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 1.11 2000/08/25 15:59:13 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* pPens = new int [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 iy = ny - 1; iy >= 0; iy--) {
  80       int iRowPos = ((ny - 1 - iy) * scale) * (nx * scale);
  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         for (int sy = 0; sy < scale; sy++)
  88           for (int sx = 0; sx < scale; sx++)
  89             pPens[iRowPos+(sy * nx * scale)+(sx + (ix * scale))] = grayscale[cval];
  90         }
  91     }
  92
  93     g2_image (id_X11, 0., 0., nx * scale, ny * scale, pPens);
  94
  95     delete pPens;
  96     return (id_X11);
  97
  98 #endif
  99 }
 100
 101
 102
 103 // ImageFile::comparativeStatistics    Calculate comparative stats
 104 //
 105 // OUTPUT
 106 //   d   Normalized root mean squared distance measure
 107 //   r   Normalized mean absolute distance measure
 108 //   e   Worst case distance measure
 109 //
 110 // REFERENCES
 111 //  G.T. Herman, Image Reconstruction From Projections, 1980
 112
 113 bool
 114 ImageFile::comparativeStatistics (const ImageFile& imComp, double& d, double& r, double& e) const
 115 {
 116     if (imComp.nx() != m_nx && imComp.ny() != m_ny) {
 117         sys_error (ERR_WARNING, "Image sizes differ [ImageFile::comparativeStatistics]");
 118         return false;
 119     }
 120     ImageFileArrayConst v = getArray();
 121     if (v == NULL || m_nx == 0 || m_ny == 0)
 122       return false;
 123
 124     ImageFileArrayConst vComp = imComp.getArray();
 125
 126     double myMean = 0.;
 127     for (unsigned int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 128         for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 129             myMean += v[ix][iy];
 130         }
 131     }
 132     myMean /= (m_nx * m_ny);
 133
 134     double sqErrorSum = 0.;
 135     double absErrorSum = 0.;
 136     double sqDiffFromMeanSum = 0.;
 137     double absValueSum = 0.;
 138     for (unsigned int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 139         for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 140             double diff = v[ix][iy] - vComp[ix][iy];
 141             sqErrorSum += diff * diff;
 142             absErrorSum += fabs(diff);
 143             double diffFromMean = v[ix][iy] - myMean;
 144             sqDiffFromMeanSum += diffFromMean * diffFromMean;
 145             absValueSum += fabs(v[ix][iy]);
 146         }
 147     }
 148
 149     d = sqrt (sqErrorSum / sqDiffFromMeanSum);
 150     r = absErrorSum / absValueSum;
 151
 152     int hx = m_nx / 2;
 153     int hy = m_ny / 2;
 154     double eMax = -1;
 155     for (int ix = 0; ix < hx; ix++) {
 156       for (int iy = 0; iy < hy; iy++) {
 157         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]);
 158         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]);
 159         double error = fabs (avgPixel - avgPixelComp);
 160         if (error > eMax)
 161           eMax = error;
 162       }
 163     }
 164
 165     e = eMax;
 166
 167     return true;
 168 }
 169
 170
 171 bool
 172 ImageFile::printComparativeStatistics (const ImageFile& imComp, ostream& os) const
 173 {
 174   double d, r, e;
 175
 176   if (comparativeStatistics (imComp, d, r, e)) {
 177     os << "  Normalized root mean squared distance (d): " << d << endl;
 178     os << "      Normalized mean absolute distance (r): " << r << endl;
 179     os << "Worst case distance (2x2 pixel average) (e): " << e << endl;
 180     return true;
 181   }
 182   return false;
 183 }
 184
 185
 186 void
 187 ImageFile::printStatistics (ostream& os) const
 188 {
 189     double min, max, mean, mode, median, stddev;
 190
 191     statistics (min, max, mean, mode, median, stddev);
 192
 193     os << "   min: " << min << endl;
 194     os << "   max: " << max << endl;
 195     os << "  mean: " << mean << endl;
 196     os << "  mode: " << mode << endl;
 197     os << "median: " << median << endl;
 198     os << "stddev: " << stddev << endl;
 199 }
 200
 201
 202 void
 203 ImageFile::statistics (double& min, double& max, double& mean, double& mode, double& median, double& stddev) const
 204 {
 205     int nx = m_nx;
 206     int ny = m_ny;
 207     ImageFileArrayConst v = getArray();
 208
 209     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 210       return;
 211
 212     mean = 0;
 213     min = v[0][0];
 214     max = v[0][0];
 215     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 216       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 217         if (v[ix][iy] > max)
 218           max = v[ix][iy];
 219         if (v[ix][iy] < min)
 220           min = v[ix][iy];
 221         mean += v[ix][iy];
 222       }
 223     }
 224     mean /= (nx * ny);
 225
 226     static const int nbin = 1024;
 227     int hist[ nbin ] = {0};
 228     double spread = max - min;
 229     mode = 0;
 230     stddev = 0;
 231     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 232       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 233         int b = static_cast<int>((((v[ix][iy] - min) / spread) * (nbin - 1)) + 0.5);
 234         hist[b]++;
 235         double diff = (v[ix][iy] - mean);
 236         stddev += diff * diff;
 237         }
 238     }
 239     stddev = sqrt(stddev / (nx * ny));
 240
 241     int max_binindex = 0;
 242     int max_bin = -1;
 243     for (int ibin = 0; ibin < nbin; ibin++) {
 244       if (hist[ibin] > max_bin) {
 245         max_bin = hist[ibin];
 246         max_binindex = ibin;
 247       }
 248     }
 249
 250     mode = (max_binindex * spread / (nbin - 1)) + min;
 251
 252     int nPixels = nx * ny;
 253     slist<double> vecImage;
 254     for (int ix = 0; ix < nx; ix++)
 255       for (int iy = 0; iy < ny; iy++)
 256         vecImage.push_front (v[ix][iy]);
 257     vecImage.sort();
 258     slist<double>::const_iterator iter = vecImage.begin();
 259     for (int i = 0; i < (nPixels / 2) - 1; i++)
 260       iter++; // Advance iterator to (nPixels / 2) - 1;
 261
 262     if (nPixels % 2) {  // Odd
 263       iter++;
 264       median = *iter;
 265     } else                // Even
 266       median = (*iter++ + *iter) / 2;
 267 }
 268
 269
 270 void
 271 ImageFile::getMinMax (double& min, double& max) const
 272 {
 273     int nx = m_nx;
 274     int ny = m_ny;
 275     ImageFileArrayConst v = getArray();
 276
 277     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 278       return;
 279
 280     min = v[0][0];
 281     max = v[0][0];
 282     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 283       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 284         if (v[ix][iy] > max)
 285           max = v[ix][iy];
 286         if (v[ix][iy] < min)
 287           min = v[ix][iy];
 288       }
 289     }
 290 }
 291
 292 void
 293 ImageFile::writeImagePGM (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 294 {
 295   FILE *fp;
 296   int nx = m_nx;
 297   int ny = m_ny;
 298   ImageFileArray v = getArray();
 299
 300   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 301
 302   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 303      return;
 304
 305   fprintf(fp, "P5\n");
 306   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 307   fprintf(fp, "255\n");
 308
 309   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 310     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 311       int pos = icol * nxcell;
 312       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 313       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 314       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 315         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 316       }
 317     }
 318     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 319       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 320         fprintf(fp, "%c ", rowp[ic]);
 321     }
 322   }
 323
 324   fclose(fp);
 325 }
 326
 327 void
 328 ImageFile::writeImagePGMASCII (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 329 {
 330   FILE *fp;
 331   int nx = m_nx;
 332   int ny = m_ny;
 333   ImageFileArray v = getArray();
 334
 335   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 336   if (rowp == NULL)
 337     return;
 338
 339   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 340      return;
 341
 342   fprintf(fp, "P2\n");
 343   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 344   fprintf(fp, "255\n");
 345
 346   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 347     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 348       int pos = icol * nxcell;
 349       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 350       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 351       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 352         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 353       }
 354     }
 355     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 356       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 357         fprintf(fp, "%d ", rowp[ic]);
 358       fprintf(fp, "\n");
 359     }
 360   }
 361
 362   fclose(fp);
 363 }
 364
 365
 366 #ifdef HAVE_PNG
 367 void
 368 ImageFile::writeImagePNG (const char *outfile, int bitdepth, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 369 {
 370   FILE *fp;
 371   png_structp png_ptr;
 372   png_infop info_ptr;
 373   double max_out_level = (1 << bitdepth) - 1;
 374   int nx = m_nx;
 375   int ny = m_ny;
 376   ImageFileArray v = getArray();
 377
 378   unsigned char rowp [nx * nxcell * (bitdepth / 8)];
 379
 380   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 381      return;
 382
 383   png_ptr = png_create_write_struct (PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL);
 384   if (! png_ptr)
 385     return;
 386
 387   info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
 388   if (! info_ptr) {
 389     png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp) NULL);
 390     fclose(fp);
 391     return;
 392   }
 393
 394   if (setjmp(png_ptr->jmpbuf)) {
 395     png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 396     fclose(fp);
 397     return;
 398   }
 399
 400   png_init_io(png_ptr, fp);
 401
 402   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);
 403
 404   png_write_info(png_ptr, info_ptr);
 405   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 406     png_bytep row_pointer = rowp;
 407
 408     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 409       int pos = icol * nxcell;
 410       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 411       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 412       unsigned int outval = static_cast<unsigned int> (dens * max_out_level);
 413
 414       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 415         if (bitdepth == 8)
 416           rowp[p] = outval;
 417         else {
 418           int rowpos = p * 2;
 419           rowp[rowpos] = (outval >> 8) & 0xFF;
 420           rowp[rowpos+1] = (outval & 0xFF);
 421         }
 422       }
 423     }
 424     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++)
 425       png_write_rows (png_ptr, &row_pointer, 1);
 426   }
 427
 428   png_write_end(png_ptr, info_ptr);
 429   png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 430
 431   fclose(fp);
 432 }
 433 #endif
 434
 435 #ifdef HAVE_GD
 436 #include "gd.h"
 437 static const int N_GRAYSCALE=256;
 438
 439 void
 440 ImageFile::writeImageGIF (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 441 {
 442   gdImagePtr gif;
 443   FILE *out;
 444   int gs_indices[N_GRAYSCALE];
 445   int nx = m_nx;
 446   int ny = m_ny;
 447   ImageFileArray v = getArray();
 448
 449   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 450   if (rowp == NULL)
 451     return;
 452
 453   gif = gdImageCreate(nx * nxcell, ny * nycell);
 454   for (int i = 0; i < N_GRAYSCALE; i++)
 455     gs_indices[i] = gdImageColorAllocate(gif, i, i, i);
 456
 457   int lastrow = ny * nycell - 1;
 458   for (int irow = 0; irow < ny; irow++) {
 459     int rpos = irow * nycell;
 460     for (int ir = rpos; ir < rpos + nycell; ir++) {
 461       for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 462         int cpos = icol * nxcell;
 463         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 464         dens = clamp(dens, 0., 1.);
 465         for (int ic = cpos; ic < cpos + nxcell; ic++) {
 466           rowp[ic] = (unsigned int) (dens * (double) (N_GRAYSCALE - 1));
 467           gdImageSetPixel(gif, ic, lastrow - ir, gs_indices[rowp[ic]]);
 468         }
 469       }
 470     }
 471   }
 472
 473   if ((out = fopen(outfile,"w")) == NULL) {
 474     sys_error(ERR_FATAL, "Error opening output file %s for writing", outfile);
 475     return (1);
 476   }
 477   gdImageGif(gif,out);
 478   fclose(out);
 479   gdImageDestroy(gif);
 480 }
 481 #endif
 482