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 1.17 2000/12/06 01:46:43 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, 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 << endl;
 202     os << "      Normalized mean absolute distance (r): " << r << endl;
 203     os << "Worst case distance (2x2 pixel average) (e): " << e << endl;
 204     return true;
 205   }
 206   return false;
 207 }
 208
 209
 210 void
 211 ImageFile::printStatistics (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 << endl;
 218     os << "   max: " << max << endl;
 219     os << "  mean: " << mean << endl;
 220     os << "  mode: " << mode << endl;
 221     os << "median: " << median << endl;
 222     os << "stddev: " << stddev << 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
 236     mean = 0;
 237     min = v[0][0];
 238     max = v[0][0];
 239     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 240       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 241         if (v[ix][iy] > max)
 242           max = v[ix][iy];
 243         if (v[ix][iy] < min)
 244           min = v[ix][iy];
 245         mean += v[ix][iy];
 246       }
 247     }
 248     mean /= (nx * ny);
 249
 250     static const int nbin = 1024;
 251     int hist[ nbin ] = {0};
 252     double spread = max - min;
 253     mode = 0;
 254     stddev = 0;
 255     for (int ix4 = 0; ix4 < nx; ix4++) {
 256       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 257         int b = static_cast<int>((((v[ix4][iy] - min) / spread) * (nbin - 1)) + 0.5);
 258         hist[b]++;
 259         double diff = (v[ix][iy] - mean);
 260         stddev += diff * diff;
 261         }
 262     }
 263     stddev = sqrt(stddev / (nx * ny));
 264
 265     int max_binindex = 0;
 266     int max_bin = -1;
 267     for (int ibin = 0; ibin < nbin; ibin++) {
 268       if (hist[ibin] > max_bin) {
 269         max_bin = hist[ibin];
 270         max_binindex = ibin;
 271       }
 272     }
 273
 274     mode = (max_binindex * spread / (nbin - 1)) + min;
 275
 276     int nPixels = nx * ny;
 277     list<double> vecImage;
 278     for (int ix5 = 0; ix5 < nx; ix5++)
 279       for (int iy = 0; iy < ny; iy++)
 280         vecImage.push_front (v[ix5][iy]);
 281     vecImage.sort();
 282     list<double>::const_iterator iter = vecImage.begin();
 283     for (int i = 0; i < (nPixels / 2) - 1; i++)
 284       iter++; // Advance iterator to (nPixels / 2) - 1;
 285
 286     if (nPixels % 2) {  // Odd
 287       iter++;
 288       median = *iter;
 289     } else                // Even
 290       median = (*iter++ + *iter) / 2;
 291 }
 292
 293
 294 void
 295 ImageFile::getMinMax (double& min, double& max) const
 296 {
 297     int nx = m_nx;
 298     int ny = m_ny;
 299     ImageFileArrayConst v = getArray();
 300
 301     if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
 302       return;
 303
 304     min = v[0][0];
 305     max = v[0][0];
 306     for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
 307       for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 308         if (v[ix][iy] > max)
 309           max = v[ix][iy];
 310         if (v[ix][iy] < min)
 311           min = v[ix][iy];
 312       }
 313     }
 314 }
 315
 316 void
 317 ImageFile::writeImagePGM (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 318 {
 319   FILE *fp;
 320   int nx = m_nx;
 321   int ny = m_ny;
 322   ImageFileArray v = getArray();
 323
 324   unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell];
 325
 326   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 327      return;
 328
 329   fprintf(fp, "P5\n");
 330   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 331   fprintf(fp, "255\n");
 332
 333   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 334     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 335       int pos = icol * nxcell;
 336       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 337       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 338       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 339         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 340       }
 341     }
 342     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 343       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 344         fputc( rowp[ic], fp );
 345     }
 346   }
 347 \r
 348   delete rowp;
 349   fclose(fp);
 350 }
 351
 352 void
 353 ImageFile::writeImagePGMASCII (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 354 {
 355   FILE *fp;
 356   int nx = m_nx;
 357   int ny = m_ny;
 358   ImageFileArray v = getArray();
 359
 360   unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell];
 361
 362   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 363      return;
 364
 365   fprintf(fp, "P2\n");
 366   fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
 367   fprintf(fp, "255\n");
 368
 369   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 370     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 371       int pos = icol * nxcell;
 372       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 373       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 374       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 375         rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
 376       }
 377     }
 378     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
 379       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++)
 380         fprintf(fp, "%d ", rowp[ic]);
 381       fprintf(fp, "\n");
 382     }
 383   }
 384 \r
 385   delete rowp;
 386   fclose(fp);
 387 }
 388
 389
 390 #ifdef HAVE_PNG
 391 void
 392 ImageFile::writeImagePNG (const char *outfile, int bitdepth, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 393 {
 394   FILE *fp;
 395   png_structp png_ptr;
 396   png_infop info_ptr;
 397   double max_out_level = (1 << bitdepth) - 1;
 398   int nx = m_nx;
 399   int ny = m_ny;
 400   ImageFileArray v = getArray();
 401
 402   unsigned char rowp [nx * nxcell * (bitdepth / 8)];
 403
 404   if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
 405      return;
 406
 407   png_ptr = png_create_write_struct (PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL);
 408   if (! png_ptr)
 409     return;
 410
 411   info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
 412   if (! info_ptr) {
 413     png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp) NULL);
 414     fclose(fp);
 415     return;
 416   }
 417
 418   if (setjmp(png_ptr->jmpbuf)) {
 419     png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 420     fclose(fp);
 421     return;
 422   }
 423
 424   png_init_io(png_ptr, fp);
 425
 426   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);
 427
 428   png_write_info(png_ptr, info_ptr);
 429   for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
 430     png_bytep row_pointer = rowp;
 431
 432     for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 433       int pos = icol * nxcell;
 434       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 435       dens = clamp (dens, 0., 1.);
 436       unsigned int outval = static_cast<unsigned int> (dens * max_out_level);
 437
 438       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
 439         if (bitdepth == 8)
 440           rowp[p] = outval;
 441         else {
 442           int rowpos = p * 2;
 443           rowp[rowpos] = (outval >> 8) & 0xFF;
 444           rowp[rowpos+1] = (outval & 0xFF);
 445         }
 446       }
 447     }
 448     for (int ir = 0; ir < nycell; ir++)
 449       png_write_rows (png_ptr, &row_pointer, 1);
 450   }
 451
 452   png_write_end(png_ptr, info_ptr);
 453   png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
 454
 455   fclose(fp);
 456 }
 457 #endif
 458
 459 #ifdef HAVE_GD
 460 #include "gd.h"
 461 static const int N_GRAYSCALE=256;
 462
 463 void
 464 ImageFile::writeImageGIF (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 465 {
 466   gdImagePtr gif;
 467   FILE *out;
 468   int gs_indices[N_GRAYSCALE];
 469   int nx = m_nx;
 470   int ny = m_ny;
 471   ImageFileArray v = getArray();
 472
 473   unsigned char rowp [nx * nxcell];
 474   if (rowp == NULL)
 475     return;
 476
 477   gif = gdImageCreate(nx * nxcell, ny * nycell);
 478   for (int i = 0; i < N_GRAYSCALE; i++)
 479     gs_indices[i] = gdImageColorAllocate(gif, i, i, i);
 480
 481   int lastrow = ny * nycell - 1;
 482   for (int irow = 0; irow < ny; irow++) {
 483     int rpos = irow * nycell;
 484     for (int ir = rpos; ir < rpos + nycell; ir++) {
 485       for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
 486         int cpos = icol * nxcell;
 487         double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
 488         dens = clamp(dens, 0., 1.);
 489         for (int ic = cpos; ic < cpos + nxcell; ic++) {
 490           rowp[ic] = (unsigned int) (dens * (double) (N_GRAYSCALE - 1));
 491           gdImageSetPixel(gif, ic, lastrow - ir, gs_indices[rowp[ic]]);
 492         }
 493       }
 494     }
 495   }
 496
 497   if ((out = fopen(outfile,"w")) == NULL) {
 498     sys_error(ERR_FATAL, "Error opening output file %s for writing", outfile);
 499     return (1);
 500   }
 501   gdImageGif(gif,out);
 502   fclose(out);
 503   gdImageDestroy(gif);
 504 }
 505 #endif
 506