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 1.7 2000/07/11 10:32:44 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)
  51 {
  52     double pmin, pmax;
  53
  54     //    getPixelValueRange (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)
  61 {
  62     int grayscale[256];
  63     int nx = m_nx;
  64     int ny = m_ny;
  65     ImageFileArray v = getArray();
  66
  67 #if HAVE_G2_H
  68     int pens [nx * ny * scale * scale ];
  69
  70     double view_scale = 255 / (pmax - pmin);
  71     int id_X11 = g2_open_X11 (nx * scale, ny * scale);
  72
  73     for (int i = 0; i < 256; i++) {
  74         double cval = i / 255.;
  75         grayscale[i] = g2_ink (id_X11, cval, cval, cval);
  76     }
  77
  78     for (int i= 0, iy = ny - 1; iy >= 0; iy--) {
  79         for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
  80             int cval = static_cast<int>((v[ix][iy] - pmin) * view_scale);
  81             if (cval < 0)
  82               cval = 0;
  83             else if (cval > 255)
  84               cval = 255;
  85             pens[i++] = grayscale[cval];
  86         }
  87     }
  88
  89     g2_image (id_X11, 0., 0., nx, ny, pens);
  90
  91     return (id_X11);
  92
  93 #endif
  94 }
  95
  96
  97
  98 // ImageFile::comparativeStatistics    Calculate comparative stats
  99 //
 100 // OUTPUT
 101 //   d   Normalized root mean squared distance measure
 102 //   r   Normalized mean absolute distance measure
 103 //   e   Worst case distance measure
 104 //
 105 // REFERENCES
 106 //  G.T. Herman, Image Reconstruction From Projections, 1980
 107
 108 bool
 109 ImageFile::comparativeStatistics (const ImageFile& imComp, double& d, double& r, double& e) const
 110 {
 111     if (imComp.nx() != m_nx && imComp.ny() != m_ny) {
 112         sys_error (ERR_WARNING, "Image sizes differ [ImageFile::comparativeStatistics]");
 113         return false;
 114     }
 115     ImageFileArrayConst v = getArray();
 116     ImageFileArrayConst vComp = imComp.getArray();
 117
 118     double myMean = 0.;
 119     for (int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 120         for (int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 121             myMean += v[ix][iy];
 122         }
 123     }
 124     myMean /= (m_nx * m_ny);
 125
 126     double sqErrorSum = 0.;
 127     double absErrorSum = 0.;
 128     double sqDiffFromMeanSum = 0.;
 129     double absValueSum = 0.;
 130     for (int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
 131         for (int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
 132             double diff = v[ix][iy] - vComp[ix][iy];
 133             sqErrorSum += diff * diff;
 134             absErrorSum += fabs(diff);
 135             double diffFromMean = v[ix][iy] - myMean;
 136             sqDiffFromMeanSum += diffFromMean * diffFromMean;
 137             absValueSum += fabs(v[ix][iy]);
 138         }
 139     }
 140
 141     d = sqrt (sqErrorSum / sqDiffFromMeanSum);
 142     r = absErrorSum / absValueSum;
 143
 144     int hx = m_nx / 2;
 145     int hy = m_ny / 2;
 146     double eMax = -1;
 147     for (int ix = 0; ix < hx; ix++) {
 148       for (int iy = 0; iy < hy; iy++) {
 149         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]);
 150         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]);
 151         double error = fabs (avgPixel - avgPixelComp);
 152         if (error > eMax)
 153           eMax = error;
 154       }
 155     }
 156
 157     e = eMax;
 158
 159     return true;
 160 }
 161
 162
 163 bool
 164 ImageFile::printComparativeStatistics (const ImageFile& imComp, ostream& os) const
 165 {
 166   double d, r, e;
 167
 168   if (comparativeStatistics (imComp, d, r, e)) {
 169     os << "  Normalized root mean squared distance (d): " << d << endl;
 170     os << "      Normalized mean absolute distance (r): " << r << endl;
 171     os << "Worst case distance (2x2 pixel average) (e): " << e << endl;
 172   }
 173 }
 174
 175
 176 void
 177 ImageFile::printStatistics (ostream& os) const
 178 {
 179     double min, max, mean, mode, median, stddev;
 180
 181     statistics (min, max, mean, mode, median, stddev);
 182
 183     os << "   min: " << min << endl;
 184     os << "   max: " << max << endl;
 185     os << "  mean: " << mean << endl;
 186     os << "  mode: " << mode << endl;
 187     os << "median: " << median << endl;
 188     os << "stddev: " << stddev << endl;
 189 }
 190
 191
 192 void
 193 ImageFile::statistics (double& min, double& max, double& mean, double& mode, double& median, double& stddev) const
 194 {
 195     int nx = m_nx;
 196     int ny = m_ny;
 197     ImageFileArrayConst v = getArray();
 198
 199     mean = 0;
 200     min = v[0][0];
 201     max = v[0][0];
 202     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 203       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 204         if (v[ix][iy] > max)
 205           max = v[ix][iy];
 206         if (v[ix][iy] < min)
 207           min = v[ix][iy];
 208         mean += v[ix][iy];
 209       }
 210     }
 211     mean /= (nx * ny);
 212
 213     static const int nbin = 256;
 214     int hist[ nbin ] = {0};
 215     double spread = max - min;
 216     mode = 0;
 217     stddev = 0;
 218     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 219       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 220         int b = static_cast<int>((((v[ix][iy] - min) / spread) * (nbin - 1)) + 0.5);
 221         hist[b]++;
 222         double diff = (v[ix][iy] - mean);
 223         stddev += diff * diff;
 224         }
 225     }
 226     stddev = sqrt(stddev / (nx * ny));
 227
 228     int max_binindex = 0;
 229     int max_bin = -1;
 230     for (int ibin = 0; ibin < nbin; ibin++) {
 231       if (hist[ibin] > max_bin) {
 232         max_bin = hist[ibin];
 233         max_binindex = ibin;
 234       }
 235     }
 236
 237     mode = (max_binindex * spread / (nbin - 1)) + min;
 238
 239     median = 0.;
 240 }
 241
 242
 243 void
 244 ImageFile::writeImagePGM (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 245 {
 246   FILE *fp;
 247   int nx = m_nx;
 248   int ny = m_ny;
 249   ImageFileArray v = getArray();
 250
 251   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 252
 253   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 254      return;
 255
 256   fprintf(fp, "P5\n");
 257   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 258   fprintf(fp, "255\n");
 259
 260   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 261     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 262       int pos = icol * nxcell;
 263       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 264       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 265       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 266         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 267       }
 268     }
 269     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 270       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 271         fprintf(fp, "%c ", rowp[ic]);
 272     }
 273   }
 274
 275   fclose(fp);
 276 }
 277
 278 void
 279 ImageFile::writeImagePGMASCII (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 280 {
 281   FILE *fp;
 282   int nx = m_nx;
 283   int ny = m_ny;
 284   ImageFileArray v = getArray();
 285
 286   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 287   if (rowp == NULL)
 288     return;
 289
 290   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 291      return;
 292
 293   fprintf(fp, "P2\n");
 294   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 295   fprintf(fp, "255\n");
 296
 297   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 298     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 299       int pos = icol * nxcell;
 300       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 301       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 302       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 303         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 304       }
 305     }
 306     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 307       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 308         fprintf(fp, "%d ", rowp[ic]);
 309       fprintf(fp, "\n");
 310     }
 311   }
 312
 313   fclose(fp);
 314 }
 315
 316
 317 #ifdef HAVE_PNG
 318 void
 319 ImageFile::writeImagePNG (const char *outfile, int bitdepth, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 320 {
 321   FILE *fp;
 322   png_structp png_ptr;
 323   png_infop info_ptr;
 324   double max_out_level = (1 << bitdepth) - 1;
 325   int nx = m_nx;
 326   int ny = m_ny;
 327   ImageFileArray v = getArray();
 328
 329   unsigned char rowp [nx * nxcell * (bitdepth / 8)];
 330
 331   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 332      return;
 333
 334   png_ptr = png_create_write_struct (PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL);
 335   if (! png_ptr)
 336     return;
 337
 338   info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
 339   if (! info_ptr) {
 340     png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp) NULL);
 341     fclose(fp);
 342     return;
 343   }
 344
 345   if (setjmp(png_ptr->jmpbuf)) {
 346     png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 347     fclose(fp);
 348     return;
 349   }
 350
 351   png_init_io(png_ptr, fp);
 352
 353   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);
 354
 355   png_write_info(png_ptr, info_ptr);
 356   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 357     png_bytep row_pointer = rowp;
 358
 359     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 360       int pos = icol * nxcell;
 361       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 362       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 363       unsigned int outval = static_cast<unsigned int> (dens * max_out_level);
 364
 365       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 366         if (bitdepth == 8)
 367           rowp[p] = outval;
 368         else {
 369           int rowpos = p * 2;
 370           rowp[rowpos] = (outval >> 8) & 0xFF;
 371           rowp[rowpos+1] = (outval & 0xFF);
 372         }
 373       }
 374     }
 375     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++)
 376       png_write_rows (png_ptr, &row_pointer, 1);
 377   }
 378
 379   png_write_end(png_ptr, info_ptr);
 380   png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 381
 382   fclose(fp);
 383 }
 384 #endif
 385
 386 #ifdef HAVE_GD
 387 #include "gd.h"
 388 static const int N_GRAYSCALE=256;
 389
 390 void
 391 ImageFile::writeImageGIF (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 392 {
 393   gdImagePtr gif;
 394   FILE *out;
 395   int gs_indices[N_GRAYSCALE];
 396   int nx = m_nx;
 397   int ny = m_ny;
 398   ImageFileArray v = getArray();
 399
 400   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 401   if (rowp == NULL)
 402     return;
 403
 404   gif = gdImageCreate(nx * nxcell, ny * nycell);
 405   for (int i = 0; i < N_GRAYSCALE; i++)
 406     gs_indices[i] = gdImageColorAllocate(gif, i, i, i);
 407
 408   int lastrow = ny * nycell - 1;
 409   for (int irow = 0; irow < ny; irow++) {
 410     int rpos = irow * nycell;
 411     for (int ir = rpos; ir < rpos + nycell; ir++) {
 412       for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 413         int cpos = icol * nxcell;
 414         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 415         dens = clamp(dens, 0., 1.);
 416         for (int ic = cpos; ic < cpos + nxcell; ic++) {
 417           rowp[ic] = (unsigned int) (dens * (double) (N_GRAYSCALE - 1));
 418           gdImageSetPixel(gif, ic, lastrow - ir, gs_indices[rowp[ic]]);
 419         }
 420       }
 421     }
 422   }
 423
 424   if ((out = fopen(outfile,"w")) == NULL) {
 425     sys_error(ERR_FATAL, "Error opening output file %s for writing", outfile);
 426     return (1);
 427   }
 428   gdImageGif(gif,out);
 429   fclose(out);
 430   gdImageDestroy(gif);
 431 }
 432 #endif
 433