r310: plotfile updates
[ctsim.git] / libctsim / imagefile.cpp
index 4cae5d2569768a26e5439871589e682663395670..b86ff794ae9cd0242201c21e33184bca9c513e3f 100644 (file)
@@ -9,7 +9,7 @@
 **  This is part of the CTSim program
 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
 **
-**  $Id: imagefile.cpp,v 1.2 2000/06/20 17:54:51 kevin Exp $
+**  $Id: imagefile.cpp,v 1.23 2000/12/21 03:40:58 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"
 
 
-///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
-// CLASS IMPLEMENTATION
-//
-//     Name: Array2dFileLabel
-//     Purpose: Labels for Array2dFiles
-///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+F32Image::F32Image (int nx, int ny)\r
+: Array2dFile (nx, ny, sizeof(kfloat32), Array2dFile::PIXEL_FLOAT32)\r
+{\r
+}\r
+\r
+F32Image::F32Image (void)\r
+: Array2dFile()\r
+{\r
+       setPixelFormat (Array2dFile::PIXEL_FLOAT32);\r
+       setPixelSize (sizeof(kfloat32));\r
+}\r
+\r
+F64Image::F64Image (int nx, int ny)\r
+: Array2dFile (nx, ny, sizeof(kfloat64), Array2dFile::PIXEL_FLOAT64)\r
+{\r
+}\r
+\r
+F64Image::F64Image (void)\r
+: Array2dFile ()\r
+{\r
+       setPixelFormat (PIXEL_FLOAT64);\r
+       setPixelSize (sizeof(kfloat64));\r
+}\r
 
-void
-Array2dFileLabel::init (void)
+void 
+ImageFile::filterResponse (const char* const domainName, double bw, const char* const filterName, double filt_param)
 {
-    m_calcTime = 0;
-    m_labelType = L_EMPTY;
-    TIMEDATE td;
-    td_get_tmdt (&td);
-    m_year = td.d.year;
-    m_month = td.d.month;
-    m_day = td.d.date;
-    m_hour = td.t.hour;
-    m_minute = td.t.minute;
-    m_second = td.t.second;
+       int hx = (m_nx - 1) / 2;
+       int hy = (m_ny - 1) / 2;
+       ImageFileArray v = getArray();
+       SignalFilter filter (filterName, domainName, bw, filt_param);
+       
+       for (int i = -hx; i <= hx; i++) {
+               for (int j = -hy; j <= hy; j++) {
+                       double r = sqrt (i * i + j * j);
+                       
+                       v[i+hx][j+hy] = filter.response (r);
+               }
+       }
 }
 
-Array2dFileLabel::Array2dFileLabel() 
+int
+ImageFile::display (void) const
 {
-    init();
+    double pmin, pmax;
+       
+    getMinMax (pmin, pmax);
+       
+    return (displayScaling (1, pmin, pmax));
 }
 
-Array2dFileLabel::Array2dFileLabel(const char* const str, double ctime = 0.)
-  : m_strLabel (str)
+int 
+ImageFile::displayScaling (const int scale, const ImageFileValue pmin, const ImageFileValue pmax) const
 {
-    init();
-
-    m_labelType = L_USER;
-    m_calcTime = ctime;
+    int nx = m_nx;
+    int ny = m_ny;
+    ImageFileArrayConst v = getArray();
+    if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
+               return 0;
+       
+#if HAVE_G2_H
+    int* pPens = new int [nx * ny * scale * scale ];
+       
+    double view_scale = 255 / (pmax - pmin);
+    int id_X11 = g2_open_X11 (nx * scale, ny * scale);
+    int grayscale[256];
+    for (int i = 0; i < 256; i++) {
+               double cval = i / 255.;
+               grayscale[i] = g2_ink (id_X11, cval, cval, cval);
+    }
+       
+    for (int iy = ny - 1; iy >= 0; iy--) {
+               int iRowPos = ((ny - 1 - iy) * scale) * (nx * scale);
+               for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
+                       int cval = static_cast<int>((v[ix][iy] - pmin) * view_scale);
+                       if (cval < 0)  
+                               cval = 0;
+                       else if (cval > 255) 
+                               cval = 255;
+                       for (int sy = 0; sy < scale; sy++)
+                               for (int sx = 0; sx < scale; sx++)
+                                       pPens[iRowPos+(sy * nx * scale)+(sx + (ix * scale))] = grayscale[cval];
+               }
+    }
+       
+    g2_image (id_X11, 0., 0., nx * scale, ny * scale, pPens);
+       
+    delete pPens;
+    return (id_X11);
+#else
+    return 0;
+#endif
 }
 
-Array2dFileLabel::Array2dFileLabel(const int type, const char* const str, double ctime = 0.)
-  :  m_strLabel (str)
-{
-    init();
 
-    m_labelType = type;
-    m_calcTime = ctime;
+
+// ImageFile::comparativeStatistics    Calculate comparative stats
+//
+// OUTPUT
+//   d   Normalized root mean squared distance measure
+//   r   Normalized mean absolute distance measure
+//   e   Worst case distance measure
+//
+// REFERENCES
+//  G.T. Herman, Image Reconstruction From Projections, 1980
+
+bool
+ImageFile::comparativeStatistics (const ImageFile& imComp, double& d, double& r, double& e) const
+{
+    if (imComp.nx() != m_nx && imComp.ny() != m_ny) {
+               sys_error (ERR_WARNING, "Image sizes differ [ImageFile::comparativeStatistics]");
+               return false;
+    }
+    ImageFileArrayConst v = getArray();
+    if (v == NULL || m_nx == 0 || m_ny == 0)
+               return false;
+       
+    ImageFileArrayConst vComp = imComp.getArray();
+       
+    double myMean = 0.;
+    for (unsigned int ix = 0; ix < m_nx; ix++) {
+               for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
+                       myMean += v[ix][iy];
+               }
+    }
+    myMean /= (m_nx * m_ny);
+       
+    double sqErrorSum = 0.;
+    double absErrorSum = 0.;
+    double sqDiffFromMeanSum = 0.;
+    double absValueSum = 0.;
+    for (unsigned int ix2 = 0; ix2 < m_nx; ix2++) {
+               for (unsigned int iy = 0; iy < m_ny; iy++) {
+                       double diff = v[ix2][iy] - vComp[ix2][iy];
+                       sqErrorSum += diff * diff;
+                       absErrorSum += fabs(diff);
+                       double diffFromMean = v[ix2][iy] - myMean;
+                       sqDiffFromMeanSum += diffFromMean * diffFromMean;
+                       absValueSum += fabs(v[ix2][iy]);
+               }
+    }
+       
+    d = sqrt (sqErrorSum / sqDiffFromMeanSum);
+    r = absErrorSum / absValueSum;
+       
+    int hx = m_nx / 2;
+    int hy = m_ny / 2;
+    double eMax = -1;
+    for (int ix3 = 0; ix3 < hx; ix3++) {
+               for (int iy = 0; iy < hy; iy++) {
+                       double avgPixel = 0.25 * (v[2*ix3][2*iy] + v[2*ix3+1][2*iy] + v[2*ix3][2*iy+1] + v[2*ix3+1][2*iy+1]);
+                       double avgPixelComp = 0.25 * (vComp[2*ix3][2*iy] + vComp[2*ix3+1][2*iy] + vComp[2*ix3][2*iy+1] + vComp[2*ix3+1][2*iy+1]);
+                       double error = fabs (avgPixel - avgPixelComp);
+                       if (error > eMax)
+                               eMax = error;
+               }
+    }
+       
+    e = eMax;
+       
+    return true;
 }
 
-Array2dFileLabel::~Array2dFileLabel()
+
+bool
+ImageFile::printComparativeStatistics (const ImageFile& imComp, std::ostream& os) const
 {
+       double d, r, e;
+       
+       if (comparativeStatistics (imComp, d, r, e)) {
+               os << "  Normalized root mean squared distance (d): " << d << std::endl;
+               os << "      Normalized mean absolute distance (r): " << r << std::endl;
+               os << "Worst case distance (2x2 pixel average) (e): " << e << std::endl;
+               return true;
+       }
+       return false;
 }
 
-const string& 
-Array2dFileLabel::getDateString (void) const
+
+void
+ImageFile::printStatistics (std::ostream& os) const
 {
-  ostringstream oss;
-  oss <<  m_month <<"/"<< m_day <<"/"<< m_year << " " << m_hour <<":"<<  m_minute <<":"<< m_second;
-  m_strDate = oss.str();
-  return m_strDate;
+    double min, max, mean, mode, median, stddev;
+       
+    statistics (min, max, mean, mode, median, stddev);
+       
+    os << "   min: " << min << std::endl;
+    os << "   max: " << max << std::endl;
+    os << "  mean: " << mean << std::endl;
+    os << "  mode: " << mode << std::endl;
+    os << "median: " << median << std::endl;
+    os << "stddev: " << stddev << std::endl;
 }
 
 
-/* FILE
- *   image.c                           Routines for managing images
- *
- * PROGRAMMER: Kevin Rosenberg
- * DATE:       Aug 1984
- *
- * FUNCTION
- *     Provides a set of routines for handling image files
- */
+void
+ImageFile::statistics (double& min, double& max, double& mean, double& mode, double& median, double& stddev) const
+{
+    int nx = m_nx;
+    int ny = m_ny;
+    ImageFileArrayConst v = getArray();
+    
+    if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
+               return;
+\r
+       std::vector<double> vecImage;\r
+       int iVec = 0;\r
+       vecImage.resize (nx * ny);\r
+    for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {\r
+               for (int iy = 0; iy < ny; iy++)\r
+                       vecImage[iVec++] = v[ix][iy];\r
+       }\r
+\r
+       vectorNumericStatistics (vecImage, nx * ny, min, max, mean, mode, median, stddev);\r
+}
 
 
-void 
-image_filter_response (ImageFile& im, const DomainType domain, double bw, const FilterType filt_type, double filt_param, const int opt_trace)
+void
+ImageFile::getMinMax (double& min, double& max) const
 {
-  int hx = im.nx() / 2;
-  int hy = im.ny() / 2;
-  ImageFileArray v = im.getArray();
-
-  for (int i = -hx; i <= hx; i++) {
-    for (int j = -hy; j <= hy; j++) {
-      double r = sqrt(i * i + j * j);
-      
-      if (domain == D_SPATIAL)
-       v[i+hx][j+hy] = SignalFilter::spatialResponseAnalytic (filt_type, bw, r, filt_param);
-      else
-       v[i+hx][j+hy] = SignalFilter::frequencyResponse (filt_type, bw, r, filt_param);
-      if (opt_trace >= TRACE_PHM)
-       printf ("r=%8.4f, v=%8.4f\n", r, v[i+hx][j+hy]);
+    int nx = m_nx;
+    int ny = m_ny;
+    ImageFileArrayConst v = getArray();
+    
+    if (v == NULL || nx == 0 || ny == 0)
+               return;
+       
+    min = v[0][0];
+    max = v[0][0];
+    for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
+               for (int iy = 0; iy < ny; iy++) {
+                       if (v[ix][iy] > max)
+                               max = v[ix][iy];
+                       if (v[ix][iy] < min)
+                               min = v[ix][iy];
+               }
     }
-  }
 }
 
-int
-image_display (const ImageFile& im)
+void 
+ImageFile::writeImagePGM (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 {
-    ImageFileValue pmin, pmax;
-
-    im.getPixelValueRange (pmin, pmax);
-
-    return (image_display_scale (im, 1, pmin, pmax));
+       FILE *fp;
+       int nx = m_nx;
+       int ny = m_ny;
+       ImageFileArray v = getArray();
+       
+       unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell];
+       
+       if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
+               return;
+       
+       fprintf(fp, "P5\n");
+       fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
+       fprintf(fp, "255\n");
+       
+       for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
+               for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
+                       int pos = icol * nxcell;
+                       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
+                       dens = clamp (dens, 0., 1.);
+                       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
+                               rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
+                       }
+               }
+               for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
+                       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++) 
+                               fputc( rowp[ic], fp );
+               }
+       }
+       \r
+       delete rowp;
+       fclose(fp);
 }
 
-int image_display_scale (const ImageFile& im, const int scale, const double pmin, const double pmax)
+void 
+ImageFile::writeImagePGMASCII (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
 {
-    int grayscale[256];
-    int nx = im.nx();
-    int ny = im.ny();
-    ImageFileArray v = im.getArray();
-
-#if HAVE_G2_H
-    int* pens = new int [nx * ny * scale * scale ];
-
-    double view_scale = 255 / (pmax - pmin);
-    int id_X11 = g2_open_X11 (nx * scale, ny * scale);
-
-    for (int i = 0; i < 256; i++) {
-       double cval = i / 255.;
-       grayscale[i] = g2_ink (id_X11, cval, cval, cval);
-    }
-
-    for (int i= 0, iy = ny - 1; iy >= 0; iy--) {
-       for (int ix = 0; ix < nx; ix++) {
-           int cval = (int) ((v[ix][iy] - pmin) * view_scale);
-           if (cval < 0)  
-             cval = 0;
-           else if (cval > 255) 
-             cval = 255;
-           pens[i++] = grayscale[cval];
+       FILE *fp;
+       int nx = m_nx;
+       int ny = m_ny;
+       ImageFileArray v = getArray();
+       
+       unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell];
+       
+       if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
+               return;
+       
+       fprintf(fp, "P2\n");
+       fprintf(fp, "%d %d\n", nx, ny);
+       fprintf(fp, "255\n");
+       
+       for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
+               for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
+                       int pos = icol * nxcell;
+                       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
+                       dens = clamp (dens, 0., 1.);
+                       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
+                               rowp[p] = static_cast<unsigned int> (dens * 255.);
+                       }
+               }
+               for (int ir = 0; ir < nycell; ir++) {
+                       for (int ic = 0; ic < nx * nxcell; ic++) 
+                               fprintf(fp, "%d ", rowp[ic]);
+                       fprintf(fp, "\n");
+               }
        }
-    }
-
-    g2_image (id_X11, 0., 0., nx, ny, pens);
+       \r
+       delete rowp;
+       fclose(fp);
+}
 
-    delete [] pens;
-    return (id_X11);
 
-#endif
+#ifdef HAVE_PNG
+void 
+ImageFile::writeImagePNG (const char *outfile, int bitdepth, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
+{
+       FILE *fp;
+       png_structp png_ptr;
+       png_infop info_ptr;
+       double max_out_level = (1 << bitdepth) - 1;
+       int nx = m_nx;
+       int ny = m_ny;
+       ImageFileArray v = getArray();
+       
+       unsigned char* rowp = new unsigned char [nx * nxcell * (bitdepth / 8)];
+       
+       if ((fp = fopen (outfile, "wb")) == NULL)
+               return;
+       
+       png_ptr = png_create_write_struct (PNG_LIBPNG_VER_STRING, NULL, NULL, NULL);
+       if (! png_ptr)
+               return;
+       
+       info_ptr = png_create_info_struct(png_ptr);
+       if (! info_ptr) {
+               png_destroy_write_struct(&png_ptr, (png_infopp) NULL);
+               fclose(fp);
+               return;
+       }
+       
+       if (setjmp(png_ptr->jmpbuf)) {
+               png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
+               fclose(fp);
+               return;
+       }
+       
+       png_init_io(png_ptr, fp);
+       
+       png_set_IHDR(png_ptr, info_ptr, nx * nxcell, ny * nycell, bitdepth, PNG_COLOR_TYPE_GRAY, PNG_INTERLACE_NONE, PNG_COMPRESSION_TYPE_BASE, PNG_FILTER_TYPE_DEFAULT);
+       
+       png_write_info(png_ptr, info_ptr);
+       for (int irow = ny - 1; irow >= 0; irow--) {
+               png_bytep row_pointer = rowp;
+               
+               for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
+                       int pos = icol * nxcell;
+                       double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
+                       dens = clamp (dens, 0., 1.);
+                       unsigned int outval = static_cast<unsigned int> (dens * max_out_level);
+                       
+                       for (int p = pos; p < pos + nxcell; p++) {
+                               if (bitdepth == 8)
+                                       rowp[p] = outval;
+                               else {
+                                       int rowpos = p * 2;
+                                       rowp[rowpos] = (outval >> 8) & 0xFF;
+                                       rowp[rowpos+1] = (outval & 0xFF);
+                               }
+                       }
+               }
+               for (int ir = 0; ir < nycell; ir++)
+                       png_write_rows (png_ptr, &row_pointer, 1);
+       }
+       
+       png_write_end(png_ptr, info_ptr);
+       png_destroy_write_struct(&png_ptr, &info_ptr);
+       delete rowp;\r
+       
+       fclose(fp);
 }
+#endif
 
+#ifdef HAVE_GD
+#include "gd.h"
+static const int N_GRAYSCALE=256;
 
-
+void
+ImageFile::writeImageGIF (const char *outfile, int nxcell, int nycell, double densmin, double densmax)
+{
+       gdImagePtr gif;
+       FILE *out;
+       int gs_indices[N_GRAYSCALE];
+       int nx = m_nx;
+       int ny = m_ny;
+       ImageFileArray v = getArray();
+       
+       unsigned char rowp [nx * nxcell];
+       if (rowp == NULL)
+               return;
+       
+       gif = gdImageCreate(nx * nxcell, ny * nycell);
+       for (int i = 0; i < N_GRAYSCALE; i++)
+               gs_indices[i] = gdImageColorAllocate(gif, i, i, i);
+       
+       int lastrow = ny * nycell - 1;
+       for (int irow = 0; irow < ny; irow++) {
+               int rpos = irow * nycell;
+               for (int ir = rpos; ir < rpos + nycell; ir++) {
+                       for (int icol = 0; icol < nx; icol++) {
+                               int cpos = icol * nxcell;
+                               double dens = (v[icol][irow] - densmin) / (densmax - densmin);
+                               dens = clamp(dens, 0., 1.);
+                               for (int ic = cpos; ic < cpos + nxcell; ic++) {
+                                       rowp[ic] = (unsigned int) (dens * (double) (N_GRAYSCALE - 1));
+                                       gdImageSetPixel(gif, ic, lastrow - ir, gs_indices[rowp[ic]]);
+                               }
+                       }
+               }
+       }
+       
+       if ((out = fopen(outfile,"w")) == NULL) {
+               sys_error(ERR_FATAL, "Error opening output file %s for writing", outfile);
+               return (1);
+       }
+       gdImageGif(gif,out);
+       fclose(out);
+       gdImageDestroy(gif);
+}
+#endif