r97: Converted Scanner and Projections to C++
[ctsim.git] / include / ir.h
index 652e5cb5b746fb79eb7694499cf0379663c44f6c..8af85727a19a74f874b3874efcde449ae1038966 100644 (file)
@@ -1,60 +1,15 @@
 /*****************************************************************************
-**  This is part of the CTSim program
-**  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
-**
-**  $Id: ir.h,v 1.17 2000/06/03 06:29:08 kevin Exp $
-**  $Log: ir.h,v $
-**  Revision 1.17  2000/06/03 06:29:08  kevin
-**  *** empty log message ***
-**
-**  Revision 1.16  2000/05/24 22:48:17  kevin
-**  First functional version of SDF library for X-window
-**
-**  Revision 1.15  2000/05/16 04:33:17  kevin
-**  Updated documentation
-**
-**  Revision 1.14  2000/05/11 14:07:00  kevin
-**  Added support for Windows NT
-**
-**  Revision 1.13  2000/05/08 20:00:48  kevin
-**  ANSI C changes
-**
-**  Revision 1.12  2000/05/07 12:46:19  kevin
-**  made c++ compatible
-**
-**  Revision 1.11  2000/05/05 02:37:31  kevin
-**  renamed phmelm to pelm
-**
-**  Revision 1.10  2000/05/04 18:16:34  kevin
-**  renamed filter definitions
+** FILE IDENTIFICATION
 **
-**  Revision 1.9  2000/05/04 04:29:18  kevin
-**  *** empty log message ***
+**   Name:          ir.h
+**   Purpose:       Master Image Reconstruction Header
+**   Programmer:    Kevin Rosenberg
+**   Date Started:  July 1, 1984
 **
-**  Revision 1.8  2000/05/04 04:25:55  kevin
-**  Renamed phantom and phantom-element functions/variables
-**
-**  Revision 1.7  2000/05/03 19:51:41  kevin
-**  function renaming for phantoms and phantom elements
-**
-**  Revision 1.6  2000/05/03 08:49:49  kevin
-**  Code cleanup
-**
-**  Revision 1.5  2000/05/02 20:00:25  kevin
-**  *** empty log message ***
-**
-**  Revision 1.4  2000/05/02 15:31:39  kevin
-**  code cleaning
-**
-**  Revision 1.3  2000/04/29 23:24:29  kevin
-**  *** empty log message ***
-**
-**  Revision 1.2  2000/04/28 14:14:16  kevin
-**  *** empty log message ***
-**
-**  Revision 1.1.1.1  2000/04/28 13:02:43  kevin
-**  Initial CVS import for first public release
+**  This is part of the CTSim program
+**  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
 **
+**  $Id: ir.h,v 1.28 2000/06/17 20:12:14 kevin Exp $
 **
 **
 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
 ******************************************************************************/
 
-/*     ir.h        Header File for Image Reconstruction System
- *     Programmer:   Kevin Rosenberg
- *     Date Started: 7-1-84
- */
-
 #ifndef IR_H
 #define IR_H
 
-#ifdef __cplusplus
-extern "C" {
-#endif /* __cplusplus */
-
-#ifdef MPI_CT
-#define MPI_MAX_PROCESS 128 
-struct mpi_ct_st
-{
-  int my_rank;
-  int nproc;
-  int base_local_work_units;
-  int remainder_work_units;
-  int local_work_units[MPI_MAX_PROCESS];
-  int start_work_unit[MPI_MAX_PROCESS];
-  MPI_Comm comm;
-};
-
-extern struct mpi_ct_st mpi_ct;
-void mpi_ct_calc_work_units(const unsigned int global_work_units);
-#endif
-
-
-struct histo_st {
-    int *b;                    /* Histogram array (# of elements in each bin) */
-    int nbin;                  /* Number of histogram bins */
-    double xmin, xmax, xinc;   /* Limits of histogram boundaries */
-};
-
-typedef struct histo_st HISTOGRAM;
-
-/*---------------------------------------------------------------------------*/
-
-static const int POINTS_PER_CIRCLE=90;
-#define MAXREMARK  99
-
-typedef FMTX_2D         IMAGE_ARRAY;    /* use 2d floating point matrix */
-typedef float           IMAGE_ELEM_VAL;        /* use floats for image storing */
-
-struct image_st {
-    IMAGE_ARRAY v;                     /* values of voxels in matrix form */
-    SDF_2D *dfp_2d;                    /* Pointer to disk image file */
-    int nx, ny;                                /* size of voxel matrix */
-    double xmin, xmax, ymin, ymax;     /* extent of voxel matrix in phm coord */
-    char remark[MAXREMARK+1];          /* description of voxel data */
-    float calctime;                    /* time to calculate voxels in seconds */
-};
-typedef struct image_st  IMAGE;
-
-typedef enum {
-  RECTANGLE,
-  TRIANGLE,
-  ELLIPSE,
-  SECTOR,
-  SEGMENT
-} PElmType;
-
-struct pelm_st {
-    PElmType type;          /* pelm type (box, ellipse, etc) */
-    double atten;           /* X-ray attenuation coefficient */
-    double cx,cy;           /* center of pelm */
-    double u,v;                     /* size of pelm */
-    double rot;                     /* pelm rotation angle (in radians) */
-    double *x, *y;          /* ptr to array of points in obj world coord */
-    int pts;                /* number of points in outline arrays */
-    double xmin, xmax, ymin, ymax; /* pelm limits */
-    double radius;          /*   "   */
-    GRFMTX_2D p_to_o;        /* map from phantom to standard pelm coords */
-    GRFMTX_2D o_to_p;        /* map from std pelm coords to phantom coords */
-    struct pelm_st *next;    /* pointer to next pelm in phantom */
-};
-typedef struct pelm_st PELM;
-
-typedef enum {
-  P_PELMS,        /* Phantom made of Pelms */
-  P_UNIT_PULSE,   /* Special phantom, not made of pelms */
-  P_FILTER       /* defined only by this type */
-} PhmType;
-
-struct phm_st {                           /* Phantom structure */
-    PELM *pelm_list;               /* pelm linked-list */
-    PhmType type;
-    int n_pelm;                           /* number of pelms in phantom */
-    double xmin, xmax, ymin, ymax; /* extent of pelms in pelm coordinates */
-    double radius;                 /*      " "    */
-};
-typedef struct phm_st    PHANTOM;
 
-
-/*----------------------------------------------------------------------*/
-/*                             RAYSUM SYMBOLS                          */
-/*----------------------------------------------------------------------*/
-
-/* Ray sums are collected along an array of ndet detectors.  The data
- * for these detectors is stored in the structure DETECTARRAY
- */
-
-typedef float DETECT_TYPE;
-
-struct detarray_st {
-  DETECT_TYPE *detval; /* Pointer to array of values recorded by detector */
-  int ndet;            /* Number of detectors in array */
-  double view_angle;    /* View angle in radians */
-};
-typedef struct detarray_st DETARRAY;
-
-
-typedef enum {
-    DETECTOR_PARALLEL,
-    DETECTOR_EQUIANGLE,
-    DETECTOR_EQUILINEAR
-} ScannerGeometry;
-  
-struct detector_st {
-  ScannerGeometry geometry;     /* Geometry of detectory */
-  int ndet;                    /* Number of detectors in array */
-  int nview;                   /* Number of rotated views */
-  int nsample;                 /* Number of rays per detector */
-  double detlen;               /* Total length of detector array */
-  double rotlen;               /* Rotation angle length in radians (norm 2PI) */
-  double det_inc;              /* Increment between centers of detectors */
-  double rot_inc;              /* Increment in rotation angle between views */
-  double radius;               /* Radius of rotation.  Distance from */
-                               /*   center of phm to center of det */
-  double phmlen;                /* Maximum Length of phantom or area of interest */
-  struct {
-    double xd1,yd1,xd2,yd2;    /* Coordinates of detector endpoints */
-    double xs1,ys1,xs2,ys2;    /* Coordinates of source endpoints */
-    double angle;              /* Starting angle */
-  } init;
-};
-typedef struct detector_st DETECTOR;
-
-struct raysum_st {
-  int fd;                      /* Disk file descriptor */
-  int file_mode;               /* Current file mode (read or write) */
-  int header_size;             /* Size of disk file header */
-  int geometry;                        /* Geometry of scanner */
-  struct detarray_st **view;   /* Pointer to array of detarray_st pointers */
-
-  char remark[MAXREMARK+1];    /* description of raysum data */
-  double calctime;             /* time required to calculate raysums */
-
-  int ndet;                    /* number of detectors in array */
-  int nview;                   /* number of rotated views */
-  double rot_start;            /* starting view rotation */
-  double rot_inc;              /* angle between rotations */
-  double det_start;            /* distance of beginning detector to center */
-                               /*    of PHANTOM */
-  double det_inc;              /* increment between detectors */
-  double phmlen;               /* Length of PHANTOM edge (phm is square) */
-};
-typedef struct raysum_st   RAYSUM;
+#include "phantom.h"
+#include "scanner.h"
+#include "projections.h"
 
 /*----------------------------------------------------------------------*/
 /*                             USER SYMBOLS                            */
 /*----------------------------------------------------------------------*/
 
-/* Codes for Coordinate Types      */
-/* Defines coords for pelm_is_point_inside() */
-
-typedef enum {
-  PELM_COORD,         /* Normalized Pelm Coordinates */
-  PHM_COORD           /* User's phantom Coordinates */
-} CoordType;
-
 /* Codes for Filter types */
 
 typedef enum {         /* filter types for filter_generate() */
@@ -265,31 +59,29 @@ static const char D_FREQ_STR[]=    "freq";
 static const char D_SPATIAL_STR[]= "spatial";
  
 typedef enum {
-  D_FREQ,
+  D_FREQ = 1,
   D_SPATIAL 
 } DomainType;
 
 typedef enum {
-    FUNC_EVEN,    /* function types, f[-n] = f[n] */
+    FUNC_EVEN = 1,    /* function types, f[-n] = f[n] */
     FUNC_ODD,     /* f[-n] = -f[n] */
     FUNC_BOTH    /* function has both odd & even components */
 } FunctionSymmetry;
 
 /* interpolation methods */
+#undef HAVE_BSPLINE_INTERP
 typedef enum {     /* Interpolation methods */
-  I_NEAREST,       /* Nearest neighbor */
-  I_LINEAR,        /* Linear interpolation */
+  I_NEAREST = 1,       /* Nearest neighbor */
+#if HAVE_BSPLINE_INTERP
   I_BSPLINE,
   I_1BSPLINE,      /* 1st order B-Spline */
   I_2BSPLINE,
-  I_3BSPLINE
+  I_3BSPLINE,
+#endif
+  I_LINEAR        /* Linear interpolation */
 } InterpolationType;
 
-/* Constants for sizing PHANTOM */
-
-static const double PERCENT_PHM_SIZE_INCR=0.0;  /* Fractional increase in phantom limits compared to pelm size */
-static const int N_EXTRA_DETECTORS=4;           /* Number of extra detectors widths when calculating detlen */
-
 static const char O_TRACE_NONE_STR[]=     "none";
 static const char O_TRACE_TEXT_STR[]=     "text";
 static const char O_TRACE_PHM_STR[]=      "phm";
@@ -360,152 +152,50 @@ const static int RAYSUM_TRACE_ROW_CURR_VIEW=17;
 const static int RAYSUM_TRACE_ROW_ATTEN=18;
 
 
+
 /*************************************************************************
  *  FUNCTION DECLARATIONS
  ************************************************************************/
-void usage (const char *program);
-
-/* From reconstr.c */
-IMAGE *image_reconst (IMAGE *im, RAYSUM *rs, const FilterType filt_type, double filt_param, InterpolationType interp_type, int interp_param, const BackprojType backproj_type, int const ir_trace);
-
-/* From bproj.c */
-void backproj_init (const RAYSUM *rs, IMAGE *im, const BackprojType bproj_method);
-int  backproj_calc (const RAYSUM *rs, IMAGE *im, const double *t, const double view_angle, 
-                   const int interp_type, const int bproj_method);
-void backproj_term (const RAYSUM *rs, IMAGE *im, const int bproj_method);
-
-void backproj_init_trig (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-int  backproj_calc_trig (const RAYSUM *rs, IMAGE *im, const double *t, 
-                        const double view_angle, const int interp_type);
-void backproj_term_trig (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-void backproj_init_table (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-int  backproj_calc_table (const RAYSUM *rs, IMAGE *im, const double *t, 
-                         const double view_angle, const int interp_type);
-void backproj_term_table (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-void backproj_init_d (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-int  backproj_calc_d (const RAYSUM *rs, IMAGE *im, const double *t, 
-                     const double view_angle, const int interp_type);
-void backproj_term_d (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-void backproj_init_d2 (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-int  backproj_calc_d2 (const RAYSUM *rs, IMAGE *im, const double *t, 
-                      const double view_angle, const int interp_type);
-void backproj_term_d2 (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-void backproj_init_id (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-int  backproj_calc_id (const RAYSUM *rs, IMAGE *im, const double *t, 
-                      const double view_angle, const int interp_type);
-void backproj_term_id (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-void backproj_init_id2 (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
-int  backproj_calc_id2 (const RAYSUM *rs, IMAGE *im, const double *t, 
-                       const double view_angle, const int interp_type);
-void backproj_term_id2 (const RAYSUM *rs, IMAGE *im);
 
-/* bspline.c */
-int bspline(int samples, int zoom_factor, int spline_order, double input[], double output[]);
-
-/* convolve.c */
-double convolve(const double f1[], const double f2[], const double dx, const int n, const int np, const FunctionSymmetry func_type);
-double convolve_both(const double f1[], const double f2[], const double dx, const int n, const int np);
-
-/* dialogs.c */
-int phm_add_pelm_kb(PHANTOM *phm);
-PHANTOM *phm_select(void);
-int interpolation_select(void);
-int filter_select(double *filter_param);
-
-/* filter.c */
-double *filter_generate(const FilterType filt_type, double bw, double xmin, double xmax, int n, double param, const DomainType domain, int numint);
-double filter_spatial_response_calc(int filt_type, double x, double bw, double param, int n);
-double filter_spatial_response_analytic(int filt_type, double x, double bw, double param);
-double filter_frequency_response(int filt_type, double u, double bw, double param);
-double sinc(double x, double mult);
+/* convolve.cpp */
+double convolve (const double f1[], const double f2[], const double dx, const int n, const int np, const FunctionSymmetry func_type);
+
+/* dialogs.cpp */
+bool phm_add_pelem_kb (Phantom& phm);
+const Phantom& phm_select (Phantom& phm);
+int interpolation_select (void);
+int filter_select (double *filter_param);
+
+/* filter.cpp */
+double *filter_generate (const FilterType filt_type, double bw, double xmin, double xmax, int n, double param, const DomainType domain, int numint);
+double filter_spatial_response_calc (int filt_type, double x, double bw, double param, int n);
+double filter_spatial_response_analytic (int filt_type, double x, double bw, double param);
+double filter_frequency_response (int filt_type, double u, double bw, double param);
+double sinc (double x, double mult);
 double integral_abscos(double u, double w);
 
-/* image.c */
-IMAGE *image_create(const char *fname, const int nx, const int ny);
-int image_clear(IMAGE *im);
-int image_save(IMAGE *im);
-IMAGE *image_load(const char *fname);
-void image_filter_response(IMAGE *im, const DomainType domain, double bw, const FilterType filt_type, double filt_param, const int opt_trace);
-int image_display (const IMAGE *im);
-int image_display_scale (const IMAGE *im, const int scale, const double pmin, const double pmax);
-
-/* options.c */
+/* options.cpp */
 int opt_set_trace(const char *optarg);
 const char *name_of_phantom(const int phmid);
 int opt_set_phantom(const char *optarg);
-int opt_set_interpolation(const char *optarg);
+InterpolationType opt_set_interpolation(const char *optarg);
 const char *name_of_interpolation(int interp_type);
-int opt_set_filter(const char *optarg);
+FilterType opt_set_filter(const char *optarg);
 const char *name_of_filter(const int filter);
 DomainType opt_set_filter_domain(const char *optarg);
 const char *name_of_filter_domain(const DomainType domain);
-int opt_set_backproj(const char *optarg);
+BackprojType opt_set_backproj(const char *optarg);
 const char *name_of_backproj(const BackprojType backproj);
 
-/* phm.c */
-PHANTOM *phm_create(const int phmid);
-PHANTOM *phm_create_from_file(const char *fname);
-PHANTOM *phm_init(void);
-void phm_free (PHANTOM *phm);
-int phm_add_pelm_file(PHANTOM *phm, const char *fname);
-void phm_add_pelm (PHANTOM *phm, const char *type, const double cx, const double cy, 
-              const double u, const double v, const double rot, const double atten);
-int pelm_make_points(PELM *obj);
-void pelm_make_xform (PELM *obj);
-PELM *pelm_alloc(void);
-void calc_arc(double x[], double y[], const int pts, const double xcent, const double ycent, 
-             const double r, const double start, const double stop);
-void calc_ellipse(double x[], double y[], const int pts, const double u, const double v);
-int circle_pts(double theta);
-void phm_print(PHANTOM *phm);
-#if HAVE_SGP
-void phm_show(const PHANTOM *phm);
-void phm_draw(const PHANTOM *phm);
-#endif
-
-/* phm2image.c */
-void phm_to_image(const PHANTOM *phm, IMAGE *im, const int col_start, const int col_count,
-                 const int nsample, const int trace);
-int pelm_is_point_inside(PELM *obj, const double x, const double y, const CoordType coord_type);
-
-/* phmstd.c */
-void phm_std_herman (PHANTOM *phm);
-void phm_std_rowland (PHANTOM *phm);
-void phm_std_rowland_bordered (PHANTOM *phm);
-
-/* raycollect.c */
-int raysum_collect(RAYSUM *rs, const DETECTOR *det, const PHANTOM *phm, const int start_view, const int trace, const int unit_pulse);
-void rayview(const PHANTOM *phm, DETARRAY *darray, const DETECTOR *det, const double xd1, const double yd1, const double xd2, const double yd2, const double xs1, const double ys1, const double xs2, const double ys2, const int unit_pulse);
-double phm_ray_attenuation (const PHANTOM *phm, const double x1, const double y1, const double x2, const double y2);
-double pelm_ray_attenuation (PELM *pelm, const double x1, const double y1, const double x2, const double y2);
-int pelm_clip_line (const PELM *pelm, double *x1, double *y1, double *x2, double *y2);
-void raysum_trace_show_param (const char *label, const char *fmt, int row, int color, ...);
-
-/* scanner.c */
-DETECTOR *detector_create(const PHANTOM *phm, int geometry, int ndet, int nview, int nsample, const double rot_anglen);
-void detector_free(DETECTOR *det);
+/* From phm2image.cpp */
+void phm_to_imagefile (const Phantom& phm, ImageFile& im, const int col_start, const int col_count, const int nsample, const int trace);
 
-/* rayio.c */
-RAYSUM *raysum_create(const char *fname, const int nview, const int ndet);
-RAYSUM *raysum_create_from_det(const char *fname, const DETECTOR *det);
-RAYSUM *raysum_open(const char *filename);
-void raysum_alloc_views(RAYSUM *rs);
-void raysum_free(RAYSUM *rs);
-int raysum_is_open(RAYSUM *rs);
-int raysum_close(RAYSUM *rs);
-int raysum_read_header(RAYSUM *rs);
-int raysum_write_header(RAYSUM *rs);
-int raysum_read(RAYSUM *rs);
-int raysum_write(RAYSUM *rs);
-DETARRAY *detarray_alloc(const int n);
-void detarray_free(DETARRAY *darray);
-int detarray_read(RAYSUM *rs, DETARRAY *darray, const int view_num);
-int detarray_write(RAYSUM *rs, const DETARRAY *darray, const int view_num);
-int raysum_print(const RAYSUM *rs);
+/* image.cpp */
+void image_filter_response(ImageFile& im, const DomainType domain, double bw, const FilterType filt_type, double filt_param, const int opt_trace);
+int image_display (const ImageFile& im);
+int image_display_scale (const ImageFile& im, const int scale, const double pmin, const double pmax);
 
-#ifdef __cplusplus
-} 
-#endif /* __cplusplus */
+/* From reconstr.cpp */
+ImageFile& proj_reconst (ImageFile& im, Projections& rs, const FilterType filt_type, double filt_param, InterpolationType interp_type, int interp_param, const BackprojType backproj_type, int const ir_trace);
 
 #endif