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 1.24 2000/12/22 04:18:00 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 F32Image::F32Image (int nx, int ny)\r
  32 : Array2dFile (nx, ny, sizeof(kfloat32), Array2dFile::PIXEL_FLOAT32)\r
  33 {\r
  34 }\r
  35 \r
  36 F32Image::F32Image (void)\r
  37 : Array2dFile()\r
  38 {\r
  39         setPixelFormat (Array2dFile::PIXEL_FLOAT32);\r
  40         setPixelSize (sizeof(kfloat32));\r
  41 }\r
  42 \r
  43 F64Image::F64Image (int nx, int ny)\r
  44 : Array2dFile (nx, ny, sizeof(kfloat64), Array2dFile::PIXEL_FLOAT64)\r
  45 {\r
  46 }\r
  47 \r
  48 F64Image::F64Image (void)\r
  49 : Array2dFile ()\r
  50 {\r
  51         setPixelFormat (PIXEL_FLOAT64);\r
  52         setPixelSize (sizeof(kfloat64));\r
  53 }\r
  54
  55 void
  56 ImageFile::filterResponse (const char* const domainName, double bw, const char* const filterName, double filt_param)
  57 {
  58         int hx = (m_nx - 1) / 2;
  59         int hy = (m_ny - 1) / 2;
  60         ImageFileArray v = getArray();
  61         SignalFilter filter (filterName, domainName, bw, filt_param);
  62
  63         for (int i = -hx; i <= hx; i++) {
  64                 for (int j = -hy; j <= hy; j++) {
  65                         double r = sqrt (i * i + j * j);
  66
  67                         v[i+hx][j+hy] = filter.response (r);
  68                 }
  69         }
  70 }
  71
  72 int
  73 ImageFile::display (void) const
  74 {
  75     double pmin, pmax;
  76
  77     getMinMax (pmin, pmax);
  78
  79     return (displayScaling (1, pmin, pmax));
  80 }
  81
  82 int
  83 ImageFile::displayScaling (const int scale, const ImageFileValue pmin, const ImageFileValue pmax) const
  84 {
  85     int nx = m_nx;
  86     int ny = m_ny;
  87     ImageFileArrayConst v = getArray();
  88     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
  89                 return 0;
  90
  91 #if HAVE_G2_H
  92     int* pPens = new int [nx * ny * scale * scale ];
  93
  94     double view_scale = 255 / (pmax - pmin);
  95     int id_X11 = g2_open_X11 (nx * scale, ny * scale);
  96     int grayscale[256];
  97     for (int i = 0; i < 256; i++) {
  98                 double cval = i / 255.;
  99                 grayscale[i] = g2_ink (id_X11, cval, cval, cval);
 100     }
 101
 102     for (int iy = ny - 1; iy >= 0; iy--) {
 103                 int iRowPos = ((ny - 1 - iy) * scale) * (nx * scale);
 104                 for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 105                         int cval = static_cast<int>((v[ix][iy] - pmin) * view_scale);
 106                         if (cval < 0)
 107                                 cval = 0;
 108                         else if (cval > 255)
 109                                 cval = 255;
 110                         for (int sy = 0; sy < scale; sy++)
 111                                 for (int sx = 0; sx < scale; sx++)
 112                                         pPens[iRowPos+(sy * nx * scale)+(sx + (ix * scale))] = grayscale[cval];
 113                 }
 114     }
 115
 116     g2_image (id_X11, 0., 0., nx * scale, ny * scale, pPens);
 117
 118     delete pPens;
 119     return (id_X11);
 120 #else
 121     return 0;
 122 #endif
 123 }
 124
 125
 126
 127 // ImageFile::comparativeStatistics    Calculate comparative stats
 128 //
 129 // OUTPUT
 130 //   d   Normalized root mean squared distance measure
 131 //   r   Normalized mean absolute distance measure
 132 //   e   Worst case distance measure
 133 //
 134 // REFERENCES
 135 //  G.T. Herman, Image Reconstruction From Projections, 1980
 136
 137 bool
 138 ImageFile::comparativeStatistics (const ImageFile& imComp, double& d, double& r, double& e) const
 139 {
 140     if (imComp.nx() != m_nx && imComp.ny() != m_ny) {
 141                 sys_error (ERR_WARNING, "Image sizes differ [ImageFile::comparativeStatistics]");
 142                 return false;
 143     }
 144     ImageFileArrayConst v = getArray();
 145     if (v == NULL || m_nx == 0 || m_ny == 0)
 146                 return false;
 147
 148     ImageFileArrayConst vComp = imComp.getArray();
 149
 150     double myMean = 0.;
 151     for (unsigned int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 152                 for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 153                         myMean += v[ix][iy];
 154                 }
 155     }
 156     myMean /= (m_nx * m_ny);
 157
 158     double sqErrorSum = 0.;
 159     double absErrorSum = 0.;
 160     double sqDiffFromMeanSum = 0.;
 161     double absValueSum = 0.;
 162     for (unsigned int ix2 = 0; ix2 < m_nx; ix2++) {
 163                 for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 164                         double diff = v[ix2][iy] - vComp[ix2][iy];
 165                         sqErrorSum += diff * diff;
 166                         absErrorSum += fabs(diff);
 167                         double diffFromMean = v[ix2][iy] - myMean;
 168                         sqDiffFromMeanSum += diffFromMean * diffFromMean;
 169                         absValueSum += fabs(v[ix2][iy]);
 170                 }
 171     }
 172
 173     d = sqrt (sqErrorSum / sqDiffFromMeanSum);
 174     r = absErrorSum / absValueSum;
 175
 176     int hx = m_nx / 2;
 177     int hy = m_ny / 2;
 178     double eMax = -1;
 179     for (int ix3 = 0; ix3 < hx; ix3++) {
 180                 for (int iy = 0; iy < hy; iy++) {
 181                         double avgPixel = 0.25 * (v[2*ix3][2*iy] + v[2*ix3+1][2*iy] + v[2*ix3][2*iy+1] + v[2*ix3+1][2*iy+1]);
 182                         double avgPixelComp = 0.25 * (vComp[2*ix3][2*iy] + vComp[2*ix3+1][2*iy] + vComp[2*ix3][2*iy+1] + vComp[2*ix3+1][2*iy+1]);
 183                         double error = fabs (avgPixel - avgPixelComp);
 184                         if (error > eMax)
 185                                 eMax = error;
 186                 }
 187     }
 188
 189     e = eMax;
 190
 191     return true;
 192 }
 193
 194
 195 bool
 196 ImageFile::printComparativeStatistics (const ImageFile& imComp, std::ostream& os) const
 197 {
 198         double d, r, e;
 199
 200         if (comparativeStatistics (imComp, d, r, e)) {
 201                 os << "  Normalized root mean squared distance (d): " << d << std::endl;
 202                 os << "      Normalized mean absolute distance (r): " << r << std::endl;
 203                 os << "Worst case distance (2x2 pixel average) (e): " << e << std::endl;
 204                 return true;
 205         }
 206         return false;
 207 }
 208
 209
 210 void
 211 ImageFile::printStatistics (std::ostream& os) const
 212 {
 213     double min, max, mean, mode, median, stddev;
 214
 215     statistics (min, max, mean, mode, median, stddev);
 216
 217     os << "   min: " << min << std::endl;
 218     os << "   max: " << max << std::endl;
 219     os << "  mean: " << mean << std::endl;
 220     os << "  mode: " << mode << std::endl;
 221     os << "median: " << median << std::endl;
 222     os << "stddev: " << stddev << std::endl;
 223 }
 224
 225
 226 void
 227 ImageFile::statistics (double& min, double& max, double& mean, double& mode, double& median, double& stddev) const
 228 {
 229     int nx = m_nx;
 230     int ny = m_ny;
 231     ImageFileArrayConst v = getArray();
 232
 233     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 234                 return;
 235 \r
 236         std::vector<double> vecImage;\r
 237         int iVec = 0;\r
 238         vecImage.resize (nx * ny);\r
 239     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {\r
 240                 for (int iy = 0; iy < ny; iy++)\r
 241                         vecImage[iVec++] = v[ix][iy];\r
 242         }\r
 243 \r
 244         vectorNumericStatistics (vecImage, nx * ny, min, max, mean, mode, median, stddev);\r
 245 }
 246
 247
 248 void
 249 ImageFile::getMinMax (double& min, double& max) const
 250 {
 251     int nx = m_nx;
 252     int ny = m_ny;
 253     ImageFileArrayConst v = getArray();
 254
 255     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 256                 return;
 257
 258     min = v[0][0];
 259     max = v[0][0];
 260     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 261                 for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 262                         if (v[ix][iy] > max)
 263                                 max = v[ix][iy];
 264                         if (v[ix][iy] < min)
 265                                 min = v[ix][iy];
 266                 }
 267     }
 268 }
 269 \r
 270 bool\r
 271 ImageFile::subtractImages (const ImageFile& rRHS, ImageFile& result) const\r
 272 {\r
 273   if (m_nx != rRHS.nx() || m_ny != rRHS.ny() || m_nx != result.nx() || m_ny != result.ny()) {\r
 274     sys_error (ERR_WARNING, "Difference sizes of images [ImageFile::subtractImage]");\r
 275     return false;\r
 276   }\r
 277 \r
 278   ImageFileArrayConst vLHS = getArray();\r
 279   ImageFileArrayConst vRHS = rRHS.getArray();\r
 280   ImageFileArray vResult = result.getArray();\r
 281 \r
 282   for (int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {\r
 283     ImageFileColumnConst in1 = vLHS[ix];\r
 284     ImageFileColumnConst in2 = vRHS[ix];\r
 285     ImageFileColumn out = vResult[ix];\r
 286     for (int iy = 0; iy < m_ny; iy++)\r
 287         *out++ = *in1++ - *in2++;\r
 288   }\r
 289 \r
 290     return true;\r
 291 }\r
 292
 293 bool\r
 294 ImageFile::addImages (const ImageFile& rRHS, ImageFile& result) const\r
 295 {\r
 296   if (m_nx != rRHS.nx() || m_ny != rRHS.ny() || m_nx != result.nx() || m_ny != result.ny()) {\r
 297     sys_error (ERR_WARNING, "Difference sizes of images [ImageFile::subtractImage]");\r
 298     return false;\r
 299   }\r
 300 \r
 301   ImageFileArrayConst vLHS = getArray();\r
 302   ImageFileArrayConst vRHS = rRHS.getArray();\r
 303   ImageFileArray vResult = result.getArray();\r
 304 \r
 305   for (int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {\r
 306     ImageFileColumnConst in1 = vLHS[ix];\r
 307     ImageFileColumnConst in2 = vRHS[ix];\r
 308     ImageFileColumn out = vResult[ix];\r
 309     for (int iy = 0; iy < m_ny; iy++)\r
 310         *out++ = *in1++ + *in2++;\r
 311   }\r
 312 \r
 313     return true;\r
 314 }\r
 315 \r
 316 bool\r
 317 ImageFile::multiplyImages (const ImageFile& rRHS, ImageFile& result) const\r
 318 {\r
 319   if (m_nx != rRHS.nx() || m_ny != rRHS.ny() || m_nx != result.nx() || m_ny != result.ny()) {\r
 320     sys_error (ERR_WARNING, "Difference sizes of images [ImageFile::subtractImage]");\r
 321     return false;\r
 322   }\r
 323 \r
 324   ImageFileArrayConst vLHS = getArray();\r
 325   ImageFileArrayConst vRHS = rRHS.getArray();\r
 326   ImageFileArray vResult = result.getArray();\r
 327 \r
 328   for (int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {\r
 329     ImageFileColumnConst in1 = vLHS[ix];\r
 330     ImageFileColumnConst in2 = vRHS[ix];\r
 331     ImageFileColumn out = vResult[ix];\r
 332     for (int iy = 0; iy < m_ny; iy++)\r
 333         *out++ = *in1++ * *in2++;\r
 334   }\r
 335 \r
 336     return true;\r
 337 }\r
 338 \r
 339 bool\r
 340 ImageFile::divideImages (const ImageFile& rRHS, ImageFile& result) const\r
 341 {\r
 342   if (m_nx != rRHS.nx() || m_ny != rRHS.ny() || m_nx != result.nx() || m_ny != result.ny()) {\r
 343     sys_error (ERR_WARNING, "Difference sizes of images [ImageFile::subtractImage]");\r
 344     return false;\r
 345   }\r
 346 \r
 347   ImageFileArrayConst vLHS = getArray();\r
 348   ImageFileArrayConst vRHS = rRHS.getArray();\r
 349   ImageFileArray vResult = result.getArray();\r
 350 \r
 351   for (int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {\r
 352     ImageFileColumnConst in1 = vLHS[ix];\r
 353     ImageFileColumnConst in2 = vRHS[ix];\r
 354     ImageFileColumn out = vResult[ix];\r
 355     for (int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {\r
 356       if (*in2 != 0.)\r
 357         *out++ = *in1++ / *in2++;\r
 358       else\r
 359         *out++ = 0;\r
 360     }\r
 361   }\r
 362 \r
 363     return true;\r
 364 }\r
 365 \r
 366 \r
 367 void
 368 ImageFile::writeImagePGM (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 369 {
 370         FILE *fp;
 371         int nx = m_nx;
 372         int ny = m_ny;
 373         ImageFileArray v = getArray();
 374
 375         unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell];
 376
 377         if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 378                 return;
 379
 380         fprintf(fp, "P5\n");
 381         fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 382         fprintf(fp, "255\n");
 383
 384         for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 385                 for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 386                         int pos = icol * nxcell;
 387                         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 388                         dens = clamp (dens, 0., 1.);
 389                         for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 390                                 rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 391                         }
 392                 }
 393                 for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 394                         for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 395                                 fputc( rowp[ic], fp );
 396                 }
 397         }
 398         \r
 399         delete rowp;
 400         fclose(fp);
 401 }
 402
 403 void
 404 ImageFile::writeImagePGMASCII (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 405 {
 406         FILE *fp;
 407         int nx = m_nx;
 408         int ny = m_ny;
 409         ImageFileArray v = getArray();
 410
 411         unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell];
 412
 413         if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 414                 return;
 415
 416         fprintf(fp, "P2\n");
 417         fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 418         fprintf(fp, "255\n");
 419
 420         for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 421                 for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 422                         int pos = icol * nxcell;
 423                         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 424                         dens = clamp (dens, 0., 1.);
 425                         for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 426                                 rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 427                         }
 428                 }
 429                 for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 430                         for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 431                                 fprintf(fp, "%d ", rowp[ic]);
 432                         fprintf(fp, "\n");
 433                 }
 434         }
 435         \r
 436         delete rowp;
 437         fclose(fp);
 438 }
 439
 440
 441 #ifdef HAVE_PNG
 442 void
 443 ImageFile::writeImagePNG (const char *outfile, int bitdepth, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 444 {
 445         FILE *fp;
 446         png_structp png_ptr;
 447         png_infop info_ptr;
 448         double max_out_level = (1 << bitdepth) - 1;
 449         int nx = m_nx;
 450         int ny = m_ny;
 451         ImageFileArray v = getArray();
 452
 453         unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell * (bitdepth / 8)];
 454
 455         if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 456                 return;
 457
 458         png_ptr = png_create_write_struct (PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL);
 459         if (! png_ptr)
 460                 return;
 461
 462         info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
 463         if (! info_ptr) {
 464                 png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp) NULL);
 465                 fclose(fp);
 466                 return;
 467         }
 468
 469         if (setjmp(png_ptr->jmpbuf)) {
 470                 png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 471                 fclose(fp);
 472                 return;
 473         }
 474
 475         png_init_io(png_ptr, fp);
 476
 477         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);
 478
 479         png_write_info(png_ptr, info_ptr);
 480         for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 481                 png_bytep row_pointer = rowp;
 482
 483                 for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 484                         int pos = icol * nxcell;
 485                         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 486                         dens = clamp (dens, 0., 1.);
 487                         unsigned int outval = static_cast<unsigned int> (dens * max_out_level);
 488
 489                         for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 490                                 if (bitdepth == 8)
 491                                         rowp[p] = outval;
 492                                 else {
 493                                         int rowpos = p * 2;
 494                                         rowp[rowpos] = (outval >> 8) & 0xFF;
 495                                         rowp[rowpos+1] = (outval & 0xFF);
 496                                 }
 497                         }
 498                 }
 499                 for (int ir = 0; ir < nycell; ir++)
 500                         png_write_rows (png_ptr, &row_pointer, 1);
 501         }
 502
 503         png_write_end(png_ptr, info_ptr);
 504         png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 505         delete rowp;\r
 506
 507         fclose(fp);
 508 }
 509 #endif
 510
 511 #ifdef HAVE_GD
 512 #include "gd.h"
 513 static const int N_GRAYSCALE=256;
 514
 515 void
 516 ImageFile::writeImageGIF (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 517 {
 518         gdImagePtr gif;
 519         FILE *out;
 520         int gs_indices[N_GRAYSCALE];
 521         int nx = m_nx;
 522         int ny = m_ny;
 523         ImageFileArray v = getArray();
 524
 525         unsigned char rowp [nx * nxcell];
 526         if (rowp == NULL)
 527                 return;
 528
 529         gif = gdImageCreate(nx * nxcell, ny * nycell);
 530         for (int i = 0; i < N_GRAYSCALE; i++)
 531                 gs_indices[i] = gdImageColorAllocate(gif, i, i, i);
 532
 533         int lastrow = ny * nycell - 1;
 534         for (int irow = 0; irow < ny; irow++) {
 535                 int rpos = irow * nycell;
 536                 for (int ir = rpos; ir < rpos + nycell; ir++) {
 537                         for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 538                                 int cpos = icol * nxcell;
 539                                 double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 540                                 dens = clamp(dens, 0., 1.);
 541                                 for (int ic = cpos; ic < cpos + nxcell; ic++) {
 542                                         rowp[ic] = (unsigned int) (dens * (double) (N_GRAYSCALE - 1));
 543                                         gdImageSetPixel(gif, ic, lastrow - ir, gs_indices[rowp[ic]]);
 544                                 }
 545                         }
 546                 }
 547         }
 548
 549         if ((out = fopen(outfile,"w")) == NULL) {
 550                 sys_error(ERR_FATAL, "Error opening output file %s for writing", outfile);
 551                 return (1);
 552         }
 553         gdImageGif(gif,out);
 554         fclose(out);
 555         gdImageDestroy(gif);
 556 }
 557 #endif
 558