r640: no message
[ctsim.git] / libctsim / projections.cpp
index 60f9467e06cbb2426ed2db355b9c163248ffdbd7..1aee958e6fdcd42c4addfee161471ccb38780a74 100644 (file)
@@ -8,7 +8,7 @@
 **  This is part of the CTSim program
 **  Copyright (c) 1983-2001 Kevin Rosenberg
 **
-**  $Id: projections.cpp,v 1.62 2001/03/13 04:44:25 kevin Exp $
+**  $Id: projections.cpp,v 1.67 2001/03/18 18:08:25 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
@@ -697,18 +697,18 @@ Projections::convertPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID)
   double** ppdView = adView.getArray();
   double** ppdDet = adDet.getArray();
 
-  if (! pProj->calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet)) 
-    return false;
+  pProj->calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet, m_nDet, 1.);
 
   std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [m_nView];
   unsigned int iView;
   for (iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
     ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [m_nDet];
+    DetectorValue* detval = pProj->getDetectorArray (iView).detValues();
     for (unsigned int iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++)
-      ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double>(pProj->getDetectorArray (iView).detValues()[iDet], 0);
+      ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double>(detval[iDet], 0);
   }
 
-  pProj->interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, pProj->m_nView, pProj->m_nDet, iInterpolationID);
+  pProj->interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, pProj->m_nView, pProj->m_nDet, pProj->m_nDet, iInterpolationID);
 
   for (iView = 0; iView < m_nView; iView++)
     delete [] ppcDetValue[iView];
@@ -724,6 +724,9 @@ Projections::convertPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID)
 bool 
 Projections::convertFFTPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID, int iZeropad)
 {
+#ifndef HAVE_FFT
+  return false;
+#else
   unsigned int nx = rIF.nx();
   unsigned int ny = rIF.ny();
   ImageFileArray v = rIF.getArray();
@@ -739,62 +742,76 @@ Projections::convertFFTPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID, int iZeropad
     return false;
   }
   
-#ifndef HAVE_FFT
-  return false;
-#else
   Array2d<double> adView (nx, ny);
   Array2d<double> adDet (nx, ny);
   double** ppdView = adView.getArray();
   double** ppdDet = adDet.getArray();
 
   std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [m_nView];
-  unsigned int iView;
-  double* pdDet = new double [m_nDet];
-  fftw_complex* pcIn = new fftw_complex [m_nDet];
-  fftw_plan plan = fftw_create_plan (m_nDet, FFTW_FORWARD, FFTW_IN_PLACE);
 
-  for (iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
-    unsigned int iDet;
-    for (iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++) {
-      pcIn[iDet].re = getDetectorArray(iView).detValues()[iDet];
+  int iNumDetWithZeros = ProcessSignal::addZeropadFactor (m_nDet, iZeropad);
+  double dZeropadRatio = iNumDetWithZeros / static_cast<double>(m_nDet);
+
+  double* pdDet = new double [iNumDetWithZeros];
+  fftw_complex* pcIn = new fftw_complex [iNumDetWithZeros];
+  fftw_plan plan = fftw_create_plan (iNumDetWithZeros, FFTW_FORWARD, FFTW_IN_PLACE);
+
+  for (unsigned int iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
+    DetectorValue* detval = getDetectorArray(iView).detValues();
+    for (unsigned int iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++) {
+      pcIn[iDet].re = detval[iDet];
       pcIn[iDet].im = 0;
     }
+    for (unsigned int iDet2 = m_nDet; iDet2 < iNumDetWithZeros; iDet2++) 
+      pcIn[iDet2].re = pcIn[iDet2].im = 0;
+
     fftw_one (plan, pcIn, NULL);
-    ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [m_nDet];
-    for (iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++)
-      ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double> (pcIn[iDet].re, pcIn[iDet].im); 
-    Fourier::shuffleFourierToNaturalOrder (ppcDetValue[iView], m_nDet);
+    ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [iNumDetWithZeros];
+    for (unsigned int iD = 0; iD < iNumDetWithZeros; iD++)
+      ppcDetValue[iView][iD] = std::complex<double> (pcIn[iD].re, pcIn[iD].im); 
+//ppcDetValue[iView][iD] = std::complex<double> (std::abs(std::complex<double>(pcIn[iD].re, pcIn[iD].im)), 0); 
+    Fourier::shuffleFourierToNaturalOrder (ppcDetValue[iView], iNumDetWithZeros);
   }
 
   fftw_destroy_plan (plan);  
   delete [] pcIn;
   
-  bool bError = calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet);
-
-  if (! bError)
-    interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, m_nView, m_nDet, iInterpolationID);
+  calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet, iNumDetWithZeros, dZeropadRatio);
+  interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, m_nView, m_nDet, iNumDetWithZeros,
+    iInterpolationID);
 
-  for (iView = 0; iView < m_nView; iView++)
-    delete [] ppcDetValue[iView];
+  for (int i = 0; i < m_nView; i++)
+    delete [] ppcDetValue[i];
   delete [] ppcDetValue;
 
-  return bError;
+  return true;
 #endif
 }
 
 
-bool
-Projections::calcArrayPolarCoordinates (unsigned int nx, unsigned int ny, double** ppdView, double** ppdDet)
+void
+Projections::calcArrayPolarCoordinates (unsigned int nx, unsigned int ny, double** ppdView, double** ppdDet,
+                                        int iNumDetWithZeros, double dZeropadRatio)
 {
   double xMin = -phmLen() / 2;
   double xMax = xMin + phmLen();
   double yMin = -phmLen() / 2;
   double yMax = yMin + phmLen();
-  
+  double xCent = (xMin + xMax) / 2;
+  double yCent = (yMin + yMax) / 2;
+
+  xMin = (xMin - xCent) * dZeropadRatio + xCent;
+  xMax = (xMax - xCent) * dZeropadRatio + xCent;
+  yMin = (yMin - yCent) * dZeropadRatio + yCent;
+  yMax = (yMax - yCent) * dZeropadRatio + yCent;
+
   double xInc = (xMax - xMin) / nx;    // size of cells
   double yInc = (yMax - yMin) / ny;
-  
-  int iDetCenter = (m_nDet - 1) / 2;   // index refering to L=0 projection 
+
+  // +1 is correct for frequency data, ndet-1 is correct for projections
+  int iDetCenter = (iNumDetWithZeros - 1) / 2; // index refering to L=0 projection 
+  if (isEven (iNumDetWithZeros))
+    iDetCenter = (iNumDetWithZeros + 1) / 2;   
 
   // Calculates polar coordinates (view#, det#) for each point on phantom grid
   double x = xMin + xInc / 2;  // Rectang coords of center of pixel 
@@ -804,26 +821,26 @@ Projections::calcArrayPolarCoordinates (unsigned int nx, unsigned int ny, double
       double r = ::sqrt (x * x + y * y);
       double phi = atan2 (y, x);
 
+      if (phi < 0)
+        phi += TWOPI;
+
       if (phi >= PI) {
         phi -= PI;
-      } else if (phi < 0) {
-        phi += PI;
-      } else
         r = -r;
+      }
       
       ppdView[ix][iy] = (phi - m_rotStart) / m_rotInc;
       ppdDet[ix][iy] = (r / m_detInc) + iDetCenter;
     }
   }
-
-  return true;
 }
 
 void
 Projections::interpolatePolar (ImageFileArray& v, ImageFileArray& vImag,
-     unsigned int nx, unsigned int ny, std::complex<double>** ppcDetValue,
-     double** ppdView, double** ppdDet, unsigned int nView, unsigned int nDet, int iInterpolationID)
+     unsigned int nx, unsigned int ny, std::complex<double>** ppcDetValue, double** ppdView, 
+     double** ppdDet, unsigned int nView, unsigned int nDet, unsigned int nDetWithZeros, int iInterpolationID)
 {
+
   for (unsigned int ix = 0; ix < ny; ix++) {
     for (unsigned int iy = 0; iy < ny; iy++) {
       if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_NEAREST) {
@@ -833,7 +850,7 @@ Projections::interpolatePolar (ImageFileArray& v, ImageFileArray& vImag,
           iView = 0;
        //   iDet = m_nDet - iDet;
         }
-        if (iDet >= 0 && iDet < nDet && iView >= 0 && iView < nView) {
+        if (iDet >= 0 && iDet < nDetWithZeros && iView >= 0 && iView < nView) {
           v[ix][iy] = ppcDetValue[iView][iDet].real();
           if (vImag)
             vImag[ix][iy] = ppcDetValue[iView][iDet].imag();
@@ -855,11 +872,11 @@ Projections::interpolatePolar (ImageFileArray& v, ImageFileArray& vImag,
             v2 = ppcDetValue[iFloorView + 1][iFloorDet];
           else 
             v2 = ppcDetValue[0][iFloorDet];
-          if (iFloorDet < nDet - 1) 
+          if (iFloorDet < nDetWithZeros - 1) 
             v4 = ppcDetValue[iFloorView][iFloorDet+1];
           else
             v4 = v1;
-          if (iFloorView < nView - 1 && iFloorDet < nDet - 1)
+          if (iFloorView < nView - 1 && iFloorDet < nDetWithZeros - 1)
             v3 = ppcDetValue [iFloorView+1][iFloorDet+1];
           else if (iFloorView < nView - 1)
             v3 = v2;
@@ -895,61 +912,60 @@ Projections::initFromSomatomAR_STAR (int iNViews, int iNDets, unsigned char* pDa
   m_dFocalLength = 510;
   m_dSourceDetectorLength = 890;
   m_detInc = convertDegreesToRadians (3.06976 / 60);
+  m_dFanBeamAngle = iNDets * m_detInc;
   m_detStart = -(m_dFanBeamAngle / 2);
   m_rotInc = TWOPI / static_cast<double>(iNViews);
-  m_rotStart = HALFPI;
-  m_dFanBeamAngle = (iNDets + 1) * m_detInc;
+  m_rotStart = 0;
   m_dViewDiameter = sin (m_dFanBeamAngle / 2) * m_dFocalLength * 2;
 
   if (! ((iNViews == 750 && lDataLength == 1560000L) || (iNViews == 950 && lDataLength == 1976000L) 
                 || (iNViews == 1500 && lDataLength == 3120000)))
     return false;
 
-  int iCenter = (iNDets - 1) / 2; // change from (Nm+1)/2 because of 0 vs. 1 indexing
+  double dCenter = (iNDets - 1.) / 2.; // change from (Nm+1)/2 because of 0 vs. 1 indexing
   double* pdCosScale = new double [iNDets];
   for (int i = 0; i < iNDets; i++)
-    pdCosScale[i] = cos ((i - iCenter) * m_detInc);
+    pdCosScale[i] = 1. / cos ((i - dCenter) * m_detInc);
 
   long lDataPos = 0;
   for (int iv = 0; iv < iNViews; iv++) {
     unsigned char* pArgBase = pData + lDataPos;
-    unsigned char* p = pArgBase+0;
-    SwapBytes4IfLittleEndian (p);
+    unsigned char* p = pArgBase+0; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     long lProjNumber = *reinterpret_cast<long*>(p);
 
-    p = pArgBase+20;
-    SwapBytes4IfLittleEndian (p);
+    p = pArgBase+20;  SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     long lEscale = *reinterpret_cast<long*>(p);
 
-    p = pArgBase+28;
-    SwapBytes4IfLittleEndian (p);
+    p = pArgBase+28;  SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     long lTime = *reinterpret_cast<long*>(p);
 
-    p = pArgBase + 4;
-    SwapBytes4IfLittleEndian (p);
+    p = pArgBase + 4; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     double dAlpha = *reinterpret_cast<float*>(p) + HALFPI;
 
-    p = pArgBase+12;
-    SwapBytes4IfLittleEndian (p);
+    p = pArgBase+12; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     double dAlign = *reinterpret_cast<float*>(p);
 
-    p = pArgBase + 16;
-    SwapBytes4IfLittleEndian (p);
+    p = pArgBase + 16; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     double dMaxValue = *reinterpret_cast<float*>(p);
 
     DetectorArray& detArray = getDetectorArray (iv);
     detArray.setViewAngle (dAlpha);
     DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 
-    double dViewScale = 2294.4871 * ::pow (2.0, -lEscale);
+    double dViewScale = 1. / (2294.4871 * ::pow (2.0, -lEscale));
     lDataPos += 32;
     for (int id = 0; id < iNDets; id++) {
-      int iV = pData[lDataPos+1] + 256 * pData[lDataPos];
+      int iV = pData[lDataPos+1] + (pData[lDataPos] << 8);
       if (iV > 32767)   // two's complement signed conversion
         iV = iV - 65536;
-      detval[id] = iV / (dViewScale * pdCosScale[id]);
+      detval[id] = iV * dViewScale * pdCosScale[id];
       lDataPos += 2;
     }
+#if 1
+    for (int k = iNDets - 2; k >= 0; k--)
+      detval[k+1] = detval[k];
+    detval[0] = 0;
+#endif
   }
 
   delete pdCosScale;
@@ -957,10 +973,10 @@ Projections::initFromSomatomAR_STAR (int iNViews, int iNDets, unsigned char* pDa
 }
 
 Projections*
-Projections::interpolateToParallel ()
+Projections::interpolateToParallel () const
 {
   if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_PARALLEL)
-    return this;
+    return const_cast<Projections*>(this);
 
   int nDet = m_nDet;
   int nView = m_nView;
@@ -986,7 +1002,7 @@ Projections::interpolateToParallel ()
 #endif
   pProjNew->m_detStart = -m_dViewDiameter / 2;
   pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / nDet;
-  if (nDet % 2 == 0) // even
+  if (isEven (nDet)) // even
     pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / (nDet - 1);
 
   ParallelRaysums parallel (this, ParallelRaysums::THETA_RANGE_NORMALIZE_TO_TWOPI);
@@ -1045,9 +1061,9 @@ Projections::interpolateToParallel ()
 //
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
-ParallelRaysums::ParallelRaysums (Projections* pProjections, int iThetaRange)
+ParallelRaysums::ParallelRaysums (const Projections* pProjections, int iThetaRange)
 : m_iNumCoordinates(0), m_iNumView(pProjections->nView()), m_iNumDet(pProjections->nDet()),
-  m_iThetaRange (iThetaRange)
+  m_iThetaRange (iThetaRange), m_pCoordinates(NULL)
 {
   int iGeometry = pProjections->geometry();
   double dDetInc = pProjections->detInc();
@@ -1055,9 +1071,10 @@ ParallelRaysums::ParallelRaysums (Projections* pProjections, int iThetaRange)
   double dFocalLength = pProjections->focalLength();
 
   m_iNumCoordinates =  m_iNumView * m_iNumDet;
+  m_pCoordinates = new ParallelRaysumCoordinate [m_iNumCoordinates];
   m_vecpCoordinates.reserve (m_iNumCoordinates);
   for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
-    m_vecpCoordinates[i] = new ParallelRaysumCoordinate;
+    m_vecpCoordinates[i] = m_pCoordinates + i;
 
   int iCoordinate = 0;
   for (int iV = 0; iV < m_iNumView; iV++) {
@@ -1096,8 +1113,7 @@ ParallelRaysums::ParallelRaysums (Projections* pProjections, int iThetaRange)
 
 ParallelRaysums::~ParallelRaysums()
 {
-  for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
-    delete m_vecpCoordinates[i];
+  delete m_pCoordinates;
 }
 
 ParallelRaysums::CoordinateContainer&
@@ -1178,7 +1194,7 @@ ParallelRaysums::getDetPositions (double* pdDetPos)
 }
 
 // locate by bisection, O(log2(n))
-// iLastFloor is used when sequential calls to interpolate have monotonically increasing dX
+// iLastFloor is used when sequential calls to interpolate with monotonically increasing dX
 double
 ParallelRaysums::interpolate (double* pdX, double* pdY, int n, double dX, int* iLastFloor)
 {