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 1.14 2000/11/22 07:17:06 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 #else
  98     return 0;
  99 #endif
 100 }
 101
 102
 103
 104 // ImageFile::comparativeStatistics    Calculate comparative stats
 105 //
 106 // OUTPUT
 107 //   d   Normalized root mean squared distance measure
 108 //   r   Normalized mean absolute distance measure
 109 //   e   Worst case distance measure
 110 //
 111 // REFERENCES
 112 //  G.T. Herman, Image Reconstruction From Projections, 1980
 113
 114 bool
 115 ImageFile::comparativeStatistics (const ImageFile& imComp, double& d, double& r, double& e) const
 116 {
 117     if (imComp.nx() != m_nx && imComp.ny() != m_ny) {
 118         sys_error (ERR_WARNING, "Image sizes differ [ImageFile::comparativeStatistics]");
 119         return false;
 120     }
 121     ImageFileArrayConst v = getArray();
 122     if (v == NULL || m_nx == 0 || m_ny == 0)
 123       return false;
 124
 125     ImageFileArrayConst vComp = imComp.getArray();
 126
 127     double myMean = 0.;
 128     for (unsigned int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 129         for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 130             myMean += v[ix][iy];
 131         }
 132     }
 133     myMean /= (m_nx * m_ny);
 134
 135     double sqErrorSum = 0.;
 136     double absErrorSum = 0.;
 137     double sqDiffFromMeanSum = 0.;
 138     double absValueSum = 0.;
 139     for (unsigned int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 140         for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 141             double diff = v[ix][iy] - vComp[ix][iy];
 142             sqErrorSum += diff * diff;
 143             absErrorSum += fabs(diff);
 144             double diffFromMean = v[ix][iy] - myMean;
 145             sqDiffFromMeanSum += diffFromMean * diffFromMean;
 146             absValueSum += fabs(v[ix][iy]);
 147         }
 148     }
 149
 150     d = sqrt (sqErrorSum / sqDiffFromMeanSum);
 151     r = absErrorSum / absValueSum;
 152
 153     int hx = m_nx / 2;
 154     int hy = m_ny / 2;
 155     double eMax = -1;
 156     for (int ix = 0; ix < hx; ix++) {
 157       for (int iy = 0; iy < hy; iy++) {
 158         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]);
 159         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]);
 160         double error = fabs (avgPixel - avgPixelComp);
 161         if (error > eMax)
 162           eMax = error;
 163       }
 164     }
 165
 166     e = eMax;
 167
 168     return true;
 169 }
 170
 171
 172 bool
 173 ImageFile::printComparativeStatistics (const ImageFile& imComp, ostream& os) const
 174 {
 175   double d, r, e;
 176
 177   if (comparativeStatistics (imComp, d, r, e)) {
 178     os << "  Normalized root mean squared distance (d): " << d << endl;
 179     os << "      Normalized mean absolute distance (r): " << r << endl;
 180     os << "Worst case distance (2x2 pixel average) (e): " << e << endl;
 181     return true;
 182   }
 183   return false;
 184 }
 185
 186
 187 void
 188 ImageFile::printStatistics (ostream& os) const
 189 {
 190     double min, max, mean, mode, median, stddev;
 191
 192     statistics (min, max, mean, mode, median, stddev);
 193
 194     os << "   min: " << min << endl;
 195     os << "   max: " << max << endl;
 196     os << "  mean: " << mean << endl;
 197     os << "  mode: " << mode << endl;
 198     os << "median: " << median << endl;
 199     os << "stddev: " << stddev << endl;
 200 }
 201
 202
 203 void
 204 ImageFile::statistics (double& min, double& max, double& mean, double& mode, double& median, double& stddev) const
 205 {
 206     int nx = m_nx;
 207     int ny = m_ny;
 208     ImageFileArrayConst v = getArray();
 209
 210     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 211       return;
 212
 213     mean = 0;
 214     min = v[0][0];
 215     max = v[0][0];
 216     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 217       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 218         if (v[ix][iy] > max)
 219           max = v[ix][iy];
 220         if (v[ix][iy] < min)
 221           min = v[ix][iy];
 222         mean += v[ix][iy];
 223       }
 224     }
 225     mean /= (nx * ny);
 226
 227     static const int nbin = 1024;
 228     int hist[ nbin ] = {0};
 229     double spread = max - min;
 230     mode = 0;
 231     stddev = 0;
 232     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 233       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 234         int b = static_cast<int>((((v[ix][iy] - min) / spread) * (nbin - 1)) + 0.5);
 235         hist[b]++;
 236         double diff = (v[ix][iy] - mean);
 237         stddev += diff * diff;
 238         }
 239     }
 240     stddev = sqrt(stddev / (nx * ny));
 241
 242     int max_binindex = 0;
 243     int max_bin = -1;
 244     for (int ibin = 0; ibin < nbin; ibin++) {
 245       if (hist[ibin] > max_bin) {
 246         max_bin = hist[ibin];
 247         max_binindex = ibin;
 248       }
 249     }
 250
 251     mode = (max_binindex * spread / (nbin - 1)) + min;
 252
 253     int nPixels = nx * ny;
 254     slist<double> vecImage;
 255     for (int ix = 0; ix < nx; ix++)
 256       for (int iy = 0; iy < ny; iy++)
 257         vecImage.push_front (v[ix][iy]);
 258     vecImage.sort();
 259     slist<double>::const_iterator iter = vecImage.begin();
 260     for (int i = 0; i < (nPixels / 2) - 1; i++)
 261       iter++; // Advance iterator to (nPixels / 2) - 1;
 262
 263     if (nPixels % 2) {  // Odd
 264       iter++;
 265       median = *iter;
 266     } else                // Even
 267       median = (*iter++ + *iter) / 2;
 268 }
 269
 270
 271 void
 272 ImageFile::getMinMax (double& min, double& max) const
 273 {
 274     int nx = m_nx;
 275     int ny = m_ny;
 276     ImageFileArrayConst v = getArray();
 277
 278     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 279       return;
 280
 281     min = v[0][0];
 282     max = v[0][0];
 283     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 284       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 285         if (v[ix][iy] > max)
 286           max = v[ix][iy];
 287         if (v[ix][iy] < min)
 288           min = v[ix][iy];
 289       }
 290     }
 291 }
 292
 293 void
 294 ImageFile::writeImagePGM (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 295 {
 296   FILE *fp;
 297   int nx = m_nx;
 298   int ny = m_ny;
 299   ImageFileArray v = getArray();
 300
 301   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 302
 303   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 304      return;
 305
 306   fprintf(fp, "P5\n");
 307   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 308   fprintf(fp, "255\n");
 309
 310   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 311     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 312       int pos = icol * nxcell;
 313       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 314       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 315       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 316         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 317       }
 318     }
 319     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 320       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 321         fprintf(fp, "%c", rowp[ic]);
 322     }
 323   }
 324
 325   fclose(fp);
 326 }
 327
 328 void
 329 ImageFile::writeImagePGMASCII (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 330 {
 331   FILE *fp;
 332   int nx = m_nx;
 333   int ny = m_ny;
 334   ImageFileArray v = getArray();
 335
 336   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 337
 338   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 339      return;
 340
 341   fprintf(fp, "P2\n");
 342   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 343   fprintf(fp, "255\n");
 344
 345   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 346     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 347       int pos = icol * nxcell;
 348       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 349       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 350       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 351         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 352       }
 353     }
 354     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 355       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 356         fprintf(fp, "%d ", rowp[ic]);
 357       fprintf(fp, "\n");
 358     }
 359   }
 360
 361   fclose(fp);
 362 }
 363
 364
 365 #ifdef HAVE_PNG
 366 void
 367 ImageFile::writeImagePNG (const char *outfile, int bitdepth, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 368 {
 369   FILE *fp;
 370   png_structp png_ptr;
 371   png_infop info_ptr;
 372   double max_out_level = (1 << bitdepth) - 1;
 373   int nx = m_nx;
 374   int ny = m_ny;
 375   ImageFileArray v = getArray();
 376
 377   unsigned char rowp [nx * nxcell * (bitdepth / 8)];
 378
 379   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 380      return;
 381
 382   png_ptr = png_create_write_struct (PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL);
 383   if (! png_ptr)
 384     return;
 385
 386   info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
 387   if (! info_ptr) {
 388     png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp) NULL);
 389     fclose(fp);
 390     return;
 391   }
 392
 393   if (setjmp(png_ptr->jmpbuf)) {
 394     png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 395     fclose(fp);
 396     return;
 397   }
 398
 399   png_init_io(png_ptr, fp);
 400
 401   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);
 402
 403   png_write_info(png_ptr, info_ptr);
 404   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 405     png_bytep row_pointer = rowp;
 406
 407     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 408       int pos = icol * nxcell;
 409       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 410       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 411       unsigned int outval = static_cast<unsigned int> (dens * max_out_level);
 412
 413       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 414         if (bitdepth == 8)
 415           rowp[p] = outval;
 416         else {
 417           int rowpos = p * 2;
 418           rowp[rowpos] = (outval >> 8) & 0xFF;
 419           rowp[rowpos+1] = (outval & 0xFF);
 420         }
 421       }
 422     }
 423     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++)
 424       png_write_rows (png_ptr, &row_pointer, 1);
 425   }
 426
 427   png_write_end(png_ptr, info_ptr);
 428   png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 429
 430   fclose(fp);
 431 }
 432 #endif
 433
 434 #ifdef HAVE_GD
 435 #include "gd.h"
 436 static const int N_GRAYSCALE=256;
 437
 438 void
 439 ImageFile::writeImageGIF (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 440 {
 441   gdImagePtr gif;
 442   FILE *out;
 443   int gs_indices[N_GRAYSCALE];
 444   int nx = m_nx;
 445   int ny = m_ny;
 446   ImageFileArray v = getArray();
 447
 448   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 449   if (rowp == NULL)
 450     return;
 451
 452   gif = gdImageCreate(nx * nxcell, ny * nycell);
 453   for (int i = 0; i < N_GRAYSCALE; i++)
 454     gs_indices[i] = gdImageColorAllocate(gif, i, i, i);
 455
 456   int lastrow = ny * nycell - 1;
 457   for (int irow = 0; irow < ny; irow++) {
 458     int rpos = irow * nycell;
 459     for (int ir = rpos; ir < rpos + nycell; ir++) {
 460       for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 461         int cpos = icol * nxcell;
 462         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 463         dens = clamp(dens, 0., 1.);
 464         for (int ic = cpos; ic < cpos + nxcell; ic++) {
 465           rowp[ic] = (unsigned int) (dens * (double) (N_GRAYSCALE - 1));
 466           gdImageSetPixel(gif, ic, lastrow - ir, gs_indices[rowp[ic]]);
 467         }
 468       }
 469     }
 470   }
 471
 472   if ((out = fopen(outfile,"w")) == NULL) {
 473     sys_error(ERR_FATAL, "Error opening output file %s for writing", outfile);
 474     return (1);
 475   }
 476   gdImageGif(gif,out);
 477   fclose(out);
 478   gdImageDestroy(gif);
 479 }
 480 #endif
 481