r2088: *** empty log message ***
[ctsim.git] / libctsim / projections.cpp
index 8440bd49c9eac4c66b47846c9042764485b851cb..2ca1ce38e12af9fbf708595028df1f9dc9c3fbc8 100644 (file)
@@ -8,7 +8,7 @@
 **  This is part of the CTSim program
 **  Copyright (c) 1983-2001 Kevin Rosenberg
 **
-**  $Id: projections.cpp,v 1.73 2001/03/30 19:17:32 kevin Exp $
+**  $Id: projections.cpp,v 1.77 2002/05/28 18:43:16 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
@@ -156,7 +156,7 @@ Projections::initFromScanner (const Scanner& scanner)
   m_dFocalLength = scanner.focalLength();
   m_dSourceDetectorLength = scanner.sourceDetectorLength();
   m_dViewDiameter = scanner.viewDiameter();
-  m_rotStart = 0;
+  m_rotStart = scanner.offsetView()*scanner.rotInc();
   m_dFanBeamAngle = scanner.fanBeamAngle();
 }
 
@@ -167,6 +167,277 @@ Projections::setNView (int nView)  // used by MPI to reduce # of views
   init (nView, m_nDet);
 }
 
+//  Helical 180 Linear Interpolation.
+//  This member function takes a set of helical scan projections and 
+//  performs a linear interpolation between pairs of complementary rays 
+//  to produce a single projection data set approximating what would be
+//  measured at a single axial plane.
+//  Complementary rays are rays which traverse the same path through the 
+//  phantom in opposite directions.
+//
+//  For parallel beam geometry, a ray with a given gantry angle beta and a
+//  detector iDet will have a complementary ray at beta + pi and nDet-iDet
+//
+//  For equiangular or equilinear beam geometry the complementary ray to
+//  gantry angle beta and fan-beam angle gamma is at 
+//  beta-hat = beta +2*gamma + pi, and gamma-hat =  -gamma.
+//  Note that beta-hat - beta depends on gamma and is not constant.
+//
+//  The algorithm used here is from Crawford and King, Med. Phys. 17(6)
+//  1990 p967; what they called method "C", CSH-HH.  It uses interpolation only
+//  between pairs of complementary rays on either side of an image plane.
+//  Input data must sample gantry angles from zero to  
+//  (2*pi + 2* fan-beam-angle).  The data set produced contains gantry
+//  angles from 0 to Pi+fan-beam-angle.  This is a "halfscan" data set,
+//  which still contains redundant data, and can be used with a half scan 
+//  reconstruction to produce an image.
+//  In this particular implementation a lower triangle from (beta,gamma) =
+//  (0,-fanAngle/2)->(2*fanAngle,-fanAngle/2)->(0,fanAngle/2) contains
+//  zeros, but is actually redundant with data contained in the region
+//  (pi+fanAngle,-fanAngle/2)->(pi+fanAngle, fanAngle/2) ->(pi-fanAngle,
+//  fanAngle/2).  
+//
+int 
+Projections::Helical180LI(int interpolation_view)
+{
+   if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_INVALID) 
+   {
+       std::cerr << "Invalid geometry " << m_geometry << std::endl;
+       return (2);
+   } 
+   else if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_PARALLEL) 
+   {
+       std::cerr << "Helical 180LI not yet implemented for PARALLEL geometry"
+                   << std::endl;
+       return (2);
+   }
+   else if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR) 
+   {
+       std::cerr << "Helical 180LI not yet implemented for EQUILINEAR geometry"
+                   << std::endl;
+       return (2);
+   }
+   else if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR) 
+   {
+           return Helical180LI_Equiangular(interpolation_view);
+   }
+   else
+   {
+       std::cerr << "Invalid geometry  in projection data file" << m_geometry
+                   << std::endl;
+       return (2);
+   }
+}
+int
+Projections::Helical180LI_Equiangular(int interpView)
+{
+   double dbeta = m_rotInc; 
+   double dgamma =  m_detInc; 
+   double fanAngle = m_dFanBeamAngle;
+   int offsetView=0;
+   
+   // is there enough data in the data set?  Should have 2(Pi+fanAngle)
+   // coverage minimum
+   if ( m_nView <  static_cast<int>((2*( PI + fanAngle ) ) / dbeta) -1 ){
+       std::cerr   << "Data set does not include 360 +2*FanBeamAngle views"
+                   << std::endl;
+       return (1);
+   }
+
+   if (interpView < 0)   // use default position at PI+fanAngle
+   {
+       interpView = static_cast<int> ((PI+fanAngle)/dbeta);
+   }
+   else
+   {
+       // check if there is PI+fanAngle data on either side of the 
+       // of the specified image plane
+       if ( interpView*dbeta < PI+fanAngle ||            
+            interpView*dbeta + PI + fanAngle > m_nView*dbeta) 
+       {
+           std::cerr << "There isn't PI+fanAngle of data on either side of the requested interpolation view" << std::endl;
+           return(1);
+       }
+       offsetView = interpView - static_cast<int>((PI+fanAngle)/dbeta);
+
+   }
+   int last_interp_view = static_cast<int> ((PI+fanAngle)/dbeta);
+
+   
+// make a new array for data...
+   class DetectorArray ** newdetarray = new DetectorArray * [last_interp_view+1];
+   for ( int i=0 ; i <= last_interp_view ; i++ ){
+       newdetarray[i] = new DetectorArray (m_nDet);
+       newdetarray[i]->setViewAngle((i+offsetView)*dbeta);
+       DetectorValue* newdetval = (newdetarray[i])->detValues();
+       // and initialize the data to zero
+       for (int j=0; j < m_nDet; j++) 
+           newdetval[j] = 0.;
+   }
+
+   int last_acq_view = 2*last_interp_view;
+   for ( int iView = 0 ; iView <= last_acq_view; iView++) {
+       double beta = iView * dbeta; 
+       
+       for ( int iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++) {
+           double gamma = (iDet -(m_nDet-1)/2)* dgamma ;
+           int newiView, newiDet;
+           if (beta < PI+fanAngle) { //if (PI +fanAngle - beta > dbeta )  
+               //newbeta = beta; 
+               //newgamma = gamma; 
+               newiDet = iDet; 
+               newiView = iView; 
+           }
+           else // (beta > PI+fanAngle)
+           {
+               //newbeta = beta +2*gamma - 180;
+               //newgamma = -gamma;
+               newiDet = -iDet + (m_nDet -1);
+               // newiView = nearest<int>((beta + 2*gamma - PI)/dbeta);
+               //newiView = static_cast<int>(( (iView*dbeta) + 2*(iDet-(m_nDet-1)/2)*dgamma - PI)/dbeta);
+               newiView = nearest<int>(( (iView*dbeta) + 2*(iDet-(m_nDet-1)/2)*dgamma - PI)/dbeta);
+           } 
+
+#ifdef DEBUG
+//std::cout << beta << " "<< gamma << " " << newbeta << " " << newgamma <<"    " << iView-offsetView << " " << iDet << " " << newiView << " " << newiDet << std::endl;
+//std::cout << iView-offsetView << " " << iDet << " " << newiView << " " << newiDet << std::endl;
+#endif
+
+           if (   ( beta > fanAngle - 2*gamma) 
+               && ( beta < 2*PI + fanAngle -2*gamma)  )
+          {  // not in region  1 or 8
+               DetectorValue* detval = (m_projData[iView+offsetView])->detValues();
+               DetectorValue* newdetval = (newdetarray[newiView])->detValues();
+               if (   beta > fanAngle - 2*gamma  
+                   && beta <= 2*fanAngle ) {  // in region 2
+                   newdetval[newiDet] += 
+                       (beta +2*gamma - fanAngle)/(PI+2*gamma)
+                               * detval[iDet];
+               } else if ( beta > 2*fanAngle  
+                          && beta <= PI - 2*gamma) {  // in region 3
+                   newdetval[newiDet] += 
+                       (beta +2*gamma - fanAngle)/(PI+2*gamma)
+                               * detval[iDet];
+               } 
+               else if (   beta > PI -2*gamma  
+                        && beta <= PI + fanAngle ) {  // in region 4
+                   newdetval[newiDet] += 
+                       (beta +2*gamma - fanAngle)/(PI+2*gamma)
+                               * detval[iDet];
+               } 
+               else if (   beta > PI + fanAngle  
+                        && beta <= PI +2*fanAngle -2*gamma) { // in region 5
+                   newdetval[newiDet] += 
+                       (2*PI - beta - 2*gamma + fanAngle)/(PI-2*gamma)
+                               *detval[iDet];
+               } 
+               else if (   beta > PI +2*fanAngle -2*gamma 
+                        && beta <= 2*PI) {  // in region 6
+                   newdetval[newiDet] += 
+                       (2*PI - beta - 2*gamma + fanAngle)/(PI-2*gamma)
+                       *detval[iDet];
+               } 
+               else if (   beta > 2*PI 
+                        && beta <= 2*PI + fanAngle -2*gamma){ // in region 7
+                   newdetval[newiDet] += 
+                       (2*PI - beta -2*gamma + fanAngle)/(PI-2*gamma)
+                       *detval[iDet];
+               } 
+               else 
+               { 
+                   ; // outside region of interest
+               }
+           }
+       }
+   }
+   deleteProjData();
+   m_projData = newdetarray;
+   m_nView = last_interp_view+1;
+
+   return (0); 
+}
+// HalfScanFeather:
+// A HalfScan Projection Data Set  for equiangular geometry, 
+// covering gantry angles from 0 to  pi+fanBeamAngle 
+// and fan angle gamma from -fanBeamAngle/2 to fanBeamAngle/2
+// contains redundant information.  If one copy of this data is left as
+// zero, (as in the Helical180LI routine above) overweighting is avoided, 
+// but the discontinuity in the data introduces ringing in the image. 
+// This routine makes a copy of the data and applies a weighting to avoid
+// over-representation, as given in Appendix C of Crawford and King, Med
+// Phys 17 1990, p967.
+int
+Projections::HalfScanFeather(void)
+{
+   double dbeta = m_rotInc; 
+   double dgamma =  m_detInc; 
+   double fanAngle = m_dFanBeamAngle;
+
+// is there enough data?  
+   if ( m_nView !=  static_cast<int>(( PI+fanAngle ) / dbeta) +1 ){
+       std::cerr   << "Data set does seem have enough data to be a halfscan data set"  << std::endl;
+       return (1);
+   }
+   if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_INVALID) {
+       std::cerr << "Invalid geometry " << m_geometry << std::endl;
+       return (2);
+   }
+
+   if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_PARALLEL) {
+       std::cerr << "HalfScanFeather not yet implemented for PARALLEL geometry"<< std::endl;
+       return (2);
+   }
+
+   for ( int iView2 = 0 ; iView2 < m_nView; iView2++) {
+       double beta2 = iView2 * dbeta; 
+       for ( int iDet2 = 0; iDet2 < m_nDet; iDet2++) {
+           double gamma2 = (iDet2 -(m_nDet-1)/2)* dgamma ;
+           if ( ( beta2 >= PI  - 2*gamma2) ) {  // in redundant data region 
+               int iView1, iDet1;
+               iDet1 =  (m_nDet -1) - iDet2;
+               //iView1 = nearest<int>((beta2 + 2*gamma2 - PI)/dbeta);
+               iView1 = nearest<int>(( (iView2*dbeta) 
+                               + 2*(iDet2-(m_nDet-1)/2)*dgamma - PI)/dbeta);
+
+
+               DetectorValue* detval2 = (m_projData[iView2])->detValues();
+               DetectorValue* detval1 = (m_projData[iView1])->detValues();
+
+               detval1[iDet1] = detval2[iDet2] ;
+
+               double x, w1,w2,beta1, gamma1;
+               beta1= iView1*dbeta; 
+               gamma1 = -gamma2;
+               if ( beta1 <= (fanAngle - 2*gamma1) )
+                   x = beta1 / ( fanAngle - 2*gamma1);
+               else if ( (fanAngle  - 2*gamma1 <= beta1 ) && beta1 <= PI - 2*gamma1) 
+                   x = 1; 
+               else if ( (PI - 2*gamma1 <= beta1 ) && ( beta1 <=PI + fanAngle) )  
+                   x = (PI +fanAngle - beta1)/(fanAngle + 2*gamma1);
+               else {
+                   std::cerr << "Shouldn't be here!"<< std::endl;
+                   return(4);
+               }
+               w1 = (3*x - 2*x*x)*x;
+               w2 = 1-w1;
+               detval1[iDet1] *= w1; 
+               detval2[iDet2] *= w2;
+
+           } 
+       }
+   }
+   // heuristic scaling, why this factor?  
+   double scalefactor = m_nView * m_rotInc / PI;
+   for ( int iView = 0 ; iView < m_nView; iView++) {
+       DetectorValue* detval = (m_projData[iView])->detValues();
+       for ( int iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++) {
+           detval[iDet] *= scalefactor;
+       }
+   }
+
+   return (0); 
+}
+
 // NAME
 // newProjData
 
@@ -379,7 +650,7 @@ Projections::read (const char* filename)
 #ifdef MSVC
   frnetorderstream fileRead (m_filename.c_str(), std::ios::in | std::ios::binary);
 #else
-  frnetorderstream fileRead (m_filename.c_str(), std::ios::in | std::ios::binary | std::ios::nocreate);
+  frnetorderstream fileRead (m_filename.c_str(), std::ios::in | std::ios::binary); // | std::ios::nocreate);
 #endif
   
   if (fileRead.fail())
@@ -818,8 +1089,8 @@ void
 Projections::calcArrayPolarCoordinates (unsigned int nx, unsigned int ny, double** ppdView, double** ppdDet,
                                         int iNumDetWithZeros, double dZeropadRatio, double dDetInc)
 {
-//  double dLength = viewDiameter();
-  double dLength = phmLen();
+  double dLength = viewDiameter();
+//  double dLength = phmLen();
   double xMin = -dLength / 2;
   double xMax = xMin + dLength;
   double yMin = -dLength / 2;