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 1.22 2000/12/20 20:08:48 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 (nx * ny);\r
 237     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {\r
 238                 for (int iy = 0; iy < ny; iy++)\r
 239                         vecImage.push_back (v[ix][iy]);\r
 240         }\r
 241 \r
 242         vectorNumericStatistics (vecImage, min, max, mean, mode, median, stddev);\r
 243 }
 244
 245
 246 void
 247 ImageFile::getMinMax (double& min, double& max) const
 248 {
 249     int nx = m_nx;
 250     int ny = m_ny;
 251     ImageFileArrayConst v = getArray();
 252
 253     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 254                 return;
 255
 256     min = v[0][0];
 257     max = v[0][0];
 258     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 259                 for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 260                         if (v[ix][iy] > max)
 261                                 max = v[ix][iy];
 262                         if (v[ix][iy] < min)
 263                                 min = v[ix][iy];
 264                 }
 265     }
 266 }
 267
 268 void
 269 ImageFile::writeImagePGM (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 270 {
 271         FILE *fp;
 272         int nx = m_nx;
 273         int ny = m_ny;
 274         ImageFileArray v = getArray();
 275
 276         unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell];
 277
 278         if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 279                 return;
 280
 281         fprintf(fp, "P5\n");
 282         fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 283         fprintf(fp, "255\n");
 284
 285         for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 286                 for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 287                         int pos = icol * nxcell;
 288                         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 289                         dens = clamp (dens, 0., 1.);
 290                         for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 291                                 rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 292                         }
 293                 }
 294                 for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 295                         for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 296                                 fputc( rowp[ic], fp );
 297                 }
 298         }
 299         \r
 300         delete rowp;
 301         fclose(fp);
 302 }
 303
 304 void
 305 ImageFile::writeImagePGMASCII (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 306 {
 307         FILE *fp;
 308         int nx = m_nx;
 309         int ny = m_ny;
 310         ImageFileArray v = getArray();
 311
 312         unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell];
 313
 314         if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 315                 return;
 316
 317         fprintf(fp, "P2\n");
 318         fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 319         fprintf(fp, "255\n");
 320
 321         for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 322                 for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 323                         int pos = icol * nxcell;
 324                         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 325                         dens = clamp (dens, 0., 1.);
 326                         for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 327                                 rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 328                         }
 329                 }
 330                 for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 331                         for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 332                                 fprintf(fp, "%d ", rowp[ic]);
 333                         fprintf(fp, "\n");
 334                 }
 335         }
 336         \r
 337         delete rowp;
 338         fclose(fp);
 339 }
 340
 341
 342 #ifdef HAVE_PNG
 343 void
 344 ImageFile::writeImagePNG (const char *outfile, int bitdepth, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 345 {
 346         FILE *fp;
 347         png_structp png_ptr;
 348         png_infop info_ptr;
 349         double max_out_level = (1 << bitdepth) - 1;
 350         int nx = m_nx;
 351         int ny = m_ny;
 352         ImageFileArray v = getArray();
 353
 354         unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell * (bitdepth / 8)];
 355
 356         if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 357                 return;
 358
 359         png_ptr = png_create_write_struct (PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL);
 360         if (! png_ptr)
 361                 return;
 362
 363         info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
 364         if (! info_ptr) {
 365                 png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp) NULL);
 366                 fclose(fp);
 367                 return;
 368         }
 369
 370         if (setjmp(png_ptr->jmpbuf)) {
 371                 png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 372                 fclose(fp);
 373                 return;
 374         }
 375
 376         png_init_io(png_ptr, fp);
 377
 378         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);
 379
 380         png_write_info(png_ptr, info_ptr);
 381         for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 382                 png_bytep row_pointer = rowp;
 383
 384                 for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 385                         int pos = icol * nxcell;
 386                         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 387                         dens = clamp (dens, 0., 1.);
 388                         unsigned int outval = static_cast<unsigned int> (dens * max_out_level);
 389
 390                         for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 391                                 if (bitdepth == 8)
 392                                         rowp[p] = outval;
 393                                 else {
 394                                         int rowpos = p * 2;
 395                                         rowp[rowpos] = (outval >> 8) & 0xFF;
 396                                         rowp[rowpos+1] = (outval & 0xFF);
 397                                 }
 398                         }
 399                 }
 400                 for (int ir = 0; ir < nycell; ir++)
 401                         png_write_rows (png_ptr, &row_pointer, 1);
 402         }
 403
 404         png_write_end(png_ptr, info_ptr);
 405         png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 406         delete rowp;\r
 407
 408         fclose(fp);
 409 }
 410 #endif
 411
 412 #ifdef HAVE_GD
 413 #include "gd.h"
 414 static const int N_GRAYSCALE=256;
 415
 416 void
 417 ImageFile::writeImageGIF (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 418 {
 419         gdImagePtr gif;
 420         FILE *out;
 421         int gs_indices[N_GRAYSCALE];
 422         int nx = m_nx;
 423         int ny = m_ny;
 424         ImageFileArray v = getArray();
 425
 426         unsigned char rowp [nx * nxcell];
 427         if (rowp == NULL)
 428                 return;
 429
 430         gif = gdImageCreate(nx * nxcell, ny * nycell);
 431         for (int i = 0; i < N_GRAYSCALE; i++)
 432                 gs_indices[i] = gdImageColorAllocate(gif, i, i, i);
 433
 434         int lastrow = ny * nycell - 1;
 435         for (int irow = 0; irow < ny; irow++) {
 436                 int rpos = irow * nycell;
 437                 for (int ir = rpos; ir < rpos + nycell; ir++) {
 438                         for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 439                                 int cpos = icol * nxcell;
 440                                 double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 441                                 dens = clamp(dens, 0., 1.);
 442                                 for (int ic = cpos; ic < cpos + nxcell; ic++) {
 443                                         rowp[ic] = (unsigned int) (dens * (double) (N_GRAYSCALE - 1));
 444                                         gdImageSetPixel(gif, ic, lastrow - ir, gs_indices[rowp[ic]]);
 445                                 }
 446                         }
 447                 }
 448         }
 449
 450         if ((out = fopen(outfile,"w")) == NULL) {
 451                 sys_error(ERR_FATAL, "Error opening output file %s for writing", outfile);
 452                 return (1);
 453         }
 454         gdImageGif(gif,out);
 455         fclose(out);
 456         gdImageDestroy(gif);
 457 }
 458 #endif
 459