE=256;
 421
 422 void
 423 ImageFile::writeImageGIF (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 424 {
 425   gdImagePtr gif;
 426   FILE *out;
 427   int gs_indices[N_GRAYSCALE];
 428   int nx = m_nx;
 429   int ny = m_ny;
 430   ImageFileArray v = getArray();
 431
 432   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 433   if (rowp == NULL)
 434     return;
 435
 436   gif = gdImageCreate(nx * nxcell, ny * nycell);
 437   for (int i = 0; i < N_GRAYSCALE; i++)
 438     gs_indices[i] = gdImageColorAllocate(gif, i, i, i);
 439
 440   int lastrow = ny * nycell - 1;
 441   for (int irow = 0; irow < ny; irow++) {
 442     int rpos = irow * nycell;
 443     for (int ir = rpos; ir < rpos + nycell; ir++) {
 444       for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 445         int cpos = icol * nxcell;
 446         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 447         dens = clamp(dens, 0., 1.);
 448         for (int ic = cpos; ic < cpos + nxcell; ic++) {
 449           rowp[ic] = (unsigned int) (dens * (double) (N_GRAYSCALE - 1));
 450           gdImageSetPixel(gif, ic, lastrow - ir, gs_indices[rowp[ic]]);
 451         }
 452       }
 453     }
 454   }
 455
 456   if ((out = fopen(outfile,"w")) == NULL) {
 457     sys_error(ERR_FATAL, "Error opening output file %s for writing", outfile);
 458     return (1);
 459   }
 460   gdImageGif(gif,out);
 461   fclose(out);
 462   gdImageDestroy(gif);
 463 }
 464 #endif
 465