libctsim/projections.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **   Name:         projections.cpp         Projection data classes
   5 **   Programmer:   Kevin Rosenberg
   6 **   Date Started: Aug 84
   7 **
   8 **  This is part of the CTSim program
   9 **  Copyright (c) 1983-2001 Kevin Rosenberg
  10 **
  11 **  $Id: projections.cpp,v 1.62 2001/03/13 04:44:25 kevin Exp $
  12 **
  13 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  14 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  15 **  published by the Free Software Foundation.
  16 **
  17 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  18 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20 **  GNU General Public License for more details.
  21 **
  22 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  23 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  24 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  25 ******************************************************************************/
  26
  27 #include "ct.h"
  28
  29 const kuint16 Projections::m_signature = ('P'*256 + 'J');
  30
  31 const int Projections::POLAR_INTERP_INVALID = -1;
  32 const int Projections::POLAR_INTERP_NEAREST = 0;
  33 const int Projections::POLAR_INTERP_BILINEAR = 1;
  34 const int Projections::POLAR_INTERP_BICUBIC = 2;
  35
  36 const char* const Projections::s_aszInterpName[] =
  37 {
  38   {"nearest"},
  39   {"bilinear"},
  40 //  {"bicubic"},
  41 };
  42
  43 const char* const Projections::s_aszInterpTitle[] =
  44 {
  45   {"Nearest"},
  46   {"Bilinear"},
  47 //  {"Bicubic"},
  48 };
  49
  50 const int Projections::s_iInterpCount = sizeof(s_aszInterpName) / sizeof(char*);
  51
  52
  53 /* NAME
  54 *    Projections                Constructor for projections matrix storage
  55 *
  56 * SYNOPSIS
  57 *    proj = projections_create (filename, nView, nDet)
  58 *    Projections& proj          Allocated projections structure & matrix
  59 *    int nView                  Number of rotated view
  60 *    int nDet                   Number of detectors
  61 *
  62 */
  63
  64 Projections::Projections (const Scanner& scanner)
  65 : m_projData(0)
  66 {
  67   initFromScanner (scanner);
  68 }
  69
  70
  71 Projections::Projections (const int nView, const int nDet)
  72 : m_projData(0)
  73 {
  74   init (nView, nDet);
  75 }
  76
  77 Projections::Projections (void)
  78 : m_projData(0)
  79 {
  80   init (0, 0);
  81 }
  82
  83 Projections::~Projections (void)
  84 {
  85   deleteProjData();
  86 }
  87
  88 int
  89 Projections::convertInterpNameToID (const char* const interpName)
  90 {
  91   int interpID = POLAR_INTERP_INVALID;
  92
  93   for (int i = 0; i < s_iInterpCount; i++)
  94     if (strcasecmp (interpName, s_aszInterpName[i]) == 0) {
  95       interpID = i;
  96       break;
  97     }
  98
  99     return (interpID);
 100 }
 101
 102 const char*
 103 Projections::convertInterpIDToName (const int interpID)
 104 {
 105   static const char *interpName = "";
 106
 107   if (interpID >= 0 && interpID < s_iInterpCount)
 108     return (s_aszInterpName[interpID]);
 109
 110   return (interpName);
 111 }
 112
 113 const char*
 114 Projections::convertInterpIDToTitle (const int interpID)
 115 {
 116   static const char *interpTitle = "";
 117
 118   if (interpID >= 0 && interpID < s_iInterpCount)
 119     return (s_aszInterpTitle[interpID]);
 120
 121   return (interpTitle);
 122 }
 123
 124
 125
 126 void
 127 Projections::init (const int nView, const int nDet)
 128 {
 129   m_label.setLabelType (Array2dFileLabel::L_HISTORY);
 130   m_nView = nView;
 131   m_nDet = nDet;
 132   newProjData ();
 133
 134   time_t t = time (NULL);
 135   tm* lt = localtime (&t);
 136   m_year = lt->tm_year;
 137   m_month = lt->tm_mon;
 138   m_day = lt->tm_mday;
 139   m_hour = lt->tm_hour;
 140   m_minute = lt->tm_min;
 141   m_second = lt->tm_sec;
 142 }
 143
 144 void
 145 Projections::initFromScanner (const Scanner& scanner)
 146 {
 147   m_label.setLabelType (Array2dFileLabel::L_HISTORY);
 148   deleteProjData();
 149   init (scanner.nView(), scanner.nDet());
 150
 151   m_rotInc = scanner.rotInc();
 152   m_detInc = scanner.detInc();
 153   m_detStart =  scanner.detStart();
 154   m_geometry = scanner.geometry();
 155   m_dFocalLength = scanner.focalLength();
 156   m_dSourceDetectorLength = scanner.sourceDetectorLength();
 157   m_dViewDiameter = scanner.viewDiameter();
 158   m_rotStart = 0;
 159   m_dFanBeamAngle = scanner.fanBeamAngle();
 160 }
 161
 162 void
 163 Projections::setNView (int nView)  // used by MPI to reduce # of views
 164 {
 165   deleteProjData();
 166   init (nView, m_nDet);
 167 }
 168
 169 // NAME
 170 // newProjData
 171
 172 void
 173 Projections::newProjData (void)
 174 {
 175   if (m_projData)
 176     sys_error(ERR_WARNING, "m_projData != NULL [newProjData]");
 177
 178   if (m_nView > 0 && m_nDet) {
 179     m_projData = new DetectorArray* [m_nView];
 180
 181     for (int i = 0; i < m_nView; i++)
 182       m_projData[i] = new DetectorArray (m_nDet);
 183   }
 184 }
 185
 186
 187 /* NAME
 188 *   projections_free                    Free memory allocated to projections
 189 *
 190 * SYNOPSIS
 191 *   projections_free(proj)
 192 *   Projections& proj                           Projectionss to be deallocated
 193 */
 194
 195 void
 196 Projections::deleteProjData (void)
 197 {
 198   if (m_projData != NULL) {
 199     for (int i = 0; i < m_nView; i++)
 200       delete m_projData[i];
 201
 202     delete m_projData;
 203     m_projData = NULL;
 204   }
 205 }
 206
 207
 208 /* NAME
 209 *    Projections::headerWwrite         Write data header for projections file
 210 *
 211 */
 212
 213 bool
 214 Projections::headerWrite (fnetorderstream& fs)
 215 {
 216   kuint16 _hsize = m_headerSize;
 217   kuint16 _signature = m_signature;
 218   kuint32 _nView = m_nView;
 219   kuint32 _nDet = m_nDet;
 220   kuint32 _geom = m_geometry;
 221   kuint16 _remarksize = m_remark.length();
 222   kuint16 _year = m_year;
 223   kuint16 _month = m_month;
 224   kuint16 _day = m_day;
 225   kuint16 _hour = m_hour;
 226   kuint16 _minute = m_minute;
 227   kuint16 _second = m_second;
 228
 229   kfloat64 _calcTime = m_calcTime;
 230   kfloat64 _rotStart = m_rotStart;
 231   kfloat64 _rotInc = m_rotInc;
 232   kfloat64 _detStart = m_detStart;
 233   kfloat64 _detInc = m_detInc;
 234   kfloat64 _viewDiameter = m_dViewDiameter;
 235   kfloat64 _focalLength = m_dFocalLength;
 236   kfloat64 _sourceDetectorLength = m_dSourceDetectorLength;
 237   kfloat64 _fanBeamAngle = m_dFanBeamAngle;
 238
 239   fs.seekp(0);
 240   if (! fs)
 241     return false;
 242
 243   fs.writeInt16 (_hsize);
 244   fs.writeInt16 (_signature);
 245   fs.writeInt32 (_nView);
 246   fs.writeInt32 (_nDet);
 247   fs.writeInt32 (_geom);
 248   fs.writeFloat64 (_calcTime);
 249   fs.writeFloat64 (_rotStart);
 250   fs.writeFloat64 (_rotInc);
 251   fs.writeFloat64 (_detStart);
 252   fs.writeFloat64 (_detInc);
 253   fs.writeFloat64 (_viewDiameter);
 254   fs.writeFloat64 (_focalLength);
 255   fs.writeFloat64 (_sourceDetectorLength);
 256   fs.writeFloat64 (_fanBeamAngle);
 257   fs.writeInt16 (_year);
 258   fs.writeInt16 (_month);
 259   fs.writeInt16 (_day);
 260   fs.writeInt16 (_hour);
 261   fs.writeInt16 (_minute);
 262   fs.writeInt16 (_second);
 263   fs.writeInt16 (_remarksize);
 264   fs.write (m_remark.c_str(), _remarksize);
 265
 266   m_headerSize = fs.tellp();
 267   _hsize = m_headerSize;
 268   fs.seekp(0);
 269   fs.writeInt16 (_hsize);
 270   if (! fs)
 271     return false;
 272
 273   return true;
 274 }
 275
 276 /* NAME
 277 *    projections_read_header         Read data header for projections file
 278 *
 279 */
 280 bool
 281 Projections::headerRead (fnetorderstream& fs)
 282 {
 283   kuint16 _hsize, _signature, _year, _month, _day, _hour, _minute, _second, _remarksize = 0;
 284   kuint32 _nView, _nDet, _geom;
 285   kfloat64 _calcTime, _rotStart, _rotInc, _detStart, _detInc, _focalLength, _sourceDetectorLength, _viewDiameter, _fanBeamAngle;
 286
 287   fs.seekg(0);
 288   if (! fs)
 289     return false;
 290
 291   fs.readInt16 (_hsize);
 292   fs.readInt16 (_signature);
 293   fs.readInt32 (_nView);
 294   fs.readInt32 (_nDet);
 295   fs.readInt32 (_geom);
 296   fs.readFloat64 (_calcTime);
 297   fs.readFloat64 (_rotStart);
 298   fs.readFloat64 (_rotInc);
 299   fs.readFloat64 (_detStart);
 300   fs.readFloat64 (_detInc);
 301   fs.readFloat64 (_viewDiameter);
 302   fs.readFloat64 (_focalLength);
 303   fs.readFloat64 (_sourceDetectorLength);
 304   fs.readFloat64 (_fanBeamAngle);
 305   fs.readInt16 (_year);
 306   fs.readInt16 (_month);
 307   fs.readInt16 (_day);
 308   fs.readInt16 (_hour);
 309   fs.readInt16 (_minute);
 310   fs.readInt16 (_second);
 311   fs.readInt16 (_remarksize);
 312
 313   if (! fs) {
 314     sys_error (ERR_SEVERE, "Error reading header information , _remarksize=%d [projections_read_header]", _remarksize);
 315     return false;
 316   }
 317
 318   if (_signature != m_signature) {
 319     sys_error (ERR_SEVERE, "File %s does not have a valid projection file signature", m_filename.c_str());
 320     return false;
 321   }
 322
 323   char* pszRemarkStorage = new char [_remarksize+1];
 324   fs.read (pszRemarkStorage, _remarksize);
 325   if (! fs) {
 326     sys_error (ERR_SEVERE, "Error reading remark, _remarksize = %d", _remarksize);
 327     return false;
 328   }
 329   pszRemarkStorage[_remarksize] = 0;
 330   m_remark = pszRemarkStorage;
 331   delete pszRemarkStorage;
 332
 333   off_t _hsizeread = fs.tellg();
 334   if (!fs || _hsizeread != _hsize) {
 335     sys_error (ERR_WARNING, "File header size read %ld != file header size stored %ld [read_projections_header]\n_remarksize=%ld", (long int) _hsizeread, _hsize, _remarksize);
 336     return false;
 337   }
 338
 339   m_headerSize = _hsize;
 340   m_nView = _nView;
 341   m_nDet = _nDet;
 342   m_geometry = _geom;
 343   m_calcTime = _calcTime;
 344   m_rotStart = _rotStart;
 345   m_rotInc = _rotInc;
 346   m_detStart = _detStart;
 347   m_detInc = _detInc;
 348   m_dFocalLength = _focalLength;
 349   m_dSourceDetectorLength = _sourceDetectorLength;
 350   m_dViewDiameter = _viewDiameter;
 351   m_dFanBeamAngle = _fanBeamAngle;
 352   m_year = _year;
 353   m_month = _month;
 354   m_day = _day;
 355   m_hour = _hour;
 356   m_minute = _minute;
 357   m_second = _second;
 358
 359   m_label.setLabelType (Array2dFileLabel::L_HISTORY);
 360   m_label.setLabelString (m_remark);
 361   m_label.setCalcTime (m_calcTime);
 362   m_label.setDateTime (m_year, m_month, m_day, m_hour, m_minute, m_second);
 363
 364   return true;
 365 }
 366
 367 bool
 368 Projections::read (const std::string& filename)
 369 {
 370   return read (filename.c_str());
 371 }
 372
 373
 374 bool
 375 Projections::read (const char* filename)
 376 {
 377   m_filename = filename;
 378 #ifdef MSVC
 379   frnetorderstream fileRead (m_filename.c_str(), std::ios::in | std::ios::binary);
 380 #else
 381   frnetorderstream fileRead (m_filename.c_str(), std::ios::in | std::ios::binary | std::ios::nocreate);
 382 #endif
 383
 384   if (fileRead.fail())
 385     return false;
 386
 387   if (! headerRead (fileRead))
 388     return false;
 389
 390   deleteProjData ();
 391   newProjData();
 392
 393   for (int i = 0; i < m_nView; i++) {
 394     if (! detarrayRead (fileRead, *m_projData[i], i))
 395       break;
 396   }
 397
 398   fileRead.close();
 399   return true;
 400 }
 401
 402
 403 bool
 404 Projections::copyViewData (const std::string& filename, std::ostream& os, int startView, int endView)
 405 {
 406   return copyViewData (filename.c_str(), os, startView, endView);
 407 }
 408
 409 bool
 410 Projections::copyViewData (const char* const filename, std::ostream& os, int startView, int endView)
 411 {
 412   frnetorderstream is (filename, std::ios::in | std::ios::binary);
 413   kuint16 sizeHeader, signature;
 414   kuint32 _nView, _nDet;
 415
 416   is.seekg (0);
 417   if (is.fail()) {
 418     sys_error (ERR_SEVERE, "Unable to read projection file %s", filename);
 419     return false;
 420   }
 421
 422   is.readInt16 (sizeHeader);
 423   is.readInt16 (signature);
 424   is.readInt32 (_nView);
 425   is.readInt32 (_nDet);
 426   int nView = _nView;
 427   int nDet = _nDet;
 428
 429   if (signature != m_signature) {
 430     sys_error (ERR_SEVERE, "Illegal signature in projection file %s", filename);
 431     return false;
 432   }
 433
 434   if (startView < 0)
 435     startView = 0;
 436   if (startView > nView - 1)
 437     startView = nView;
 438   if (endView < 0 || endView > nView - 1)
 439     endView = nView - 1;
 440
 441   if (startView > endView) { // swap if start > end
 442     int tempView = endView;
 443     endView = startView;
 444     startView = tempView;
 445   }
 446
 447   int sizeView = 8 /* view_angle */ + 4 /* nDet */ + (4 * nDet);
 448   unsigned char* pViewData = new unsigned char [sizeView];
 449
 450   for (int i = startView; i <= endView; i++) {
 451     is.seekg (sizeHeader + i * sizeView);
 452     is.read (reinterpret_cast<char*>(pViewData), sizeView);
 453     os.write (reinterpret_cast<char*>(pViewData), sizeView);
 454     if (is.fail() || os.fail())
 455       break;
 456   }
 457
 458   delete pViewData;
 459   if (is.fail())
 460     sys_error (ERR_SEVERE, "Error reading projection file");
 461   if (os.fail())
 462     sys_error (ERR_SEVERE, "Error writing projection file");
 463
 464   return (! (is.fail() | os.fail()));
 465 }
 466
 467 bool
 468 Projections::copyHeader (const std::string& filename, std::ostream& os)
 469 {
 470   return copyHeader (filename.c_str(), os);
 471 }
 472
 473 bool
 474 Projections::copyHeader (const char* const filename, std::ostream& os)
 475 {
 476   frnetorderstream is (filename, std::ios::in | std::ios::binary);
 477   kuint16 sizeHeader, signature;
 478   is.readInt16 (sizeHeader);
 479   is.readInt16 (signature);
 480   is.seekg (0);
 481   if (signature != m_signature) {
 482     sys_error (ERR_SEVERE, "Illegal signature in projection file %s", filename);
 483     return false;
 484   }
 485
 486   unsigned char* pHdrData = new unsigned char [sizeHeader];
 487   is.read (reinterpret_cast<char*>(pHdrData), sizeHeader);
 488   if (is.fail()) {
 489     sys_error (ERR_SEVERE, "Error reading header");
 490     return false;
 491   }
 492
 493   os.write (reinterpret_cast<char*>(pHdrData), sizeHeader);
 494   if (os.fail()) {
 495     sys_error (ERR_SEVERE, "Error writing header");
 496     return false;
 497   }
 498
 499   return true;
 500 }
 501
 502 bool
 503 Projections::write (const std::string& filename)
 504 {
 505   return write (filename.c_str());
 506 }
 507
 508 bool
 509 Projections::write (const char* filename)
 510 {
 511   frnetorderstream fs (filename, std::ios::out | std::ios::binary | std::ios::trunc | std::ios::ate);
 512   m_filename = filename;
 513   if (! fs) {
 514     sys_error (ERR_SEVERE, "Error opening file %s for output [projections_create]", filename);
 515     return false;
 516   }
 517
 518   if (! headerWrite (fs))
 519     return false;
 520
 521   if (m_projData != NULL) {
 522     for (int i = 0; i < m_nView; i++) {
 523       if (! detarrayWrite (fs, *m_projData[i], i))
 524         break;
 525     }
 526   }
 527   if (! fs)
 528     return false;
 529
 530   fs.close();
 531
 532   return true;
 533 }
 534
 535 /* NAME
 536 *   detarrayRead                Read a Detector Array structure from the disk
 537 *
 538 * SYNOPSIS
 539 *   detarrayRead (proj, darray, view_num)
 540 *   DETARRAY *darray            Detector array storage location to be filled
 541 *   int      view_num           View number to read
 542 */
 543
 544 bool
 545 Projections::detarrayRead (fnetorderstream& fs, DetectorArray& darray, const int iview)
 546 {
 547   const int detval_bytes = darray.nDet() * sizeof(kfloat32);
 548   const int detheader_bytes = sizeof(kfloat64) /* view_angle */ + sizeof(kint32) /* nDet */;
 549   const int view_bytes = detheader_bytes + detval_bytes;
 550   const off_t start_data = m_headerSize + (iview * view_bytes);
 551   DetectorValue* detval_ptr = darray.detValues();
 552   kfloat64 view_angle;
 553   kuint32 nDet;
 554
 555   fs.seekg (start_data);
 556
 557   fs.readFloat64 (view_angle);
 558   fs.readInt32 (nDet);
 559   darray.setViewAngle (view_angle);
 560   //  darray.setNDet ( nDet);
 561
 562   for (unsigned int i = 0; i < nDet; i++) {
 563     kfloat32 detval;
 564     fs.readFloat32 (detval);
 565     detval_ptr[i] = detval;
 566   }
 567   if (! fs)
 568     return false;
 569
 570   return true;
 571 }
 572
 573
 574 /* NAME
 575 *   detarrayWrite                       Write detector array data to the disk
 576 *
 577 * SYNOPSIS
 578 *   detarrayWrite (darray, view_num)
 579 *   DETARRAY *darray                    Detector array data to be written
 580 *   int      view_num                   View number to write
 581 *
 582 * DESCRIPTION
 583 *       This routine writes the detarray data from the disk sequentially to
 584 *    the file that was opened with open_projections().  Data is written in
 585 *    binary format.
 586 */
 587
 588 bool
 589 Projections::detarrayWrite (fnetorderstream& fs, const DetectorArray& darray, const int iview)
 590 {
 591   const int detval_bytes = darray.nDet() * sizeof(float);
 592   const int detheader_bytes = sizeof(kfloat64) /* view_angle */ + sizeof(kint32) /* nDet */;
 593   const int view_bytes = detheader_bytes + detval_bytes;
 594   const off_t start_data = m_headerSize + (iview * view_bytes);
 595   const DetectorValue* const detval_ptr = darray.detValues();
 596   kfloat64 view_angle = darray.viewAngle();
 597   kuint32 nDet = darray.nDet();
 598
 599   fs.seekp (start_data);
 600   if (! fs) {
 601     sys_error (ERR_SEVERE, "Error seeking detectory array [detarrayWrite]");
 602     return false;
 603   }
 604
 605   fs.writeFloat64 (view_angle);
 606   fs.writeInt32 (nDet);
 607
 608   for (unsigned int i = 0; i < nDet; i++) {
 609     kfloat32 detval = detval_ptr[i];
 610     fs.writeFloat32 (detval);
 611   }
 612
 613   if (! fs)
 614     return (false);
 615
 616   return true;
 617 }
 618
 619 /* NAME
 620 *   printProjectionData                 Print projections data
 621 *
 622 * SYNOPSIS
 623 *   printProjectionData ()
 624 */
 625
 626 void
 627 Projections::printProjectionData ()
 628 {
 629   printProjectionData (0, nView() - 1);
 630 }
 631
 632 void
 633 Projections::printProjectionData (int startView, int endView)
 634 {
 635   printf("Projections Data\n\n");
 636   printf("Description: %s\n", m_remark.c_str());
 637   printf("Geometry: %s\n", Scanner::convertGeometryIDToName (m_geometry));
 638   printf("nView       = %8d             nDet = %8d\n", m_nView, m_nDet);
 639   printf("focalLength = %8.4f   ViewDiameter = %8.4f\n", m_dFocalLength, m_dViewDiameter);
 640   printf("fanBeamAngle= %8.4f SourceDetector = %8.4f\n", convertRadiansToDegrees(m_dFanBeamAngle), m_dSourceDetectorLength);
 641   printf("rotStart    = %8.4f         rotInc = %8.4f\n", m_rotStart, m_rotInc);
 642   printf("detStart    = %8.4f         detInc = %8.4f\n", m_detStart, m_detInc);
 643   if (m_projData != NULL) {
 644     if (startView < 0)
 645       startView = 0;
 646     if (endView < 0)
 647       endView = m_nView - 1;
 648     if (startView > m_nView - 1)
 649       startView = m_nView - 1;
 650     if (endView > m_nView - 1)
 651       endView = m_nView - 1;
 652     for (int ir = startView; ir <= endView - 1; ir++) {
 653       printf("View %d: angle %f\n", ir, m_projData[ir]->viewAngle());
 654       DetectorValue* detval = m_projData[ir]->detValues();
 655       for (int id = 0; id < m_projData[ir]->nDet(); id++)
 656         printf("%8.4f  ", detval[id]);
 657       printf("\n");
 658     }
 659   }
 660 }
 661
 662 void
 663 Projections::printScanInfo (std::ostringstream& os) const
 664 {
 665   os << "Number of detectors: " << m_nDet << "\n";
 666   os << "Number of views: " << m_nView<< "\n";
 667   os << "Description: " << m_remark.c_str()<< "\n";
 668   os << "Geometry: " << Scanner::convertGeometryIDToName (m_geometry)<< "\n";
 669   os << "Focal Length: " << m_dFocalLength<< "\n";
 670   os << "Source Detector Length: " << m_dSourceDetectorLength << "\n";
 671   os << "View Diameter: " << m_dViewDiameter<< "\n";
 672   os << "Fan Beam Angle: " << convertRadiansToDegrees(m_dFanBeamAngle) << "\n";
 673   os << "detStart: " << m_detStart<< "\n";
 674   os << "detInc: " << m_detInc<< "\n";
 675   os << "rotStart: " << m_rotStart<< "\n";
 676   os << "rotInc: " << m_rotInc<< "\n";
 677 }
 678
 679
 680 bool
 681 Projections::convertPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID)
 682 {
 683   unsigned int nx = rIF.nx();
 684   unsigned int ny = rIF.ny();
 685   ImageFileArray v = rIF.getArray();
 686   ImageFileArray vImag = rIF.getImaginaryArray();
 687
 688   if (! v || nx == 0 || ny == 0)
 689     return false;
 690
 691   Projections* pProj = this;
 692   if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR || m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR)
 693     pProj = interpolateToParallel();
 694
 695   Array2d<double> adView (nx, ny);
 696   Array2d<double> adDet (nx, ny);
 697   double** ppdView = adView.getArray();
 698   double** ppdDet = adDet.getArray();
 699
 700   if (! pProj->calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet))
 701     return false;
 702
 703   std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [m_nView];
 704   unsigned int iView;
 705   for (iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
 706     ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [m_nDet];
 707     for (unsigned int iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++)
 708       ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double>(pProj->getDetectorArray (iView).detValues()[iDet], 0);
 709   }
 710
 711   pProj->interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, pProj->m_nView, pProj->m_nDet, iInterpolationID);
 712
 713   for (iView = 0; iView < m_nView; iView++)
 714     delete [] ppcDetValue[iView];
 715   delete [] ppcDetValue;
 716
 717   if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR || m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR)
 718     delete pProj;
 719
 720   return true;
 721 }
 722
 723
 724 bool
 725 Projections::convertFFTPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID, int iZeropad)
 726 {
 727   unsigned int nx = rIF.nx();
 728   unsigned int ny = rIF.ny();
 729   ImageFileArray v = rIF.getArray();
 730   if (! rIF.isComplex())
 731     rIF.convertRealToComplex();
 732   ImageFileArray vImag = rIF.getImaginaryArray();
 733
 734   if (! v || nx == 0 || ny == 0)
 735     return false;
 736
 737   if (m_geometry != Scanner::GEOMETRY_PARALLEL) {
 738     sys_error (ERR_WARNING, "convertFFTPolar supports Parallel only");
 739     return false;
 740   }
 741
 742 #ifndef HAVE_FFT
 743   return false;
 744 #else
 745   Array2d<double> adView (nx, ny);
 746   Array2d<double> adDet (nx, ny);
 747   double** ppdView = adView.getArray();
 748   double** ppdDet = adDet.getArray();
 749
 750   std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [m_nView];
 751   unsigned int iView;
 752   double* pdDet = new double [m_nDet];
 753   fftw_complex* pcIn = new fftw_complex [m_nDet];
 754   fftw_plan plan = fftw_create_plan (m_nDet, FFTW_FORWARD, FFTW_IN_PLACE);
 755
 756   for (iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
 757     unsigned int iDet;
 758     for (iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++) {
 759       pcIn[iDet].re = getDetectorArray(iView).detValues()[iDet];
 760       pcIn[iDet].im = 0;
 761     }
 762     fftw_one (plan, pcIn, NULL);
 763     ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [m_nDet];
 764     for (iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++)
 765       ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double> (pcIn[iDet].re, pcIn[iDet].im);
 766     Fourier::shuffleFourierToNaturalOrder (ppcDetValue[iView], m_nDet);
 767   }
 768
 769   fftw_destroy_plan (plan);
 770   delete [] pcIn;
 771
 772   bool bError = calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet);
 773
 774   if (! bError)
 775     interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, m_nView, m_nDet, iInterpolationID);
 776
 777   for (iView = 0; iView < m_nView; iView++)
 778     delete [] ppcDetValue[iView];
 779   delete [] ppcDetValue;
 780
 781   return bError;
 782 #endif
 783 }
 784
 785
 786 bool
 787 Projections::calcArrayPolarCoordinates (unsigned int nx, unsigned int ny, double** ppdView, double** ppdDet)
 788 {
 789   double xMin = -phmLen() / 2;
 790   double xMax = xMin + phmLen();
 791   double yMin = -phmLen() / 2;
 792   double yMax = yMin + phmLen();
 793
 794   double xInc = (xMax - xMin) / nx;     // size of cells
 795   double yInc = (yMax - yMin) / ny;
 796
 797   int iDetCenter = (m_nDet - 1) / 2;    // index refering to L=0 projection
 798
 799   // Calculates polar coordinates (view#, det#) for each point on phantom grid
 800   double x = xMin + xInc / 2;   // Rectang coords of center of pixel
 801   for (unsigned int ix = 0; ix < nx; x += xInc, ix++) {
 802     double y = yMin + yInc / 2;
 803     for (unsigned int iy = 0; iy < ny; y += yInc, iy++) {
 804       double r = ::sqrt (x * x + y * y);
 805       double phi = atan2 (y, x);
 806
 807       if (phi >= PI) {
 808         phi -= PI;
 809       } else if (phi < 0) {
 810         phi += PI;
 811       } else
 812         r = -r;
 813
 814       ppdView[ix][iy] = (phi - m_rotStart) / m_rotInc;
 815       ppdDet[ix][iy] = (r / m_detInc) + iDetCenter;
 816     }
 817   }
 818
 819   return true;
 820 }
 821
 822 void
 823 Projections::interpolatePolar (ImageFileArray& v, ImageFileArray& vImag,
 824      unsigned int nx, unsigned int ny, std::complex<double>** ppcDetValue,
 825      double** ppdView, double** ppdDet, unsigned int nView, unsigned int nDet, int iInterpolationID)
 826 {
 827   for (unsigned int ix = 0; ix < ny; ix++) {
 828     for (unsigned int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 829       if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_NEAREST) {
 830         unsigned int iView = nearest<int> (ppdView[ix][iy]);
 831         unsigned int iDet = nearest<int> (ppdDet[ix][iy]);
 832         if (iView == nView) {
 833           iView = 0;
 834        //   iDet = m_nDet - iDet;
 835         }
 836         if (iDet >= 0 && iDet < nDet && iView >= 0 && iView < nView) {
 837           v[ix][iy] = ppcDetValue[iView][iDet].real();
 838           if (vImag)
 839             vImag[ix][iy] = ppcDetValue[iView][iDet].imag();
 840         } else {
 841           sys_error (ERR_SEVERE, "Can't find projection data for ix=%d,iy=%d with radView=%f and radDet=%f",
 842             ix, iy, ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
 843           v[ix][iy] = 0;
 844         }
 845       } else if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BILINEAR) {
 846         unsigned int iFloorView = static_cast<int>(ppdView[ix][iy]);
 847         double dFracView = ppdView[ix][iy] - iFloorView;
 848         unsigned int iFloorDet = static_cast<int>(ppdDet[ix][iy]);
 849         double dFracDet = ppdDet[ix][iy] - iFloorDet;
 850
 851         if (iFloorDet >= 0 && iFloorView >= 0) {
 852           std::complex<double> v1 = ppcDetValue[iFloorView][iFloorDet];
 853           std::complex<double> v2, v3, v4;
 854           if (iFloorView < nView - 1)
 855             v2 = ppcDetValue[iFloorView + 1][iFloorDet];
 856           else
 857             v2 = ppcDetValue[0][iFloorDet];
 858           if (iFloorDet < nDet - 1)
 859             v4 = ppcDetValue[iFloorView][iFloorDet+1];
 860           else
 861             v4 = v1;
 862           if (iFloorView < nView - 1 && iFloorDet < nDet - 1)
 863             v3 = ppcDetValue [iFloorView+1][iFloorDet+1];
 864           else if (iFloorView < nView - 1)
 865             v3 = v2;
 866           else
 867             v3 = ppcDetValue[0][iFloorDet+1];
 868           std::complex<double> vInterp = (1 - dFracView) * (1 - dFracDet) * v1 +
 869             dFracView * (1 - dFracDet) * v2 + dFracView * dFracDet * v3 +
 870             dFracDet * (1 - dFracView) * v4;
 871           v[ix][iy] = vInterp.real();
 872           if (vImag)
 873             vImag[ix][iy] = vInterp.imag();
 874         } else {
 875           sys_error (ERR_SEVERE, "Can't find projection data for ix=%d,iy=%d with radView=%f and radDet=%f",
 876             ix, iy, ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
 877           v[ix][iy] = 0;
 878           if (vImag)
 879             vImag[ix][iy] = 0;
 880         }
 881       } else if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BICUBIC) {
 882         v[ix][iy] =0;
 883           if (vImag)
 884             vImag[ix][iy] = 0;
 885       }
 886     }
 887   }
 888 }
 889
 890 bool
 891 Projections::initFromSomatomAR_STAR (int iNViews, int iNDets, unsigned char* pData, unsigned long lDataLength)
 892 {
 893   init (iNViews, iNDets);
 894   m_geometry = Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR;
 895   m_dFocalLength = 510;
 896   m_dSourceDetectorLength = 890;
 897   m_detInc = convertDegreesToRadians (3.06976 / 60);
 898   m_detStart = -(m_dFanBeamAngle / 2);
 899   m_rotInc = TWOPI / static_cast<double>(iNViews);
 900   m_rotStart = HALFPI;
 901   m_dFanBeamAngle = (iNDets + 1) * m_detInc;
 902   m_dViewDiameter = sin (m_dFanBeamAngle / 2) * m_dFocalLength * 2;
 903
 904   if (! ((iNViews == 750 && lDataLength == 1560000L) || (iNViews == 950 && lDataLength == 1976000L)
 905                 || (iNViews == 1500 && lDataLength == 3120000)))
 906     return false;
 907
 908   int iCenter = (iNDets - 1) / 2; // change from (Nm+1)/2 because of 0 vs. 1 indexing
 909   double* pdCosScale = new double [iNDets];
 910   for (int i = 0; i < iNDets; i++)
 911     pdCosScale[i] = cos ((i - iCenter) * m_detInc);
 912
 913   long lDataPos = 0;
 914   for (int iv = 0; iv < iNViews; iv++) {
 915     unsigned char* pArgBase = pData + lDataPos;
 916     unsigned char* p = pArgBase+0;
 917     SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 918     long lProjNumber = *reinterpret_cast<long*>(p);
 919
 920     p = pArgBase+20;
 921     SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 922     long lEscale = *reinterpret_cast<long*>(p);
 923
 924     p = pArgBase+28;
 925     SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 926     long lTime = *reinterpret_cast<long*>(p);
 927
 928     p = pArgBase + 4;
 929     SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 930     double dAlpha = *reinterpret_cast<float*>(p) + HALFPI;
 931
 932     p = pArgBase+12;
 933     SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 934     double dAlign = *reinterpret_cast<float*>(p);
 935
 936     p = pArgBase + 16;
 937     SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 938     double dMaxValue = *reinterpret_cast<float*>(p);
 939
 940     DetectorArray& detArray = getDetectorArray (iv);
 941     detArray.setViewAngle (dAlpha);
 942     DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 943
 944     double dViewScale = 2294.4871 * ::pow (2.0, -lEscale);
 945     lDataPos += 32;
 946     for (int id = 0; id < iNDets; id++) {
 947       int iV = pData[lDataPos+1] + 256 * pData[lDataPos];
 948       if (iV > 32767)   // two's complement signed conversion
 949         iV = iV - 65536;
 950       detval[id] = iV / (dViewScale * pdCosScale[id]);
 951       lDataPos += 2;
 952     }
 953   }
 954
 955   delete pdCosScale;
 956   return true;
 957 }
 958
 959 Projections*
 960 Projections::interpolateToParallel ()
 961 {
 962   if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_PARALLEL)
 963     return this;
 964
 965   int nDet = m_nDet;
 966   int nView = m_nView;
 967   Projections* pProjNew = new Projections (nView, nDet);
 968   pProjNew->m_geometry = Scanner::GEOMETRY_PARALLEL;
 969   pProjNew->m_dFocalLength = m_dFocalLength;
 970   pProjNew->m_dSourceDetectorLength = m_dSourceDetectorLength;
 971   pProjNew->m_dViewDiameter = m_dViewDiameter;
 972   pProjNew->m_dFanBeamAngle = m_dFanBeamAngle;
 973   pProjNew->m_calcTime  = 0;
 974   pProjNew->m_remark = m_remark;
 975   pProjNew->m_remark += "; Interpolate to Parallel";
 976   pProjNew->m_label.setLabelType (Array2dFileLabel::L_HISTORY);
 977   pProjNew->m_label.setLabelString (pProjNew->m_remark);
 978   pProjNew->m_label.setCalcTime (pProjNew->m_calcTime);
 979   pProjNew->m_label.setDateTime (pProjNew->m_year, pProjNew->m_month, pProjNew->m_day, pProjNew->m_hour, pProjNew->m_minute, pProjNew->m_second);
 980
 981   pProjNew->m_rotStart = 0;
 982 #ifdef CONVERT_PARALLEL_PI
 983   pProjNew->m_rotInc = PI / nView;;
 984 #else
 985   pProjNew->m_rotInc = TWOPI / nView;
 986 #endif
 987   pProjNew->m_detStart = -m_dViewDiameter / 2;
 988   pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / nDet;
 989   if (nDet % 2 == 0) // even
 990     pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / (nDet - 1);
 991
 992   ParallelRaysums parallel (this, ParallelRaysums::THETA_RANGE_NORMALIZE_TO_TWOPI);
 993
 994   double* pdThetaValuesForT = new double [pProjNew->nView()];
 995   double* pdRaysumsForT = new double [pProjNew->nView()];
 996
 997   // interpolate to evenly spaced theta (views)
 998   double dDetPos = pProjNew->m_detStart;
 999   for (int iD = 0; iD < pProjNew->nDet(); iD++, dDetPos += pProjNew->m_detInc) {
1000     parallel.getThetaAndRaysumsForT (iD, pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT);
1001
1002     double dViewAngle = m_rotStart;
1003     int iLastFloor = -1;
1004     for (int iV = 0; iV < pProjNew->nView(); iV++, dViewAngle += pProjNew->m_rotInc) {
1005       DetectorValue* detValues = pProjNew->getDetectorArray (iV).detValues();
1006
1007       detValues[iD] = parallel.interpolate (pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT, pProjNew->nView(), dViewAngle, &iLastFloor);
1008     }
1009   }
1010   delete pdThetaValuesForT;
1011   delete pdRaysumsForT;
1012
1013   // interpolate to evenly space t (detectors)
1014   double* pdOriginalDetPositions = new double [pProjNew->nDet()];
1015   parallel.getDetPositions (pdOriginalDetPositions);
1016
1017   double* pdDetValueCopy = new double [pProjNew->nDet()];
1018   double dViewAngle = m_rotStart;
1019   for (int iV = 0; iV < pProjNew->nView(); iV++, dViewAngle += pProjNew->m_rotInc) {
1020     DetectorArray& detArray = pProjNew->getDetectorArray (iV);
1021     DetectorValue* detValues = detArray.detValues();
1022     detArray.setViewAngle (dViewAngle);
1023
1024     for (int i = 0; i < pProjNew->nDet(); i++)
1025       pdDetValueCopy[i] = detValues[i];
1026
1027     double dDetPos = pProjNew->m_detStart;
1028     int iLastFloor = -1;
1029     for (int iD = 0; iD < pProjNew->nDet(); iD++, dDetPos += pProjNew->m_detInc) {
1030       detValues[iD] = parallel.interpolate (pdOriginalDetPositions, pdDetValueCopy, pProjNew->nDet(), dDetPos, &iLastFloor);
1031     }
1032   }
1033   delete pdDetValueCopy;
1034   delete pdOriginalDetPositions;
1035
1036   return pProjNew;
1037 }
1038
1039
1040 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1041 //
1042 // Class ParallelRaysums
1043 //
1044 // Used for converting divergent beam raysums into Parallel raysums
1045 //
1046 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1047
1048 ParallelRaysums::ParallelRaysums (Projections* pProjections, int iThetaRange)
1049 : m_iNumCoordinates(0), m_iNumView(pProjections->nView()), m_iNumDet(pProjections->nDet()),
1050   m_iThetaRange (iThetaRange)
1051 {
1052   int iGeometry = pProjections->geometry();
1053   double dDetInc = pProjections->detInc();
1054   double dDetStart = pProjections->detStart();
1055   double dFocalLength = pProjections->focalLength();
1056
1057   m_iNumCoordinates =  m_iNumView * m_iNumDet;
1058   m_vecpCoordinates.reserve (m_iNumCoordinates);
1059   for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
1060     m_vecpCoordinates[i] = new ParallelRaysumCoordinate;
1061
1062   int iCoordinate = 0;
1063   for (int iV = 0; iV < m_iNumView; iV++) {
1064     double dViewAngle = pProjections->getDetectorArray(iV).viewAngle();
1065     const DetectorValue* detValues = pProjections->getDetectorArray(iV).detValues();
1066
1067     double dDetPos = dDetStart;
1068     for (int iD = 0; iD < m_iNumDet; iD++) {
1069       ParallelRaysumCoordinate* pC = m_vecpCoordinates[iCoordinate++];
1070
1071       if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_PARALLEL) {
1072         pC->m_dTheta = dViewAngle;
1073         pC->m_dT = dDetPos;
1074       } else if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR) {
1075         double dFanAngle = atan (dDetPos / pProjections->sourceDetectorLength());
1076         pC->m_dTheta = dViewAngle + dFanAngle;
1077         pC->m_dT = dFocalLength * sin(dFanAngle);
1078
1079       } else if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR) {
1080         // fan angle is same as dDetPos
1081         pC->m_dTheta = dViewAngle + dDetPos;
1082         pC->m_dT = dFocalLength * sin (dDetPos);
1083       }
1084       if (m_iThetaRange != THETA_RANGE_UNCONSTRAINED) {
1085         pC->m_dTheta = normalizeAngle (pC->m_dTheta);
1086         if (m_iThetaRange == THETA_RANGE_FOLD_TO_PI && pC->m_dTheta >= PI) {
1087           pC->m_dTheta -= PI;
1088           pC->m_dT = -pC->m_dT;
1089         }
1090       }
1091       pC->m_dRaysum = detValues[iD];
1092       dDetPos += dDetInc;
1093     }
1094   }
1095 }
1096
1097 ParallelRaysums::~ParallelRaysums()
1098 {
1099   for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
1100     delete m_vecpCoordinates[i];
1101 }
1102
1103 ParallelRaysums::CoordinateContainer&
1104 ParallelRaysums::getSortedByTheta()
1105 {
1106   if (m_vecpSortedByTheta.size() == 0) {
1107     m_vecpSortedByTheta.resize (m_iNumCoordinates);
1108     for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
1109       m_vecpSortedByTheta[i] = m_vecpCoordinates[i];
1110     std::sort (m_vecpSortedByTheta.begin(), m_vecpSortedByTheta.end(), ParallelRaysumCoordinate::compareByTheta);
1111   }
1112
1113   return m_vecpSortedByTheta;
1114 }
1115
1116 ParallelRaysums::CoordinateContainer&
1117 ParallelRaysums::getSortedByT()
1118 {
1119   if (m_vecpSortedByT.size() == 0) {
1120     m_vecpSortedByT.resize (m_iNumCoordinates);
1121     for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
1122       m_vecpSortedByT[i] = m_vecpCoordinates[i];
1123     std::sort (m_vecpSortedByT.begin(), m_vecpSortedByT.end(), ParallelRaysumCoordinate::compareByT);
1124   }
1125
1126   return m_vecpSortedByT;
1127 }
1128
1129
1130 void
1131 ParallelRaysums::getLimits (double* dMinT, double* dMaxT, double* dMinTheta, double* dMaxTheta) const
1132 {
1133   if (m_iNumCoordinates <= 0)
1134     return;
1135
1136   *dMinT = *dMaxT = m_vecpCoordinates[0]->m_dT;
1137   *dMinTheta = *dMaxTheta = m_vecpCoordinates[0]->m_dTheta;
1138
1139   for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++) {
1140     double dT = m_vecpCoordinates[i]->m_dT;
1141     double dTheta = m_vecpCoordinates[i]->m_dTheta;
1142
1143     if (dT < *dMinT)
1144       *dMinT = dT;
1145     else if (dT > *dMaxT)
1146       *dMaxT = dT;
1147
1148     if (dTheta < *dMinTheta)
1149       *dMinTheta = dTheta;
1150     else if (dTheta > *dMaxTheta)
1151       *dMaxTheta = dTheta;
1152   }
1153 }
1154
1155 void
1156 ParallelRaysums::getThetaAndRaysumsForT (int iTheta, double* pTheta, double* pRaysum)
1157 {
1158   const CoordinateContainer& coordsT = getSortedByT();
1159
1160   int iBase = iTheta * m_iNumView;
1161   for (int i = 0; i < m_iNumView; i++) {
1162     int iPos = iBase + i;
1163     pTheta[i] = coordsT[iPos]->m_dTheta;
1164     pRaysum[i] = coordsT[iPos]->m_dRaysum;
1165   }
1166 }
1167
1168 void
1169 ParallelRaysums::getDetPositions (double* pdDetPos)
1170 {
1171   const CoordinateContainer& coordsT = getSortedByT();
1172
1173   int iPos = 0;
1174   for (int i = 0; i < m_iNumDet; i++) {
1175     pdDetPos[i] = coordsT[iPos]->m_dT;
1176     iPos += m_iNumView;
1177   }
1178 }
1179
1180 // locate by bisection, O(log2(n))
1181 // iLastFloor is used when sequential calls to interpolate have monotonically increasing dX
1182 double
1183 ParallelRaysums::interpolate (double* pdX, double* pdY, int n, double dX, int* iLastFloor)
1184 {
1185   int iLower = -1;
1186   int iUpper = n;
1187   if (iLastFloor && *iLastFloor >= 0 && pdX[*iLastFloor] < dX)
1188     iLower = *iLastFloor;
1189
1190   while (iUpper - iLower > 1) {
1191     int iMiddle = (iUpper + iLower) >> 1;
1192     if (dX >= pdX[iMiddle])
1193       iLower = iMiddle;
1194     else
1195       iUpper = iMiddle;
1196   }
1197   if (dX <= pdX[0])
1198     return pdY[0];
1199   else if (dX >= pdX[n-1])
1200     return pdY[1];
1201
1202   if (iLower < 0 || iLower >= n) {
1203     sys_error (ERR_SEVERE, "Coordinate out of range [locateThetaBase]");
1204     return 0;
1205   }
1206
1207   if (iLastFloor)
1208     *iLastFloor = iLower;
1209   return pdY[iLower] + (pdY[iUpper] - pdY[iLower]) * ((dX - pdX[iLower]) / (pdX[iUpper] - pdX[iLower]));
1210 }
1211