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 1.72 2001/03/29 21:25:49 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
  54 /* NAME
  55 *    Projections                Constructor for projections matrix storage
  56 *
  57 * SYNOPSIS
  58 *    proj = projections_create (filename, nView, nDet)
  59 *    Projections& proj          Allocated projections structure & matrix
  60 *    int nView                  Number of rotated view
  61 *    int nDet                   Number of detectors
  62 *
  63 */
  64
  65 Projections::Projections (const Scanner& scanner)
  66 : m_projData(0)
  67 {
  68   initFromScanner (scanner);
  69 }
  70
  71
  72 Projections::Projections (const int nView, const int nDet)
  73 : m_projData(0)
  74 {
  75   init (nView, nDet);
  76 }
  77
  78 Projections::Projections (void)
  79 : m_projData(0)
  80 {
  81   init (0, 0);
  82 }
  83
  84 Projections::~Projections (void)
  85 {
  86   deleteProjData();
  87 }
  88
  89 int
  90 Projections::convertInterpNameToID (const char* const interpName)
  91 {
  92   int interpID = POLAR_INTERP_INVALID;
  93
  94   for (int i = 0; i < s_iInterpCount; i++)
  95     if (strcasecmp (interpName, s_aszInterpName[i]) == 0) {
  96       interpID = i;
  97       break;
  98     }
  99
 100     return (interpID);
 101 }
 102
 103 const char*
 104 Projections::convertInterpIDToName (const int interpID)
 105 {
 106   static const char *interpName = "";
 107
 108   if (interpID >= 0 && interpID < s_iInterpCount)
 109     return (s_aszInterpName[interpID]);
 110
 111   return (interpName);
 112 }
 113
 114 const char*
 115 Projections::convertInterpIDToTitle (const int interpID)
 116 {
 117   static const char *interpTitle = "";
 118
 119   if (interpID >= 0 && interpID < s_iInterpCount)
 120     return (s_aszInterpTitle[interpID]);
 121
 122   return (interpTitle);
 123 }
 124
 125
 126
 127 void
 128 Projections::init (const int nView, const int nDet)
 129 {
 130   m_label.setLabelType (Array2dFileLabel::L_HISTORY);
 131   m_nView = nView;
 132   m_nDet = nDet;
 133   newProjData ();
 134
 135   time_t t = time (NULL);
 136   tm* lt = localtime (&t);
 137   m_year = lt->tm_year;
 138   m_month = lt->tm_mon;
 139   m_day = lt->tm_mday;
 140   m_hour = lt->tm_hour;
 141   m_minute = lt->tm_min;
 142   m_second = lt->tm_sec;
 143 }
 144
 145 void
 146 Projections::initFromScanner (const Scanner& scanner)
 147 {
 148   m_label.setLabelType (Array2dFileLabel::L_HISTORY);
 149   deleteProjData();
 150   init (scanner.nView(), scanner.nDet());
 151
 152   m_rotInc = scanner.rotInc();
 153   m_detInc = scanner.detInc();
 154   m_detStart =  scanner.detStart();
 155   m_geometry = scanner.geometry();
 156   m_dFocalLength = scanner.focalLength();
 157   m_dSourceDetectorLength = scanner.sourceDetectorLength();
 158   m_dViewDiameter = scanner.viewDiameter();
 159   m_rotStart = 0;
 160   m_dFanBeamAngle = scanner.fanBeamAngle();
 161 }
 162
 163 void
 164 Projections::setNView (int nView)  // used by MPI to reduce # of views
 165 {
 166   deleteProjData();
 167   init (nView, m_nDet);
 168 }
 169
 170 // NAME
 171 // newProjData
 172
 173 void
 174 Projections::newProjData (void)
 175 {
 176   if (m_projData)
 177     sys_error(ERR_WARNING, "m_projData != NULL [newProjData]");
 178
 179   if (m_nView > 0 && m_nDet) {
 180     m_projData = new DetectorArray* [m_nView];
 181
 182     for (int i = 0; i < m_nView; i++)
 183       m_projData[i] = new DetectorArray (m_nDet);
 184   }
 185 }
 186
 187
 188 /* NAME
 189 *   projections_free                    Free memory allocated to projections
 190 *
 191 * SYNOPSIS
 192 *   projections_free(proj)
 193 *   Projections& proj                           Projectionss to be deallocated
 194 */
 195
 196 void
 197 Projections::deleteProjData (void)
 198 {
 199   if (m_projData != NULL) {
 200     for (int i = 0; i < m_nView; i++)
 201       delete m_projData[i];
 202
 203     delete m_projData;
 204     m_projData = NULL;
 205   }
 206 }
 207
 208
 209 /* NAME
 210 *    Projections::headerWwrite         Write data header for projections file
 211 *
 212 */
 213
 214 bool
 215 Projections::headerWrite (fnetorderstream& fs)
 216 {
 217   kuint16 _hsize = m_headerSize;
 218   kuint16 _signature = m_signature;
 219   kuint32 _nView = m_nView;
 220   kuint32 _nDet = m_nDet;
 221   kuint32 _geom = m_geometry;
 222   kuint16 _remarksize = m_remark.length();
 223   kuint16 _year = m_year;
 224   kuint16 _month = m_month;
 225   kuint16 _day = m_day;
 226   kuint16 _hour = m_hour;
 227   kuint16 _minute = m_minute;
 228   kuint16 _second = m_second;
 229
 230   kfloat64 _calcTime = m_calcTime;
 231   kfloat64 _rotStart = m_rotStart;
 232   kfloat64 _rotInc = m_rotInc;
 233   kfloat64 _detStart = m_detStart;
 234   kfloat64 _detInc = m_detInc;
 235   kfloat64 _viewDiameter = m_dViewDiameter;
 236   kfloat64 _focalLength = m_dFocalLength;
 237   kfloat64 _sourceDetectorLength = m_dSourceDetectorLength;
 238   kfloat64 _fanBeamAngle = m_dFanBeamAngle;
 239
 240   fs.seekp(0);
 241   if (! fs)
 242     return false;
 243
 244   fs.writeInt16 (_hsize);
 245   fs.writeInt16 (_signature);
 246   fs.writeInt32 (_nView);
 247   fs.writeInt32 (_nDet);
 248   fs.writeInt32 (_geom);
 249   fs.writeFloat64 (_calcTime);
 250   fs.writeFloat64 (_rotStart);
 251   fs.writeFloat64 (_rotInc);
 252   fs.writeFloat64 (_detStart);
 253   fs.writeFloat64 (_detInc);
 254   fs.writeFloat64 (_viewDiameter);
 255   fs.writeFloat64 (_focalLength);
 256   fs.writeFloat64 (_sourceDetectorLength);
 257   fs.writeFloat64 (_fanBeamAngle);
 258   fs.writeInt16 (_year);
 259   fs.writeInt16 (_month);
 260   fs.writeInt16 (_day);
 261   fs.writeInt16 (_hour);
 262   fs.writeInt16 (_minute);
 263   fs.writeInt16 (_second);
 264   fs.writeInt16 (_remarksize);
 265   fs.write (m_remark.c_str(), _remarksize);
 266
 267   m_headerSize = fs.tellp();
 268   _hsize = m_headerSize;
 269   fs.seekp(0);
 270   fs.writeInt16 (_hsize);
 271   if (! fs)
 272     return false;
 273
 274   return true;
 275 }
 276
 277 /* NAME
 278 *    projections_read_header         Read data header for projections file
 279 *
 280 */
 281 bool
 282 Projections::headerRead (fnetorderstream& fs)
 283 {
 284   kuint16 _hsize, _signature, _year, _month, _day, _hour, _minute, _second, _remarksize = 0;
 285   kuint32 _nView, _nDet, _geom;
 286   kfloat64 _calcTime, _rotStart, _rotInc, _detStart, _detInc, _focalLength, _sourceDetectorLength, _viewDiameter, _fanBeamAngle;
 287
 288   fs.seekg(0);
 289   if (! fs)
 290     return false;
 291
 292   fs.readInt16 (_hsize);
 293   fs.readInt16 (_signature);
 294   fs.readInt32 (_nView);
 295   fs.readInt32 (_nDet);
 296   fs.readInt32 (_geom);
 297   fs.readFloat64 (_calcTime);
 298   fs.readFloat64 (_rotStart);
 299   fs.readFloat64 (_rotInc);
 300   fs.readFloat64 (_detStart);
 301   fs.readFloat64 (_detInc);
 302   fs.readFloat64 (_viewDiameter);
 303   fs.readFloat64 (_focalLength);
 304   fs.readFloat64 (_sourceDetectorLength);
 305   fs.readFloat64 (_fanBeamAngle);
 306   fs.readInt16 (_year);
 307   fs.readInt16 (_month);
 308   fs.readInt16 (_day);
 309   fs.readInt16 (_hour);
 310   fs.readInt16 (_minute);
 311   fs.readInt16 (_second);
 312   fs.readInt16 (_remarksize);
 313
 314   if (! fs) {
 315     sys_error (ERR_SEVERE, "Error reading header information , _remarksize=%d [projections_read_header]", _remarksize);
 316     return false;
 317   }
 318
 319   if (_signature != m_signature) {
 320     sys_error (ERR_SEVERE, "File %s does not have a valid projection file signature", m_filename.c_str());
 321     return false;
 322   }
 323
 324   char* pszRemarkStorage = new char [_remarksize+1];
 325   fs.read (pszRemarkStorage, _remarksize);
 326   if (! fs) {
 327     sys_error (ERR_SEVERE, "Error reading remark, _remarksize = %d", _remarksize);
 328     return false;
 329   }
 330   pszRemarkStorage[_remarksize] = 0;
 331   m_remark = pszRemarkStorage;
 332   delete pszRemarkStorage;
 333
 334   off_t _hsizeread = fs.tellg();
 335   if (!fs || _hsizeread != _hsize) {
 336     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);
 337     return false;
 338   }
 339
 340   m_headerSize = _hsize;
 341   m_nView = _nView;
 342   m_nDet = _nDet;
 343   m_geometry = _geom;
 344   m_calcTime = _calcTime;
 345   m_rotStart = _rotStart;
 346   m_rotInc = _rotInc;
 347   m_detStart = _detStart;
 348   m_detInc = _detInc;
 349   m_dFocalLength = _focalLength;
 350   m_dSourceDetectorLength = _sourceDetectorLength;
 351   m_dViewDiameter = _viewDiameter;
 352   m_dFanBeamAngle = _fanBeamAngle;
 353   m_year = _year;
 354   m_month = _month;
 355   m_day = _day;
 356   m_hour = _hour;
 357   m_minute = _minute;
 358   m_second = _second;
 359
 360   m_label.setLabelType (Array2dFileLabel::L_HISTORY);
 361   m_label.setLabelString (m_remark);
 362   m_label.setCalcTime (m_calcTime);
 363   m_label.setDateTime (m_year, m_month, m_day, m_hour, m_minute, m_second);
 364
 365   return true;
 366 }
 367
 368 bool
 369 Projections::read (const std::string& filename)
 370 {
 371   return read (filename.c_str());
 372 }
 373
 374
 375 bool
 376 Projections::read (const char* filename)
 377 {
 378   m_filename = filename;
 379 #ifdef MSVC
 380   frnetorderstream fileRead (m_filename.c_str(), std::ios::in | std::ios::binary);
 381 #else
 382   frnetorderstream fileRead (m_filename.c_str(), std::ios::in | std::ios::binary | std::ios::nocreate);
 383 #endif
 384
 385   if (fileRead.fail())
 386     return false;
 387
 388   if (! headerRead (fileRead))
 389     return false;
 390
 391   deleteProjData ();
 392   newProjData();
 393
 394   for (int i = 0; i < m_nView; i++) {
 395     if (! detarrayRead (fileRead, *m_projData[i], i))
 396       break;
 397   }
 398
 399   fileRead.close();
 400   return true;
 401 }
 402
 403
 404 bool
 405 Projections::copyViewData (const std::string& filename, std::ostream& os, int startView, int endView)
 406 {
 407   return copyViewData (filename.c_str(), os, startView, endView);
 408 }
 409
 410 bool
 411 Projections::copyViewData (const char* const filename, std::ostream& os, int startView, int endView)
 412 {
 413   frnetorderstream is (filename, std::ios::in | std::ios::binary);
 414   kuint16 sizeHeader, signature;
 415   kuint32 _nView, _nDet;
 416
 417   is.seekg (0);
 418   if (is.fail()) {
 419     sys_error (ERR_SEVERE, "Unable to read projection file %s", filename);
 420     return false;
 421   }
 422
 423   is.readInt16 (sizeHeader);
 424   is.readInt16 (signature);
 425   is.readInt32 (_nView);
 426   is.readInt32 (_nDet);
 427   int nView = _nView;
 428   int nDet = _nDet;
 429
 430   if (signature != m_signature) {
 431     sys_error (ERR_SEVERE, "Illegal signature in projection file %s", filename);
 432     return false;
 433   }
 434
 435   if (startView < 0)
 436     startView = 0;
 437   if (startView > nView - 1)
 438     startView = nView;
 439   if (endView < 0 || endView > nView - 1)
 440     endView = nView - 1;
 441
 442   if (startView > endView) { // swap if start > end
 443     int tempView = endView;
 444     endView = startView;
 445     startView = tempView;
 446   }
 447
 448   int sizeView = 8 /* view_angle */ + 4 /* nDet */ + (4 * nDet);
 449   unsigned char* pViewData = new unsigned char [sizeView];
 450
 451   for (int i = startView; i <= endView; i++) {
 452     is.seekg (sizeHeader + i * sizeView);
 453     is.read (reinterpret_cast<char*>(pViewData), sizeView);
 454     os.write (reinterpret_cast<char*>(pViewData), sizeView);
 455     if (is.fail() || os.fail())
 456       break;
 457   }
 458
 459   delete pViewData;
 460   if (is.fail())
 461     sys_error (ERR_SEVERE, "Error reading projection file");
 462   if (os.fail())
 463     sys_error (ERR_SEVERE, "Error writing projection file");
 464
 465   return (! (is.fail() | os.fail()));
 466 }
 467
 468 bool
 469 Projections::copyHeader (const std::string& filename, std::ostream& os)
 470 {
 471   return copyHeader (filename.c_str(), os);
 472 }
 473
 474 bool
 475 Projections::copyHeader (const char* const filename, std::ostream& os)
 476 {
 477   frnetorderstream is (filename, std::ios::in | std::ios::binary);
 478   kuint16 sizeHeader, signature;
 479   is.readInt16 (sizeHeader);
 480   is.readInt16 (signature);
 481   is.seekg (0);
 482   if (signature != m_signature) {
 483     sys_error (ERR_SEVERE, "Illegal signature in projection file %s", filename);
 484     return false;
 485   }
 486
 487   unsigned char* pHdrData = new unsigned char [sizeHeader];
 488   is.read (reinterpret_cast<char*>(pHdrData), sizeHeader);
 489   if (is.fail()) {
 490     sys_error (ERR_SEVERE, "Error reading header");
 491     return false;
 492   }
 493
 494   os.write (reinterpret_cast<char*>(pHdrData), sizeHeader);
 495   if (os.fail()) {
 496     sys_error (ERR_SEVERE, "Error writing header");
 497     return false;
 498   }
 499
 500   return true;
 501 }
 502
 503 bool
 504 Projections::write (const std::string& filename)
 505 {
 506   return write (filename.c_str());
 507 }
 508
 509 bool
 510 Projections::write (const char* filename)
 511 {
 512   frnetorderstream fs (filename, std::ios::out | std::ios::binary | std::ios::trunc | std::ios::ate);
 513   m_filename = filename;
 514   if (! fs) {
 515     sys_error (ERR_SEVERE, "Error opening file %s for output [projections_create]", filename);
 516     return false;
 517   }
 518
 519   if (! headerWrite (fs))
 520     return false;
 521
 522   if (m_projData != NULL) {
 523     for (int i = 0; i < m_nView; i++) {
 524       if (! detarrayWrite (fs, *m_projData[i], i))
 525         break;
 526     }
 527   }
 528   if (! fs)
 529     return false;
 530
 531   fs.close();
 532
 533   return true;
 534 }
 535
 536 /* NAME
 537 *   detarrayRead                Read a Detector Array structure from the disk
 538 *
 539 * SYNOPSIS
 540 *   detarrayRead (proj, darray, view_num)
 541 *   DETARRAY *darray            Detector array storage location to be filled
 542 *   int      view_num           View number to read
 543 */
 544
 545 bool
 546 Projections::detarrayRead (fnetorderstream& fs, DetectorArray& darray, const int iview)
 547 {
 548   const int detval_bytes = darray.nDet() * sizeof(kfloat32);
 549   const int detheader_bytes = sizeof(kfloat64) /* view_angle */ + sizeof(kint32) /* nDet */;
 550   const int view_bytes = detheader_bytes + detval_bytes;
 551   const off_t start_data = m_headerSize + (iview * view_bytes);
 552   DetectorValue* detval_ptr = darray.detValues();
 553   kfloat64 view_angle;
 554   kuint32 nDet;
 555
 556   fs.seekg (start_data);
 557
 558   fs.readFloat64 (view_angle);
 559   fs.readInt32 (nDet);
 560   darray.setViewAngle (view_angle);
 561   //  darray.setNDet ( nDet);
 562
 563   for (unsigned int i = 0; i < nDet; i++) {
 564     kfloat32 detval;
 565     fs.readFloat32 (detval);
 566     detval_ptr[i] = detval;
 567   }
 568   if (! fs)
 569     return false;
 570
 571   return true;
 572 }
 573
 574
 575 /* NAME
 576 *   detarrayWrite                       Write detector array data to the disk
 577 *
 578 * SYNOPSIS
 579 *   detarrayWrite (darray, view_num)
 580 *   DETARRAY *darray                    Detector array data to be written
 581 *   int      view_num                   View number to write
 582 *
 583 * DESCRIPTION
 584 *       This routine writes the detarray data from the disk sequentially to
 585 *    the file that was opened with open_projections().  Data is written in
 586 *    binary format.
 587 */
 588
 589 bool
 590 Projections::detarrayWrite (fnetorderstream& fs, const DetectorArray& darray, const int iview)
 591 {
 592   const int detval_bytes = darray.nDet() * sizeof(float);
 593   const int detheader_bytes = sizeof(kfloat64) /* view_angle */ + sizeof(kint32) /* nDet */;
 594   const int view_bytes = detheader_bytes + detval_bytes;
 595   const off_t start_data = m_headerSize + (iview * view_bytes);
 596   const DetectorValue* const detval_ptr = darray.detValues();
 597   kfloat64 view_angle = darray.viewAngle();
 598   kuint32 nDet = darray.nDet();
 599
 600   fs.seekp (start_data);
 601   if (! fs) {
 602     sys_error (ERR_SEVERE, "Error seeking detectory array [detarrayWrite]");
 603     return false;
 604   }
 605
 606   fs.writeFloat64 (view_angle);
 607   fs.writeInt32 (nDet);
 608
 609   for (unsigned int i = 0; i < nDet; i++) {
 610     kfloat32 detval = detval_ptr[i];
 611     fs.writeFloat32 (detval);
 612   }
 613
 614   if (! fs)
 615     return (false);
 616
 617   return true;
 618 }
 619
 620 /* NAME
 621 *   printProjectionData                 Print projections data
 622 *
 623 * SYNOPSIS
 624 *   printProjectionData ()
 625 */
 626
 627 void
 628 Projections::printProjectionData ()
 629 {
 630   printProjectionData (0, nView() - 1);
 631 }
 632
 633 void
 634 Projections::printProjectionData (int startView, int endView)
 635 {
 636   printf("Projections Data\n\n");
 637   printf("Description: %s\n", m_remark.c_str());
 638   printf("Geometry: %s\n", Scanner::convertGeometryIDToName (m_geometry));
 639   printf("nView       = %8d             nDet = %8d\n", m_nView, m_nDet);
 640   printf("focalLength = %8.4f   ViewDiameter = %8.4f\n", m_dFocalLength, m_dViewDiameter);
 641   printf("fanBeamAngle= %8.4f SourceDetector = %8.4f\n", convertRadiansToDegrees(m_dFanBeamAngle), m_dSourceDetectorLength);
 642   printf("rotStart    = %8.4f         rotInc = %8.4f\n", m_rotStart, m_rotInc);
 643   printf("detStart    = %8.4f         detInc = %8.4f\n", m_detStart, m_detInc);
 644   if (m_projData != NULL) {
 645     if (startView < 0)
 646       startView = 0;
 647     if (endView < 0)
 648       endView = m_nView - 1;
 649     if (startView > m_nView - 1)
 650       startView = m_nView - 1;
 651     if (endView > m_nView - 1)
 652       endView = m_nView - 1;
 653     for (int ir = startView; ir <= endView - 1; ir++) {
 654       printf("View %d: angle %f\n", ir, m_projData[ir]->viewAngle());
 655       DetectorValue* detval = m_projData[ir]->detValues();
 656       for (int id = 0; id < m_projData[ir]->nDet(); id++)
 657         printf("%8.4f  ", detval[id]);
 658       printf("\n");
 659     }
 660   }
 661 }
 662
 663 void
 664 Projections::printScanInfo (std::ostringstream& os) const
 665 {
 666   os << "Number of detectors: " << m_nDet << "\n";
 667   os << "Number of views: " << m_nView<< "\n";
 668   os << "Description: " << m_remark.c_str()<< "\n";
 669   os << "Geometry: " << Scanner::convertGeometryIDToName (m_geometry)<< "\n";
 670   os << "Focal Length: " << m_dFocalLength<< "\n";
 671   os << "Source Detector Length: " << m_dSourceDetectorLength << "\n";
 672   os << "View Diameter: " << m_dViewDiameter<< "\n";
 673   os << "Fan Beam Angle: " << convertRadiansToDegrees(m_dFanBeamAngle) << "\n";
 674   os << "detStart: " << m_detStart<< "\n";
 675   os << "detInc: " << m_detInc<< "\n";
 676   os << "rotStart: " << m_rotStart<< "\n";
 677   os << "rotInc: " << m_rotInc<< "\n";
 678 }
 679
 680
 681 bool
 682 Projections::convertPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID)
 683 {
 684   unsigned int nx = rIF.nx();
 685   unsigned int ny = rIF.ny();
 686   ImageFileArray v = rIF.getArray();
 687   ImageFileArray vImag = rIF.getImaginaryArray();
 688
 689   if (! v || nx == 0 || ny == 0)
 690     return false;
 691
 692   Projections* pProj = this;
 693   if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR || m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR)
 694     pProj = interpolateToParallel();
 695
 696   Array2d<double> adView (nx, ny);
 697   Array2d<double> adDet (nx, ny);
 698   double** ppdView = adView.getArray();
 699   double** ppdDet = adDet.getArray();
 700
 701   std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [pProj->m_nView];
 702   unsigned int iView;
 703   for (iView = 0; iView < pProj->m_nView; iView++) {
 704     ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [pProj->m_nDet];
 705     DetectorValue* detval = pProj->getDetectorArray (iView).detValues();
 706     for (unsigned int iDet = 0; iDet < pProj->m_nDet; iDet++)
 707       ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double>(detval[iDet], 0);
 708   }
 709
 710   pProj->calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet, pProj->m_nDet, 1., pProj->m_detInc);
 711
 712   pProj->interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, pProj->m_nView, pProj->m_nDet,
 713     pProj->m_nDet, iInterpolationID);
 714
 715   for (iView = 0; iView < pProj->m_nView; iView++)
 716     delete [] ppcDetValue[iView];
 717   delete [] ppcDetValue;
 718
 719   if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR || m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR)
 720     delete pProj;
 721
 722   return true;
 723 }
 724
 725
 726 bool
 727 Projections::convertFFTPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID, int iZeropad)
 728 {
 729 #ifndef HAVE_FFTW
 730   rIF.arrayDataClear();
 731   return false;
 732 #else
 733   unsigned int nx = rIF.nx();
 734   unsigned int ny = rIF.ny();
 735   ImageFileArray v = rIF.getArray();
 736   if (! rIF.isComplex())
 737     rIF.convertRealToComplex();
 738   ImageFileArray vImag = rIF.getImaginaryArray();
 739
 740   if (! v || nx == 0 || ny == 0)
 741     return false;
 742
 743   if (m_geometry != Scanner::GEOMETRY_PARALLEL) {
 744     sys_error (ERR_WARNING, "convertFFTPolar supports Parallel only");
 745     return false;
 746   }
 747
 748   int iInterpDet = nx;
 749   int iNumInterpDetWithZeros = ProcessSignal::addZeropadFactor (iInterpDet, iZeropad);
 750
 751   double dZeropadRatio = static_cast<double>(iNumInterpDetWithZeros) / static_cast<double>(iInterpDet);
 752
 753   fftw_plan plan = fftw_create_plan (iNumInterpDetWithZeros, FFTW_FORWARD, FFTW_IN_PLACE | FFTW_ESTIMATE | FFTW_USE_WISDOM);
 754
 755   fftw_complex* pcIn = new fftw_complex [iNumInterpDetWithZeros];
 756   std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [m_nView];
 757   double dInterpScale = (m_nDet-1) / static_cast<double>(iInterpDet-1) / SQRT2;
 758
 759   double dFFTScale = 1. / static_cast<double>(iInterpDet * iInterpDet);
 760   int iMidPoint = iInterpDet / 2;
 761   double dMidPoint = static_cast<double>(iInterpDet) / 2.;
 762   int iZerosAdded = iNumInterpDetWithZeros - iInterpDet;
 763   for (unsigned int iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
 764     DetectorValue* detval = getDetectorArray(iView).detValues();
 765     LinearInterpolator<DetectorValue> projInterp (detval, m_nDet);
 766     for (unsigned int iDet = 0; iDet < iInterpDet; iDet++) {
 767       double dInterpPos = (m_nDet / 2.) + (iDet - dMidPoint) * dInterpScale;
 768       pcIn[iDet].re = projInterp.interpolate (dInterpPos) * dInterpScale;
 769       pcIn[iDet].im = 0;
 770     }
 771     Fourier::shuffleFourierToNaturalOrder (pcIn, iInterpDet);
 772     if (iZerosAdded > 0) {
 773       for (unsigned int iDet1 = iMidPoint; iDet1 < iInterpDet; iDet1++)
 774         pcIn[iDet1+iZerosAdded] = pcIn[iDet1];
 775       for (unsigned int iDet2 = iMidPoint; iDet2 < iMidPoint + iZerosAdded; iDet2++)
 776         pcIn[iDet2].re = pcIn[iDet2].im = 0;
 777     }
 778
 779     fftw_one (plan, pcIn, NULL);
 780
 781     ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [iNumInterpDetWithZeros];
 782     for (unsigned int iD = 0; iD < iNumInterpDetWithZeros; iD++) {
 783       ppcDetValue[iView][iD] = std::complex<double> (pcIn[iD].re * dFFTScale, pcIn[iD].im * dFFTScale);
 784     }
 785
 786     Fourier::shuffleFourierToNaturalOrder (ppcDetValue[iView], iNumInterpDetWithZeros);
 787   }
 788   delete [] pcIn;
 789
 790   fftw_destroy_plan (plan);
 791
 792   Array2d<double> adView (nx, ny);
 793   Array2d<double> adDet (nx, ny);
 794   double** ppdView = adView.getArray();
 795   double** ppdDet = adDet.getArray();
 796   calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet, iNumInterpDetWithZeros, dZeropadRatio,
 797     m_detInc * dInterpScale);
 798
 799   interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, m_nView, m_nDet, iNumInterpDetWithZeros,
 800     iInterpolationID);
 801
 802   for (int i = 0; i < m_nView; i++)
 803     delete [] ppcDetValue[i];
 804   delete [] ppcDetValue;
 805
 806   return true;
 807 #endif
 808 }
 809
 810
 811 void
 812 Projections::calcArrayPolarCoordinates (unsigned int nx, unsigned int ny, double** ppdView, double** ppdDet,
 813                                         int iNumDetWithZeros, double dZeropadRatio, double dDetInc)
 814 {
 815 //  double dLength = viewDiameter();
 816   double dLength = phmLen();
 817   double xMin = -dLength / 2;
 818   double xMax = xMin + dLength;
 819   double yMin = -dLength / 2;
 820   double yMax = yMin + dLength;
 821   double xCent = (xMin + xMax) / 2;
 822   double yCent = (yMin + yMax) / 2;
 823
 824   xMin = (xMin - xCent) * dZeropadRatio + xCent;
 825   xMax = (xMax - xCent) * dZeropadRatio + xCent;
 826   yMin = (yMin - yCent) * dZeropadRatio + yCent;
 827   yMax = (yMax - yCent) * dZeropadRatio + yCent;
 828
 829   double xInc = (xMax - xMin) / nx;     // size of cells
 830   double yInc = (yMax - yMin) / ny;
 831
 832   // +1 is correct for frequency data, ndet-1 is correct for projections
 833   int iDetCenter = (iNumDetWithZeros - 1) / 2;  // index refering to L=0 projection
 834   if (isEven (iNumDetWithZeros))
 835     iDetCenter = (iNumDetWithZeros + 1) / 2;
 836
 837   // Calculates polar coordinates (view#, det#) for each point on phantom grid
 838   double x = xMin + xInc / 2;   // Rectang coords of center of pixel
 839   for (unsigned int ix = 0; ix < nx; x += xInc, ix++) {
 840     double y = yMin + yInc / 2;
 841     for (unsigned int iy = 0; iy < ny; y += yInc, iy++) {
 842       double r = ::sqrt (x * x + y * y);
 843       double phi = atan2 (y, x);
 844
 845       if (phi < 0)
 846         phi += TWOPI;
 847       if (phi >= PI) {
 848         phi -= PI;
 849         r = -r;
 850       }
 851
 852       ppdView[ix][iy] = (phi - m_rotStart) / m_rotInc;
 853       ppdDet[ix][iy] = (r / dDetInc) + iDetCenter;
 854     }
 855   }
 856 }
 857
 858 void
 859 Projections::interpolatePolar (ImageFileArray& v, ImageFileArray& vImag,
 860      unsigned int nx, unsigned int ny, std::complex<double>** ppcDetValue, double** ppdView,
 861      double** ppdDet, unsigned int nView, unsigned int nDet, unsigned int nDetWithZeros, int iInterpolationID)
 862 {
 863   typedef std::complex<double> complexValue;
 864
 865   BilinearInterpolator<complexValue>* pBilinear;
 866   if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BILINEAR)
 867     pBilinear = new BilinearInterpolator<complexValue> (ppcDetValue, nView, nDetWithZeros);
 868
 869   BicubicPolyInterpolator<complexValue>* pBicubic;
 870   if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BICUBIC)
 871     pBicubic = new BicubicPolyInterpolator<complexValue> (ppcDetValue, nView, nDetWithZeros);
 872
 873   for (unsigned int ix = 0; ix < ny; ix++) {
 874     for (unsigned int iy = 0; iy < ny; iy++) {
 875
 876       if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_NEAREST) {
 877         unsigned int iView = nearest<int> (ppdView[ix][iy]);
 878         unsigned int iDet = nearest<int> (ppdDet[ix][iy]);
 879         if (iView == nView) {
 880           iView = 0;
 881           iDet = m_nDet - iDet;
 882         }
 883         if (iDet >= 0 && iDet < nDetWithZeros && iView >= 0 && iView < nView) {
 884           v[ix][iy] = ppcDetValue[iView][iDet].real();
 885           if (vImag)
 886             vImag[ix][iy] = ppcDetValue[iView][iDet].imag();
 887         } else
 888           v[ix][iy] = 0;
 889
 890       } else if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BILINEAR) {
 891         std::complex<double> vInterp = pBilinear->interpolate (ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
 892         v[ix][iy] = vInterp.real();
 893         if (vImag)
 894           vImag[ix][iy] = vInterp.imag();
 895       } else if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BICUBIC) {
 896         std::complex<double> vInterp = pBicubic->interpolate (ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
 897         v[ix][iy] = vInterp.real();
 898         if (vImag)
 899           vImag[ix][iy] = vInterp.imag();
 900       }
 901     }
 902   }
 903 }
 904
 905 bool
 906 Projections::initFromSomatomAR_STAR (int iNViews, int iNDets, unsigned char* pData, unsigned long lDataLength)
 907 {
 908   init (iNViews, iNDets);
 909   m_geometry = Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR;
 910   m_dFocalLength = 510;
 911   m_dSourceDetectorLength = 890;
 912   m_detInc = convertDegreesToRadians (3.06976 / 60);
 913   m_dFanBeamAngle = iNDets * m_detInc;
 914   m_detStart = -(m_dFanBeamAngle / 2);
 915   m_rotInc = TWOPI / static_cast<double>(iNViews);
 916   m_rotStart = 0;
 917   m_dViewDiameter = sin (m_dFanBeamAngle / 2) * m_dFocalLength * 2;
 918
 919   if (! ((iNViews == 750 && lDataLength == 1560000L) || (iNViews == 950 && lDataLength == 1976000L)
 920                 || (iNViews == 1500 && lDataLength == 3120000)))
 921     return false;
 922
 923   double dCenter = (iNDets - 1.) / 2.; // change from (Nm+1)/2 because of 0 vs. 1 indexing
 924   double* pdCosScale = new double [iNDets];
 925   for (int i = 0; i < iNDets; i++)
 926     pdCosScale[i] = 1. / cos ((i - dCenter) * m_detInc);
 927
 928   long lDataPos = 0;
 929   for (int iv = 0; iv < iNViews; iv++) {
 930     unsigned char* pArgBase = pData + lDataPos;
 931     unsigned char* p = pArgBase+0; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 932     long lProjNumber = *reinterpret_cast<long*>(p);
 933
 934     p = pArgBase+20;  SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 935     long lEscale = *reinterpret_cast<long*>(p);
 936
 937     p = pArgBase+28;  SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 938     long lTime = *reinterpret_cast<long*>(p);
 939
 940     p = pArgBase + 4; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 941     double dAlpha = *reinterpret_cast<float*>(p) + HALFPI;
 942
 943     p = pArgBase+12; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 944     double dAlign = *reinterpret_cast<float*>(p);
 945
 946     p = pArgBase + 16; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
 947     double dMaxValue = *reinterpret_cast<float*>(p);
 948
 949     DetectorArray& detArray = getDetectorArray (iv);
 950     detArray.setViewAngle (dAlpha);
 951     DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 952
 953     double dViewScale = 1. / (2294.4871 * ::pow (2.0, -lEscale));
 954     lDataPos += 32;
 955     for (int id = 0; id < iNDets; id++) {
 956       int iV = pData[lDataPos+1] + (pData[lDataPos] << 8);
 957       if (iV > 32767)   // two's complement signed conversion
 958         iV = iV - 65536;
 959       detval[id] = iV * dViewScale * pdCosScale[id];
 960       lDataPos += 2;
 961     }
 962 #if 1
 963     for (int k = iNDets - 2; k >= 0; k--)
 964       detval[k+1] = detval[k];
 965     detval[0] = 0;
 966 #endif
 967   }
 968
 969   delete pdCosScale;
 970   return true;
 971 }
 972
 973 Projections*
 974 Projections::interpolateToParallel () const
 975 {
 976   if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_PARALLEL)
 977     return const_cast<Projections*>(this);
 978
 979   int nDet = m_nDet;
 980   int nView = m_nView;
 981   Projections* pProjNew = new Projections (nView, nDet);
 982   pProjNew->m_geometry = Scanner::GEOMETRY_PARALLEL;
 983   pProjNew->m_dFocalLength = m_dFocalLength;
 984   pProjNew->m_dSourceDetectorLength = m_dSourceDetectorLength;
 985   pProjNew->m_dViewDiameter = m_dViewDiameter;
 986   pProjNew->m_dFanBeamAngle = m_dFanBeamAngle;
 987   pProjNew->m_calcTime  = 0;
 988   pProjNew->m_remark = m_remark;
 989   pProjNew->m_remark += "; Interpolate to Parallel";
 990   pProjNew->m_label.setLabelType (Array2dFileLabel::L_HISTORY);
 991   pProjNew->m_label.setLabelString (pProjNew->m_remark);
 992   pProjNew->m_label.setCalcTime (pProjNew->m_calcTime);
 993   pProjNew->m_label.setDateTime (pProjNew->m_year, pProjNew->m_month, pProjNew->m_day, pProjNew->m_hour, pProjNew->m_minute, pProjNew->m_second);
 994
 995   pProjNew->m_rotStart = 0;
 996 #ifdef CONVERT_PARALLEL_PI
 997   pProjNew->m_rotInc = PI / nView;;
 998 #else
 999   pProjNew->m_rotInc = TWOPI / nView;
1000 #endif
1001   pProjNew->m_detStart = -m_dViewDiameter / 2;
1002   pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / nDet;
1003   if (isEven (nDet)) // even
1004     pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / (nDet - 1);
1005
1006   ParallelRaysums parallel (this, ParallelRaysums::THETA_RANGE_NORMALIZE_TO_TWOPI);
1007
1008   double* pdThetaValuesForT = new double [pProjNew->nView()];
1009   double* pdRaysumsForT = new double [pProjNew->nView()];
1010
1011   // interpolate to evenly spaced theta (views)
1012   double dDetPos = pProjNew->m_detStart;
1013   for (int iD = 0; iD < pProjNew->nDet(); iD++, dDetPos += pProjNew->m_detInc) {
1014       parallel.getThetaAndRaysumsForT (iD, pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT);
1015
1016     double dViewAngle = m_rotStart;
1017     int iLastFloor = -1;
1018     for (int iV = 0; iV < pProjNew->nView(); iV++, dViewAngle += pProjNew->m_rotInc) {
1019       DetectorValue* detValues = pProjNew->getDetectorArray (iV).detValues();
1020       LinearInterpolator<double> interp (pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT, pProjNew->nView(), false);
1021       detValues[iD] = interp.interpolate (dViewAngle, &iLastFloor);
1022     }
1023   }
1024   delete pdThetaValuesForT;
1025   delete pdRaysumsForT;
1026
1027   // interpolate to evenly space t (detectors)
1028   double* pdOriginalDetPositions = new double [pProjNew->nDet()];
1029   parallel.getDetPositions (pdOriginalDetPositions);
1030
1031   double* pdDetValueCopy = new double [pProjNew->nDet()];
1032   double dViewAngle = m_rotStart;
1033   for (int iV = 0; iV < pProjNew->nView(); iV++, dViewAngle += pProjNew->m_rotInc) {
1034     DetectorArray& detArray = pProjNew->getDetectorArray (iV);
1035     DetectorValue* detValues = detArray.detValues();
1036     detArray.setViewAngle (dViewAngle);
1037
1038     for (int i = 0; i < pProjNew->nDet(); i++)
1039       pdDetValueCopy[i] =   detValues[i];
1040
1041     double dDetPos = pProjNew->m_detStart;
1042     int iLastFloor = -1;
1043     LinearInterpolator<double> interp (pdOriginalDetPositions, pdDetValueCopy, pProjNew->nDet(), false);
1044     for (int iD = 0; iD < pProjNew->nDet(); iD++, dDetPos += pProjNew->m_detInc)
1045       detValues[iD] = interp.interpolate (dDetPos, &iLastFloor);
1046   }
1047   delete pdDetValueCopy;
1048   delete pdOriginalDetPositions;
1049
1050   return pProjNew;
1051 }
1052
1053
1054 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1055 //
1056 // Class ParallelRaysums
1057 //
1058 // Used for converting divergent beam raysums into Parallel raysums
1059 //
1060 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1061
1062 ParallelRaysums::ParallelRaysums (const Projections* pProjections, int iThetaRange)
1063 : m_iNumCoordinates(0), m_iNumView(pProjections->nView()), m_iNumDet(pProjections->nDet()),
1064   m_iThetaRange (iThetaRange), m_pCoordinates(NULL)
1065 {
1066   int iGeometry = pProjections->geometry();
1067   double dDetInc = pProjections->detInc();
1068   double dDetStart = pProjections->detStart();
1069   double dFocalLength = pProjections->focalLength();
1070
1071   m_iNumCoordinates =  m_iNumView * m_iNumDet;
1072   m_pCoordinates = new ParallelRaysumCoordinate [m_iNumCoordinates];
1073   m_vecpCoordinates.reserve (m_iNumCoordinates);
1074   for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
1075     m_vecpCoordinates[i] = m_pCoordinates + i;
1076
1077   int iCoordinate = 0;
1078   for (int iV = 0; iV < m_iNumView; iV++) {
1079     double dViewAngle = pProjections->getDetectorArray(iV).viewAngle();
1080     const DetectorValue* detValues = pProjections->getDetectorArray(iV).detValues();
1081
1082     double dDetPos = dDetStart;
1083     for (int iD = 0; iD < m_iNumDet; iD++) {
1084       ParallelRaysumCoordinate* pC = m_vecpCoordinates[iCoordinate++];
1085
1086       if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_PARALLEL) {
1087         pC->m_dTheta = dViewAngle;
1088         pC->m_dT = dDetPos;
1089       } else if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR) {
1090         double dFanAngle = atan (dDetPos / pProjections->sourceDetectorLength());
1091         pC->m_dTheta = dViewAngle + dFanAngle;
1092         pC->m_dT = dFocalLength * sin(dFanAngle);
1093
1094       } else if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR) {
1095         // fan angle is same as dDetPos
1096         pC->m_dTheta = dViewAngle + dDetPos;
1097         pC->m_dT = dFocalLength * sin (dDetPos);
1098       }
1099       if (m_iThetaRange != THETA_RANGE_UNCONSTRAINED) {
1100         pC->m_dTheta = normalizeAngle (pC->m_dTheta);
1101         if (m_iThetaRange == THETA_RANGE_FOLD_TO_PI && pC->m_dTheta >= PI) {
1102           pC->m_dTheta -= PI;
1103           pC->m_dT = -pC->m_dT;
1104         }
1105       }
1106       pC->m_dRaysum = detValues[iD];
1107       dDetPos += dDetInc;
1108     }
1109   }
1110 }
1111
1112 ParallelRaysums::~ParallelRaysums()
1113 {
1114   delete m_pCoordinates;
1115 }
1116
1117 ParallelRaysums::CoordinateContainer&
1118 ParallelRaysums::getSortedByTheta()
1119 {
1120   if (m_vecpSortedByTheta.size() == 0) {
1121     m_vecpSortedByTheta.resize (m_iNumCoordinates);
1122     for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
1123       m_vecpSortedByTheta[i] = m_vecpCoordinates[i];
1124     std::sort (m_vecpSortedByTheta.begin(), m_vecpSortedByTheta.end(), ParallelRaysumCoordinate::compareByTheta);
1125   }
1126
1127   return m_vecpSortedByTheta;
1128 }
1129
1130 ParallelRaysums::CoordinateContainer&
1131 ParallelRaysums::getSortedByT()
1132 {
1133   if (m_vecpSortedByT.size() == 0) {
1134     m_vecpSortedByT.resize (m_iNumCoordinates);
1135     for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
1136       m_vecpSortedByT[i] = m_vecpCoordinates[i];
1137     std::sort (m_vecpSortedByT.begin(), m_vecpSortedByT.end(), ParallelRaysumCoordinate::compareByT);
1138   }
1139
1140   return m_vecpSortedByT;
1141 }
1142
1143
1144 void
1145 ParallelRaysums::getLimits (double* dMinT, double* dMaxT, double* dMinTheta, double* dMaxTheta) const
1146 {
1147   if (m_iNumCoordinates <= 0)
1148     return;
1149
1150   *dMinT = *dMaxT = m_vecpCoordinates[0]->m_dT;
1151   *dMinTheta = *dMaxTheta = m_vecpCoordinates[0]->m_dTheta;
1152
1153   for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++) {
1154     double dT = m_vecpCoordinates[i]->m_dT;
1155     double dTheta = m_vecpCoordinates[i]->m_dTheta;
1156
1157     if (dT < *dMinT)
1158       *dMinT = dT;
1159     else if (dT > *dMaxT)
1160       *dMaxT = dT;
1161
1162     if (dTheta < *dMinTheta)
1163       *dMinTheta = dTheta;
1164     else if (dTheta > *dMaxTheta)
1165       *dMaxTheta = dTheta;
1166   }
1167 }
1168
1169 void
1170 ParallelRaysums::getThetaAndRaysumsForT (int iTheta, double* pTheta, double* pRaysum)
1171 {
1172   const CoordinateContainer& coordsT = getSortedByT();
1173
1174   int iBase = iTheta * m_iNumView;
1175   for (int i = 0; i < m_iNumView; i++) {
1176     int iPos = iBase + i;
1177     pTheta[i] = coordsT[iPos]->m_dTheta;
1178     pRaysum[i] = coordsT[iPos]->m_dRaysum;
1179   }
1180 }
1181
1182 void
1183 ParallelRaysums::getDetPositions (double* pdDetPos)
1184 {
1185   const CoordinateContainer& coordsT = getSortedByT();
1186
1187   int iPos = 0;
1188   for (int i = 0; i < m_iNumDet; i++) {
1189     pdDetPos[i] = coordsT[iPos]->m_dT;
1190     iPos += m_iNumView;
1191   }
1192 }