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 1.10 2000/08/22 16:49:56 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 nx = m_nx;
  63     int ny = m_ny;
  64     ImageFileArrayConst v = getArray();
  65     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
  66       return 0;
  67
  68 #if HAVE_G2_H
  69     int pens [nx * ny * scale * scale ];
  70
  71     double view_scale = 255 / (pmax - pmin);
  72     int id_X11 = g2_open_X11 (nx * scale, ny * scale);
  73     int grayscale[256];
  74     for (int i = 0; i < 256; i++) {
  75         double cval = i / 255.;
  76         grayscale[i] = g2_ink (id_X11, cval, cval, cval);
  77     }
  78
  79     for (int i= 0, iy = ny - 1; iy >= 0; iy--) {
  80         for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
  81             int cval = static_cast<int>((v[ix][iy] - pmin) * view_scale);
  82             if (cval < 0)
  83               cval = 0;
  84             else if (cval > 255)
  85               cval = 255;
  86             pens[i++] = grayscale[cval];
  87         }
  88     }
  89
  90     g2_image (id_X11, 0., 0., nx, ny, pens);
  91
  92     return (id_X11);
  93
  94 #endif
  95 }
  96
  97
  98
  99 // ImageFile::comparativeStatistics    Calculate comparative stats
 100 //
 101 // OUTPUT
 102 //   d   Normalized root mean squared distance measure
 103 //   r   Normalized mean absolute distance measure
 104 //   e   Worst case distance measure
 105 //
 106 // REFERENCES
 107 //  G.T. Herman, Image Reconstruction From Projections, 1980
 108
 109 bool
 110 ImageFile::comparativeStatistics (const ImageFile& imComp, double& d, double& r, double& e) const
 111 {
 112     if (imComp.nx() != m_nx && imComp.ny() != m_ny) {
 113         sys_error (ERR_WARNING, "Image sizes differ [ImageFile::comparativeStatistics]");
 114         return false;
 115     }
 116     ImageFileArrayConst v = getArray();
 117     if (v == NULL || m_nx == 0 || m_ny == 0)
 118       return false;
 119
 120     ImageFileArrayConst vComp = imComp.getArray();
 121
 122     double myMean = 0.;
 123     for (unsigned int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 124         for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 125             myMean += v[ix][iy];
 126         }
 127     }
 128     myMean /= (m_nx * m_ny);
 129
 130     double sqErrorSum = 0.;
 131     double absErrorSum = 0.;
 132     double sqDiffFromMeanSum = 0.;
 133     double absValueSum = 0.;
 134     for (unsigned int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 135         for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 136             double diff = v[ix][iy] - vComp[ix][iy];
 137             sqErrorSum += diff * diff;
 138             absErrorSum += fabs(diff);
 139             double diffFromMean = v[ix][iy] - myMean;
 140             sqDiffFromMeanSum += diffFromMean * diffFromMean;
 141             absValueSum += fabs(v[ix][iy]);
 142         }
 143     }
 144
 145     d = sqrt (sqErrorSum / sqDiffFromMeanSum);
 146     r = absErrorSum / absValueSum;
 147
 148     int hx = m_nx / 2;
 149     int hy = m_ny / 2;
 150     double eMax = -1;
 151     for (int ix = 0; ix < hx; ix++) {
 152       for (int iy = 0; iy < hy; iy++) {
 153         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]);
 154         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]);
 155         double error = fabs (avgPixel - avgPixelComp);
 156         if (error > eMax)
 157           eMax = error;
 158       }
 159     }
 160
 161     e = eMax;
 162
 163     return true;
 164 }
 165
 166
 167 bool
 168 ImageFile::printComparativeStatistics (const ImageFile& imComp, ostream& os) const
 169 {
 170   double d, r, e;
 171
 172   if (comparativeStatistics (imComp, d, r, e)) {
 173     os << "  Normalized root mean squared distance (d): " << d << endl;
 174     os << "      Normalized mean absolute distance (r): " << r << endl;
 175     os << "Worst case distance (2x2 pixel average) (e): " << e << endl;
 176     return true;
 177   }
 178   return false;
 179 }
 180
 181
 182 void
 183 ImageFile::printStatistics (ostream& os) const
 184 {
 185     double min, max, mean, mode, median, stddev;
 186
 187     statistics (min, max, mean, mode, median, stddev);
 188
 189     os << "   min: " << min << endl;
 190     os << "   max: " << max << endl;
 191     os << "  mean: " << mean << endl;
 192     os << "  mode: " << mode << endl;
 193     os << "median: " << median << endl;
 194     os << "stddev: " << stddev << endl;
 195 }
 196
 197
 198 void
 199 ImageFile::statistics (double& min, double& max, double& mean, double& mode, double& median, double& stddev) const
 200 {
 201     int nx = m_nx;
 202     int ny = m_ny;
 203     ImageFileArrayConst v = getArray();
 204
 205     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 206       return;
 207
 208     mean = 0;
 209     min = v[0][0];
 210     max = v[0][0];
 211     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 212       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 213         if (v[ix][iy] > max)
 214           max = v[ix][iy];
 215         if (v[ix][iy] < min)
 216           min = v[ix][iy];
 217         mean += v[ix][iy];
 218       }
 219     }
 220     mean /= (nx * ny);
 221
 222     static const int nbin = 1024;
 223     int hist[ nbin ] = {0};
 224     double spread = max - min;
 225     mode = 0;
 226     stddev = 0;
 227     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 228       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 229         int b = static_cast<int>((((v[ix][iy] - min) / spread) * (nbin - 1)) + 0.5);
 230         hist[b]++;
 231         double diff = (v[ix][iy] - mean);
 232         stddev += diff * diff;
 233         }
 234     }
 235     stddev = sqrt(stddev / (nx * ny));
 236
 237     int max_binindex = 0;
 238     int max_bin = -1;
 239     for (int ibin = 0; ibin < nbin; ibin++) {
 240       if (hist[ibin] > max_bin) {
 241         max_bin = hist[ibin];
 242         max_binindex = ibin;
 243       }
 244     }
 245
 246     mode = (max_binindex * spread / (nbin - 1)) + min;
 247
 248     int nPixels = nx * ny;
 249     slist<double> vecImage;
 250     for (int ix = 0; ix < nx; ix++)
 251       for (int iy = 0; iy < ny; iy++)
 252         vecImage.push_front (v[ix][iy]);
 253     vecImage.sort();
 254     slist<double>::const_iterator iter = vecImage.begin();
 255     for (int i = 0; i < (nPixels / 2) - 1; i++)
 256       iter++; // Advance iterator to (nPixels / 2) - 1;
 257
 258     if (nPixels % 2) {  // Odd
 259       iter++;
 260       median = *iter;
 261     } else                // Even
 262       median = (*iter++ + *iter) / 2;
 263 }
 264
 265
 266 void
 267 ImageFile::getMinMax (double& min, double& max) const
 268 {
 269     int nx = m_nx;
 270     int ny = m_ny;
 271     ImageFileArrayConst v = getArray();
 272
 273     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 274       return;
 275
 276     min = v[0][0];
 277     max = v[0][0];
 278     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 279       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 280         if (v[ix][iy] > max)
 281           max = v[ix][iy];
 282         if (v[ix][iy] < min)
 283           min = v[ix][iy];
 284       }
 285     }
 286 }
 287
 288 void
 289 ImageFile::writeImagePGM (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 290 {
 291   FILE *fp;
 292   int nx = m_nx;
 293   int ny = m_ny;
 294   ImageFileArray v = getArray();
 295
 296   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 297
 298   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 299      return;
 300
 301   fprintf(fp, "P5\n");
 302   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 303   fprintf(fp, "255\n");
 304
 305   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 306     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 307       int pos = icol * nxcell;
 308       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 309       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 310       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 311         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 312       }
 313     }
 314     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 315       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 316         fprintf(fp, "%c ", rowp[ic]);
 317     }
 318   }
 319
 320   fclose(fp);
 321 }
 322
 323 void
 324 ImageFile::writeImagePGMASCII (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 325 {
 326   FILE *fp;
 327   int nx = m_nx;
 328   int ny = m_ny;
 329   ImageFileArray v = getArray();
 330
 331   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 332   if (rowp == NULL)
 333     return;
 334
 335   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 336      return;
 337
 338   fprintf(fp, "P2\n");
 339   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 340   fprintf(fp, "255\n");
 341
 342   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 343     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 344       int pos = icol * nxcell;
 345       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 346       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 347       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 348         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 349       }
 350     }
 351     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 352       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 353         fprintf(fp, "%d ", rowp[ic]);
 354       fprintf(fp, "\n");
 355     }
 356   }
 357
 358   fclose(fp);
 359 }
 360
 361
 362 #ifdef HAVE_PNG
 363 void
 364 ImageFile::writeImagePNG (const char *outfile, int bitdepth, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 365 {
 366   FILE *fp;
 367   png_structp png_ptr;
 368   png_infop info_ptr;
 369   double max_out_level = (1 << bitdepth) - 1;
 370   int nx = m_nx;
 371   int ny = m_ny;
 372   ImageFileArray v = getArray();
 373
 374   unsigned char rowp [nx * nxcell * (bitdepth / 8)];
 375
 376   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 377      return;
 378
 379   png_ptr = png_create_write_struct (PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL);
 380   if (! png_ptr)
 381     return;
 382
 383   info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
 384   if (! info_ptr) {
 385     png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp) NULL);
 386     fclose(fp);
 387     return;
 388   }
 389
 390   if (setjmp(png_ptr->jmpbuf)) {
 391     png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 392     fclose(fp);
 393     return;
 394   }
 395
 396   png_init_io(png_ptr, fp);
 397
 398   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);
 399
 400   png_write_info(png_ptr, info_ptr);
 401   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 402     png_bytep row_pointer = rowp;
 403
 404     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 405       int pos = icol * nxcell;
 406       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 407       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 408       unsigned int outval = static_cast<unsigned int> (dens * max_out_level);
 409
 410       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 411         if (bitdepth == 8)
 412           rowp[p] = outval;
 413         else {
 414           int rowpos = p * 2;
 415           rowp[rowpos] = (outval >> 8) & 0xFF;
 416           rowp[rowpos+1] = (outval & 0xFF);
 417         }
 418       }
 419     }
 420     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++)
 421       png_write_rows (png_ptr, &row_pointer, 1);
 422   }
 423
 424   png_write_end(png_ptr, info_ptr);
 425   png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 426
 427   fclose(fp);
 428 }
 429 #endif
 430
 431 #ifdef HAVE_GD
 432 #include "gd.h"
 433 static const int N_GRAYSCALE=256;
 434
 435 void
 436 ImageFile::writeImageGIF (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 437 {
 438   gdImagePtr gif;
 439   FILE *out;
 440   int gs_indices[N_GRAYSCALE];
 441   int nx = m_nx;
 442   int ny = m_ny;
 443   ImageFileArray v = getArray();
 444
 445   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 446   if (rowp == NULL)
 447     return;
 448
 449   gif = gdImageCreate(nx * nxcell, ny * nycell);
 450   for (int i = 0; i < N_GRAYSCALE; i++)
 451     gs_indices[i] = gdImageColorAllocate(gif, i, i, i);
 452
 453   int lastrow = ny * nycell - 1;
 454   for (int irow = 0; irow < ny; irow++) {
 455     int rpos = irow * nycell;
 456     for (int ir = rpos; ir < rpos + nycell; ir++) {
 457       for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 458         int cpos = icol * nxcell;
 459         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 460         dens = clamp(dens, 0., 1.);
 461         for (int ic = cpos; ic < cpos + nxcell; ic++) {
 462           rowp[ic] = (unsigned int) (dens * (double) (N_GRAYSCALE - 1));
 463           gdImageSetPixel(gif, ic, lastrow - ir, gs_indices[rowp[ic]]);
 464         }
 465       }
 466     }
 467   }
 468
 469   if ((out = fopen(outfile,"w")) == NULL) {
 470     sys_error(ERR_FATAL, "Error opening output file %s for writing", outfile);
 471     return (1);
 472   }
 473   gdImageGif(gif,out);
 474   fclose(out);
 475   gdImageDestroy(gif);
 476 }
 477 #endif
 478