r145: *** empty log message ***
[ctsim.git] / libctsim / backprojectors.cpp
index ef0de98cfaec261d8aa6aae9a5fcadd644c67c40..9aa314598a9cc19e69205b3273a39f52d2822e68 100644 (file)
@@ -8,7 +8,7 @@
 **  This is part of the CTSim program
 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
 **
-**  $Id: backprojectors.cpp,v 1.2 2000/06/19 19:07:33 kevin Exp $
+**  $Id: backprojectors.cpp,v 1.8 2000/07/13 07:03:21 kevin Exp $
 **
 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
 
 #include "ct.h"
 
+Backprojector::Backprojector (const Projections& proj, ImageFile& im, const char* const backprojName, const char* const interpName, const int interpFactor)
+{
+  m_fail = false;
+  m_pBackprojectImplem = NULL;
+
+  initBackprojector (proj, im, backprojName, interpName, interpFactor);
+}
+
+void 
+Backprojector::BackprojectView (const double* const viewData, const double viewAngle)
+{
+  if (m_pBackprojectImplem != NULL)
+    m_pBackprojectImplem->BackprojectView (viewData, viewAngle);
+}
+
+Backprojector::~Backprojector (void)
+{
+  delete m_pBackprojectImplem;
+}
 
 // FUNCTION IDENTIFICATION
 //     Backproject* projector = selectBackprojector (...)
 //     Selects a backprojector based on BackprojType 
 //     and initializes the backprojector
 
-Backproject* selectBackprojector (BackprojType bjType, const Projections& proj, ImageFile& im, InterpolationType interpType)
+bool
+Backprojector::initBackprojector (const Projections& proj, ImageFile& im, const char* const backprojName, const char* const interpName, const int interpFactor)
+{
+  m_nameBackproject = backprojName;
+  m_nameInterpolation = interpName;
+  m_pBackprojectImplem = NULL;
+  m_idBackproject = convertBackprojectNameToID (backprojName);
+  if (m_idBackproject == BPROJ_INVALID) {
+    m_fail = true;
+    m_failMessage = "Invalid backprojection name ";
+    m_failMessage += backprojName;
+  }
+  m_idInterpolation = convertInterpolationNameToID (interpName);
+  if (m_idInterpolation == INTERP_INVALID) {
+    m_fail = true;
+    m_failMessage = "Invalid interpolation name ";
+    m_failMessage += interpName;
+  }
+
+  if (m_fail || m_idBackproject == BPROJ_INVALID || m_idInterpolation == INTERP_INVALID) {
+    m_fail = true;
+    return false;
+  }
+
+  if (m_idBackproject == BPROJ_TRIG)
+    m_pBackprojectImplem = static_cast<Backproject*>(new BackprojectTrig (proj, im, m_idInterpolation, interpFactor));
+  else if (m_idBackproject == BPROJ_TABLE)
+    m_pBackprojectImplem = static_cast<Backproject*>(new BackprojectTable (proj, im, m_idInterpolation, interpFactor));
+  else if (m_idBackproject == BPROJ_DIFF)
+    m_pBackprojectImplem = static_cast<Backproject*>(new BackprojectDiff (proj, im, m_idInterpolation, interpFactor));
+  else if (m_idBackproject == BPROJ_DIFF2)
+    m_pBackprojectImplem = static_cast<Backproject*>(new BackprojectDiff2 (proj, im, m_idInterpolation, interpFactor));
+  else if (m_idBackproject == BPROJ_IDIFF2)
+    m_pBackprojectImplem = static_cast<Backproject*>(new BackprojectIntDiff2 (proj, im, m_idInterpolation, interpFactor));
+  else if (m_idBackproject == BPROJ_IDIFF3)
+    m_pBackprojectImplem = static_cast<Backproject*>(new BackprojectIntDiff3 (proj, im, m_idInterpolation, interpFactor));
+  else {
+    m_fail = true;
+    m_failMessage = "Unable to select a backprojection method [Backprojector::initBackprojector]";
+    return false;
+  }
+
+  return true;
+}
+
+
+const Backprojector::BackprojectID
+Backprojector::convertBackprojectNameToID (const char* const backprojName)
+{
+  BackprojectID backprojID = BPROJ_INVALID;
+
+  if (strcasecmp (backprojName, BPROJ_TRIG_STR) == 0)
+    backprojID = BPROJ_TRIG;
+  else if (strcasecmp (backprojName, BPROJ_TABLE_STR) == 0)
+    backprojID = BPROJ_TABLE;
+  else if (strcasecmp (backprojName, BPROJ_DIFF_STR) == 0)
+    backprojID = BPROJ_DIFF;
+  else if (strcasecmp (backprojName, BPROJ_DIFF2_STR) == 0)
+    backprojID = BPROJ_DIFF2;
+  else if (strcasecmp (backprojName, BPROJ_IDIFF2_STR) == 0)
+    backprojID = BPROJ_IDIFF2;
+  else if (strcasecmp (backprojName, BPROJ_IDIFF3_STR) == 0)
+    backprojID = BPROJ_IDIFF3;
+
+  return (backprojID);
+}
+
+const char*
+Backprojector::convertBackprojectIDToName (const BackprojectID bprojID)
+{
+  const char *bprojName = "";
+
+  if (bprojID == BPROJ_TRIG)
+    bprojName = BPROJ_TRIG_STR;
+  else if (bprojID == BPROJ_TABLE)
+    bprojName = BPROJ_TABLE_STR;
+  else if (bprojID == BPROJ_DIFF)
+    bprojName = BPROJ_DIFF_STR;
+  else if (bprojID == BPROJ_DIFF2)
+    bprojName = BPROJ_DIFF2_STR;
+  else if (bprojID == BPROJ_IDIFF2)
+    bprojName = BPROJ_IDIFF2_STR;
+  else if (bprojID == BPROJ_IDIFF3)
+    bprojName = BPROJ_IDIFF3_STR;
+
+  return (bprojName);
+}
+
+
+
+const Backprojector::InterpolationID
+Backprojector::convertInterpolationNameToID (const char* const interpName)
 {
-    Backproject* bj = NULL;
-
-    if (bjType == O_BPROJ_TRIG)
-       bj = static_cast<Backproject*>(new BackprojectTrig (proj, im, interpType));
-    else if (bjType == O_BPROJ_TABLE)
-       bj = static_cast<Backproject*>(new BackprojectTable (proj, im, interpType));
-    else if (bjType == O_BPROJ_DIFF)
-       bj = static_cast<Backproject*>(new BackprojectDiff (proj, im, interpType));
-    else if (bjType == O_BPROJ_DIFF2)
-       bj = static_cast<Backproject*>(new BackprojectDiff2 (proj, im, interpType));
-    else if (bjType == O_BPROJ_IDIFF2)
-       bj = static_cast<Backproject*>(new BackprojectIntDiff2 (proj, im, interpType));
-    else 
-      sys_error (ERR_WARNING, "Illegal backproject type %d [selectBackprojector]");
-
-    return (bj);
+  InterpolationID interpID = INTERP_INVALID;
+
+  if (strcasecmp (interpName, INTERP_NEAREST_STR) == 0)
+    interpID = INTERP_NEAREST;
+  else if (strcasecmp (interpName, INTERP_LINEAR_STR) == 0)
+    interpID = INTERP_LINEAR;
+  else if (strcasecmp (interpName, INTERP_FREQ_PREINTERPOLATION_STR) == 0)
+    interpID = INTERP_FREQ_PREINTERPOLATION;
+#if HAVE_BSPLINE_INTERP
+  else if (strcasecmp (interpName, INTERP_BSPLINE_STR) == 0)
+    interpID = INTERP_BSPLINE;
+#endif
+
+  return (interpID);
+}
+
+
+/* NAME
+ *     name_of_interp                  Return name of interpolation method
+ *
+ * SYNOPSIS
+ *     name = name_of_interp (interp_type)
+ *     char *name                      Name of interpolation method
+ *     int interp_type                 Method of interpolation
+ *
+ * NOTES
+ *     Returns NULL if interp_type is invalid
+ */
+
+const char*
+Backprojector::convertInterpolationIDToName (const InterpolationID interpID)
+{
+  if (interpID == INTERP_NEAREST)
+    return (INTERP_NEAREST_STR);
+  else if (interpID == INTERP_LINEAR)
+    return (INTERP_LINEAR_STR);
+  else if (interpID == INTERP_FREQ_PREINTERPOLATION)
+    return (INTERP_FREQ_PREINTERPOLATION_STR);
+#if HAVE_BSPLINE_INTERP
+  else if (interpID == INTERP_BSPLINE)
+    return (INTERP_BSPLINE_STR);
+#endif
+  else
+    return ("");
 }
 
 
@@ -61,8 +199,8 @@ Backproject* selectBackprojector (BackprojType bjType, const Projections& proj,
 // PURPOSE
 //   Pure virtual base class for all backprojectors.
 
-Backproject::Backproject (const Projections& proj, ImageFile& im, const InterpolationType interpType)
-  : proj(proj), im(im), interpType(interpType)
+Backproject::Backproject (const Projections& proj, ImageFile& im, const Backprojector::InterpolationID interpType, const int interpFactor)
+    : proj(proj), im(im), interpType(interpType), m_interpFactor(interpFactor)
 {
   detInc = proj.detInc();
   nDet = proj.nDet();
@@ -81,9 +219,6 @@ Backproject::Backproject (const Projections& proj, ImageFile& im, const Interpol
 
   xInc = (xMax - xMin) / nx;   // size of cells
   yInc = (yMax - yMin) / ny;
-
-  if (interpType != I_NEAREST && interpType != I_LINEAR)
-    sys_error (ERR_WARNING, "Illegal interpType %d [selectBackprojector]", interpType);
 }
 
 Backproject::~Backproject (void)
@@ -133,14 +268,14 @@ BackprojectTrig::BackprojectView (const double* const filteredProj, const double
       double phi = atan2 (y, x);         // angle of cell from center
       double L = r * cos (theta - phi);  // position on detector
 
-      if (interpType == I_NEAREST) {
+      if (interpType == Backprojector::INTERP_NEAREST) {
        int iDetPos = iDetCenter + nearest<int> (L / detInc); // calc'd index in the filter raysum array
 
        if (iDetPos < 0 || iDetPos >= nDet)     // check for impossible: index outside of raysum pos 
            errorIndexOutsideDetector (ix, iy, theta, r, phi, L, iDetPos);
        else
          v[ix][iy] += rotInc * filteredProj[iDetPos];
-      } else if (interpType == I_LINEAR) {
+      } else if (interpType == Backprojector::INTERP_LINEAR) {
          double p = L / detInc;        // position along detector
          double pFloor = floor (p);
          int iDetPos = iDetCenter + static_cast<int>(pFloor);
@@ -160,8 +295,8 @@ BackprojectTrig::BackprojectView (const double* const filteredProj, const double
 // PURPOSE
 //   Precalculates trigometric function value for each point in image for backprojection.
 
-BackprojectTable::BackprojectTable (const Projections& proj, ImageFile& im, InterpolationType interpType)
-  : Backproject::Backproject (proj, im, interpType)
+BackprojectTable::BackprojectTable (const Projections& proj, ImageFile& im, Backprojector::InterpolationID interpType, const int interpFactor)
+  : Backproject::Backproject (proj, im, interpType, interpFactor)
 {
   arrayR.initSetSize (nx, ny);
   arrayPhi.initSetSize (nx, ny);
@@ -193,14 +328,14 @@ BackprojectTable::BackprojectView (const double* const filteredProj, const doubl
     for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
       double L = r[ix][iy] * cos (theta - phi[ix][iy]);
 
-      if (interpType == I_NEAREST) {
+      if (interpType == Backprojector::INTERP_NEAREST) {
        int iDetPos = iDetCenter + nearest<int>(L / detInc);    // calc index in the filtered raysum vector 
 
        if (iDetPos < 0 || iDetPos >= nDet)     // check for impossible: index outside of raysum pos 
          errorIndexOutsideDetector (ix, iy, theta, r[ix][iy], phi[ix][iy], L, iDetPos);
        else
          pImCol[iy] += filteredProj[iDetPos];
-      } else if (interpType == I_LINEAR) {
+      } else if (interpType == Backprojector::INTERP_LINEAR) {
        double dPos = L / detInc;               // position along detector 
        double dPosFloor = floor (dPos);
        int iDetPos = iDetCenter + static_cast<int>(dPosFloor);
@@ -222,8 +357,8 @@ BackprojectTable::BackprojectView (const double* const filteredProj, const doubl
 //   Backprojects by precalculating the change in L position for each x & y step in the image.
 //   Iterates in x & y direction by adding difference in L position
 
-BackprojectDiff::BackprojectDiff (const Projections& proj, ImageFile& im, InterpolationType interpType)
-  :  Backproject::Backproject (proj, im, interpType)
+BackprojectDiff::BackprojectDiff (const Projections& proj, ImageFile& im, Backprojector::InterpolationID interpType, const int interpFactor)
+  :  Backproject::Backproject (proj, im, interpType, interpFactor)
 {
   // calculate center of first pixel v[0][0] 
   double x = xMin + xInc / 2;
@@ -255,14 +390,14 @@ BackprojectDiff::BackprojectView (const double* const filteredProj, const double
 #ifdef DEBUG
       printf ("[%2d,%2d]:  %8.5lf  ", ix, iy, curDetPos);
 #endif
-      if (interpType == I_NEAREST) {
+      if (interpType == Backprojector::INTERP_NEAREST) {
        int iDetPos = iDetCenter + nearest<int>(curDetPos / detInc);    // calc index in the filtered raysum vector 
 
        if (iDetPos < 0 || iDetPos >= nDet)     // check for impossible: index outside of raysum pos 
            errorIndexOutsideDetector (ix, iy, theta, curDetPos, iDetPos);
        else
          pImCol[iy] += filteredProj[iDetPos];
-      } else if (interpType == I_LINEAR) {
+      } else if (interpType == Backprojector::INTERP_LINEAR) {
        double detPos = curDetPos / detInc;             // position along detector 
        double detPosFloor = floor (detPos);
        int iDetPos = iDetCenter + static_cast<int>(detPosFloor);
@@ -306,21 +441,21 @@ BackprojectDiff2::BackprojectView (const double* const filteredProj, const doubl
 #ifdef DEBUG
       printf ("[%2d,%2d]: %8.5f %8.5f\n", ix, iy, curDetPos, filteredProj[iDetCenter + nearest<int>(L))]);
 #endif
-      if (interpType == I_NEAREST) {
+      if (interpType == Backprojector::INTERP_NEAREST) {
        int iDetPos = iDetCenter + nearest<int> (curDetPos);    // calc index in the filtered raysum vector 
        
        if (iDetPos < 0 || iDetPos >= nDet)     // check for impossible: index outside of raysum pos 
            errorIndexOutsideDetector (ix, iy, theta, curDetPos, iDetPos);
        else
          *pImCol++ += filteredProj[iDetPos];
-      } else if (interpType == I_LINEAR) {
+      } else if (interpType == Backprojector::INTERP_LINEAR) {
        double detPosFloor = floor (curDetPos);
        int iDetPos = iDetCenter + static_cast<int>(detPosFloor);
        double frac = curDetPos - detPosFloor;  // fraction distance from det 
        if (iDetPos < 0 || iDetPos >= nDet - 1)
            errorIndexOutsideDetector (ix, iy, theta, curDetPos, iDetPos);
        else
-         *pImCol++ += ((1-frac) * filteredProj[iDetPos] + frac * filteredProj[iDetPos+1]);
+         *pImCol++ += filteredProj[iDetPos] + (frac * (filteredProj[iDetPos+1] - filteredProj[iDetPos]));
       }
     }  // end for y
   }    // end for x
@@ -337,12 +472,12 @@ BackprojectIntDiff2::BackprojectView (const double* const filteredProj, const do
 {
   double theta = - view_angle;  // add half PI to view angle to get perpendicular theta angle
 
-  kint32 scale = 1 << 16;
-  double dScale = scale;
-  kint32 halfScale = scale / 2;
+  static const kint32 scale = 1 << 16;
+  static const double dScale = scale;
+  static const kint32 halfScale = scale / 2;
 
-  kint32 det_dx = nearest<kint32> (xInc * sin (theta) / detInc * scale);
-  kint32 det_dy = nearest<kint32> (yInc * cos (theta) / detInc * scale);
+  const kint32 det_dx = nearest<kint32> (xInc * sin (theta) / detInc * scale);
+  const kint32 det_dy = nearest<kint32> (yInc * cos (theta) / detInc * scale);
 
   // calculate L for first point in image (0, 0) 
   kint32 detPosColStart = nearest<kint32> (start_r * cos (theta - start_phi) / detInc * scale);
@@ -352,7 +487,7 @@ BackprojectIntDiff2::BackprojectView (const double* const filteredProj, const do
     ImageFileColumn pImCol = v[ix];
 
     for (int iy = 0; iy < ny; iy++, curDetPos += det_dy) {
-      if (interpType == I_NEAREST) {
+      if (interpType == Backprojector::INTERP_NEAREST) {
        int detPosNearest = (curDetPos >= 0 ? ((curDetPos + halfScale) / scale) : ((curDetPos - halfScale) / scale));
        int iDetPos = iDetCenter + detPosNearest;       // calc index in the filtered raysum vector 
 
@@ -360,7 +495,7 @@ BackprojectIntDiff2::BackprojectView (const double* const filteredProj, const do
            errorIndexOutsideDetector (ix, iy, theta, curDetPos, iDetPos);
        else
          *pImCol++ += filteredProj[iDetPos];
-      } else if (interpType == I_LINEAR) {
+      } else if (interpType == Backprojector::INTERP_LINEAR) {
        kint32 detPosFloor = curDetPos / scale;
        kint32 detPosRemainder = curDetPos % scale;
        if (detPosRemainder < 0) {
@@ -372,8 +507,64 @@ BackprojectIntDiff2::BackprojectView (const double* const filteredProj, const do
        if (iDetPos < 0 || iDetPos >= nDet - 1)
            errorIndexOutsideDetector (ix, iy, theta, curDetPos, iDetPos);
        else
-         *pImCol++ += ((1-frac) * filteredProj[iDetPos] + frac * filteredProj[iDetPos+1]);
+         *pImCol++ += ((1.-frac) * filteredProj[iDetPos] + frac * filteredProj[iDetPos+1]);
       }
     }  // end for y
   }    // end for x
 }
+
+// CLASS IDENTICATION
+//   BackprojectIntDiff3
+//
+// PURPOSE
+//   Highly optimized version of BackprojectIntDiff2
+
+void
+BackprojectIntDiff3::BackprojectView (const double* const filteredProj, const double view_angle)
+{
+  double theta = - view_angle;  // add half PI to view angle to get perpendicular theta angle
+  static const int scaleShift = 16;
+  static const kint32 scale = (1 << scaleShift);
+  static const kint32 scaleBitmask = scale - 1;
+  static const kint32 halfScale = scale / 2;
+  static const double dInvScale = 1. / scale;
+
+  const kint32 det_dx = nearest<kint32> (xInc * sin (theta) / detInc * scale);
+  const kint32 det_dy = nearest<kint32> (yInc * cos (theta) / detInc * scale);
+
+  // calculate L for first point in image (0, 0) 
+  kint32 detPosColStart = nearest<kint32> ((start_r * cos (theta - start_phi) / detInc + iDetCenter) * scale);
+       
+  // precalculate scaled difference for linear interpolation
+  double deltaFilteredProj [nDet - 1];
+  if (interpType == Backprojector::INTERP_LINEAR) {
+    for (int i = 0; i < nDet - 1; i++)
+      deltaFilteredProj[i] = (filteredProj[i+1] - filteredProj[i]) * dInvScale;
+  }
+
+  for (int ix = 0; ix < nx; ix++, detPosColStart += det_dx) {
+    kint32 curDetPos = detPosColStart;
+    ImageFileColumn pImCol = v[ix];
+
+    if (interpType == Backprojector::INTERP_NEAREST) {
+      for (int iy = 0; iy < ny; iy++, curDetPos += det_dy) {
+       const int iDetPos = (curDetPos + halfScale) >> 16;
+       assert(iDetPos >= 0 && iDetPos < nDet);
+       *pImCol++ += filteredProj[iDetPos];
+      }        // end for iy
+    } else if (interpType == Backprojector::INTERP_FREQ_PREINTERPOLATION) {
+      for (int iy = 0; iy < ny; iy++, curDetPos += det_dy) {
+       const int iDetPos = ((curDetPos + halfScale) >> 16) * m_interpFactor;
+       assert(iDetPos >= 0 && iDetPos < nDet);
+       *pImCol++ += filteredProj[iDetPos];
+      }        // end for iy
+    } else if (interpType == Backprojector::INTERP_LINEAR) {
+      for (int iy = 0; iy < ny; iy++, curDetPos += det_dy) {
+       const kint32 iDetPos = curDetPos >> scaleShift;
+       const kint32 detRemainder = curDetPos & scaleBitmask;
+       assert(iDetPos >= 0 && iDetPos < nDet - 1);
+       *pImCol++ += filteredProj[iDetPos] + (detRemainder * deltaFilteredProj[iDetPos]);
+      }        // end for iy
+    } //end linear
+  } // end for ix
+}