r2088: *** empty log message ***
[ctsim.git] / libctsim / projections.cpp
index b3d6d35b2df647b5595d60c01bebcf30771af957..2ca1ce38e12af9fbf708595028df1f9dc9c3fbc8 100644 (file)
@@ -8,7 +8,7 @@
 **  This is part of the CTSim program
 **  Copyright (c) 1983-2001 Kevin Rosenberg
 **
-**  $Id: projections.cpp,v 1.55 2001/03/10 23:14:16 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
@@ -50,6 +50,7 @@ const char* const Projections::s_aszInterpTitle[] =
 const int Projections::s_iInterpCount = sizeof(s_aszInterpName) / sizeof(char*);
 
 
+
 /* NAME
 *    Projections               Constructor for projections matrix storage 
 *
@@ -150,12 +151,12 @@ Projections::initFromScanner (const Scanner& scanner)
   
   m_rotInc = scanner.rotInc();
   m_detInc = scanner.detInc();
+  m_detStart =  scanner.detStart();
   m_geometry = scanner.geometry();
   m_dFocalLength = scanner.focalLength();
   m_dSourceDetectorLength = scanner.sourceDetectorLength();
   m_dViewDiameter = scanner.viewDiameter();
-  m_rotStart = 0;
-  m_detStart =  -(scanner.detLen() / 2);
+  m_rotStart = scanner.offsetView()*scanner.rotInc();
   m_dFanBeamAngle = scanner.fanBeamAngle();
 }
 
@@ -166,6 +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
 
@@ -378,7 +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())
@@ -688,33 +960,36 @@ Projections::convertPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID)
   if (! v || nx == 0 || ny == 0)
     return false;
 
-  if (m_geometry != Scanner::GEOMETRY_PARALLEL) {
-    sys_error (ERR_WARNING, "convertPolar supports Parallel only");
-    return false;
-  }
+  Projections* pProj = this;
+  if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR || m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR)
+    pProj = interpolateToParallel();
   
   Array2d<double> adView (nx, ny);
   Array2d<double> adDet (nx, ny);
   double** ppdView = adView.getArray();
   double** ppdDet = adDet.getArray();
 
-  if (! calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet)) 
-    return false;
-
-  std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [m_nView];
+  std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [pProj->m_nView];
   unsigned int iView;
-  for (iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
-    ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [m_nDet];
-    for (unsigned int iDet = 0; iDet < m_nDet; iDet++)
-      ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double>(getDetectorArray (iView).detValues()[iDet], 0);
+  for (iView = 0; iView < pProj->m_nView; iView++) {
+    ppcDetValue[iView] = new std::complex<double> [pProj->m_nDet];
+    DetectorValue* detval = pProj->getDetectorArray (iView).detValues();
+    for (unsigned int iDet = 0; iDet < pProj->m_nDet; iDet++)
+      ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double>(detval[iDet], 0);
   }
 
-  interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, m_nView, m_nDet, iInterpolationID);
+  pProj->calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet, pProj->m_nDet, 1., pProj->m_detInc);
+
+  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++)
+  for (iView = 0; iView < pProj->m_nView; iView++)
     delete [] ppcDetValue[iView];
   delete [] ppcDetValue;
 
+  if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR || m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR)
+    delete pProj;
+
   return true;
 }
 
@@ -722,6 +997,10 @@ Projections::convertPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID)
 bool 
 Projections::convertFFTPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID, int iZeropad)
 {
+#ifndef HAVE_FFTW
+  rIF.arrayDataClear();
+  return false;
+#else
   unsigned int nx = rIF.nx();
   unsigned int ny = rIF.ny();
   ImageFileArray v = rIF.getArray();
@@ -732,67 +1011,105 @@ Projections::convertFFTPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID, int iZeropad
   if (! v || nx == 0 || ny == 0)
     return false;
   
-  if (m_geometry != Scanner::GEOMETRY_PARALLEL) {
-    sys_error (ERR_WARNING, "convertFFTPolar supports Parallel only");
-    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();
+  Projections* pProj = this;
+  if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR || m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR)
+    pProj = interpolateToParallel();
 
-  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 iInterpDet = nx;
+//  int iInterpDet = pProj->m_nDet;
+  int iNumInterpDetWithZeros = ProcessSignal::addZeropadFactor (iInterpDet, iZeropad);
+
+  double dZeropadRatio = static_cast<double>(iNumInterpDetWithZeros) / static_cast<double>(iInterpDet);
+
+  fftw_plan plan = fftw_create_plan (iNumInterpDetWithZeros, FFTW_FORWARD, FFTW_IN_PLACE | FFTW_ESTIMATE | FFTW_USE_WISDOM);
+
+  fftw_complex* pcIn = new fftw_complex [iNumInterpDetWithZeros];
+  std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [pProj->m_nView];
+  double dInterpScale = (pProj->m_nDet-1) / static_cast<double>(iInterpDet-1) / SQRT2;
+  
+  double dFFTScale = 1. / static_cast<double>(iInterpDet * iInterpDet);
+  int iMidPoint = iInterpDet / 2;
+  double dMidPoint = static_cast<double>(iInterpDet) / 2.;
+  int iZerosAdded = iNumInterpDetWithZeros - iInterpDet;
+
+  // For each view, interpolate to nx length, shift to center at origin, and FFt transform
+  for (unsigned int iView = 0; iView < m_nView; iView++) {
+    DetectorValue* detval = pProj->getDetectorArray(iView).detValues();
+    LinearInterpolator<DetectorValue> projInterp (detval, pProj->m_nDet);
+    for (unsigned int iDet = 0; iDet < iInterpDet; iDet++) {
+      double dInterpPos = (m_nDet / 2.) + (iDet - dMidPoint) * dInterpScale;
+      pcIn[iDet].re = projInterp.interpolate (dInterpPos) * dInterpScale;
       pcIn[iDet].im = 0;
     }
+
+    Fourier::shuffleFourierToNaturalOrder (pcIn, iInterpDet);
+    if (iZerosAdded > 0) {
+      for (unsigned int iDet1 = iMidPoint; iDet1 < iInterpDet; iDet1++)
+        pcIn[iDet1+iZerosAdded] = pcIn[iDet1];
+      for (unsigned int iDet2 = iMidPoint; iDet2 < iMidPoint + iZerosAdded; 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> [iNumInterpDetWithZeros];
+    for (unsigned int iD = 0; iD < iNumInterpDetWithZeros; iD++) {
+      ppcDetValue[iView][iD] = std::complex<double> (pcIn[iD].re * dFFTScale, pcIn[iD].im * dFFTScale); 
+    }
+
+    Fourier::shuffleFourierToNaturalOrder (ppcDetValue[iView], iNumInterpDetWithZeros);
   }
+  delete [] pcIn;
 
   fftw_destroy_plan (plan);  
-  delete [] pcIn;
   
-  bool bError = calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet);
+  Array2d<double> adView (nx, ny);
+  Array2d<double> adDet (nx, ny);
+  double** ppdView = adView.getArray();
+  double** ppdDet = adDet.getArray();
+  pProj->calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet, iNumInterpDetWithZeros, dZeropadRatio, 
+    pProj->m_detInc * dInterpScale);
 
-  if (! bError)
-    interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, m_nView, m_nDet, iInterpolationID);
+  pProj->interpolatePolar (v, vImag, nx, ny, ppcDetValue, ppdView, ppdDet, pProj->m_nView, pProj->m_nDet, 
+    iNumInterpDetWithZeros, iInterpolationID);
 
-  for (iView = 0; iView < m_nView; iView++)
-    delete [] ppcDetValue[iView];
+  if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR || m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR)
+    delete pProj;
+
+  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 dDetInc)
 {
-  double xMin = -phmLen() / 2;
-  double xMax = xMin + phmLen();
-  double yMin = -phmLen() / 2;
-  double yMax = yMin + phmLen();
-  
+  double dLength = viewDiameter();
+//  double dLength = phmLen();
+  double xMin = -dLength / 2;
+  double xMax = xMin + dLength;
+  double yMin = -dLength / 2;
+  double yMax = yMin + dLength;
+  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 
@@ -802,232 +1119,318 @@ 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;
+      ppdDet[ix][iy] = (r / dDetInc) + 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)
 {
+  typedef std::complex<double> complexValue;
+
+  BilinearInterpolator<complexValue>* pBilinear;  
+  if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BILINEAR)
+    pBilinear = new BilinearInterpolator<complexValue> (ppcDetValue, nView, nDetWithZeros);
+
+  BicubicPolyInterpolator<complexValue>* pBicubic;  
+  if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BICUBIC)
+    pBicubic = new BicubicPolyInterpolator<complexValue> (ppcDetValue, nView, nDetWithZeros);
+
   for (unsigned int ix = 0; ix < ny; ix++) {
     for (unsigned int iy = 0; iy < ny; iy++) {
+
       if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_NEAREST) {
         unsigned int iView = nearest<int> (ppdView[ix][iy]);
         unsigned int iDet = nearest<int> (ppdDet[ix][iy]);
         if (iView == nView) {
           iView = 0;
-       //   iDet = m_nDet - iDet;
+          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();
-        } else {
-          sys_error (ERR_SEVERE, "Can't find projection data for ix=%d,iy=%d with radView=%f and radDet=%f", 
-            ix, iy, ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
+        } else
           v[ix][iy] = 0;
-        }
+
       } else if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BILINEAR) {
-        unsigned int iFloorView = static_cast<int>(ppdView[ix][iy]);
-        double dFracView = ppdView[ix][iy] - iFloorView;
-        unsigned int iFloorDet = static_cast<int>(ppdDet[ix][iy]);
-        double dFracDet = ppdDet[ix][iy] - iFloorDet;
-
-        if (iFloorDet >= 0 && iFloorView >= 0) { 
-          std::complex<double> v1 = ppcDetValue[iFloorView][iFloorDet];
-          std::complex<double> v2, v3, v4;
-          if (iFloorView < nView - 1)
-            v2 = ppcDetValue[iFloorView + 1][iFloorDet];
-          else 
-            v2 = ppcDetValue[0][iFloorDet];
-          if (iFloorDet < nDet - 1) 
-            v4 = ppcDetValue[iFloorView][iFloorDet+1];
-          else
-            v4 = v1;
-          if (iFloorView < nView - 1 && iFloorDet < nDet - 1)
-            v3 = ppcDetValue [iFloorView+1][iFloorDet+1];
-          else if (iFloorView < nView - 1)
-            v3 = v2;
-          else 
-            v3 = ppcDetValue[0][iFloorDet+1];
-          std::complex<double> vInterp = (1 - dFracView) * (1 - dFracDet) * v1 +
-            dFracView * (1 - dFracDet) * v2 + dFracView * dFracDet * v3 +
-            dFracDet * (1 - dFracView) * v4;
-          v[ix][iy] = vInterp.real();
-          if (vImag)
-            vImag[ix][iy] = vInterp.imag();
-        } else {
-          sys_error (ERR_SEVERE, "Can't find projection data for ix=%d,iy=%d with radView=%f and radDet=%f", 
-            ix, iy, ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
-          v[ix][iy] = 0;
-          if (vImag)
-            vImag[ix][iy] = 0;
-        }
+        std::complex<double> vInterp = pBilinear->interpolate (ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
+        v[ix][iy] = vInterp.real();
+        if (vImag)
+          vImag[ix][iy] = vInterp.imag();
       } else if (iInterpolationID == POLAR_INTERP_BICUBIC) {
-        v[ix][iy] =0;
-          if (vImag)
-            vImag[ix][iy] = 0;
+        std::complex<double> vInterp = pBicubic->interpolate (ppdView[ix][iy], ppdDet[ix][iy]);
+        v[ix][iy] = vInterp.real();
+        if (vImag)
+          vImag[ix][iy] = vInterp.imag();
       }
     }
   }
 }
 
-
 bool
 Projections::initFromSomatomAR_STAR (int iNViews, int iNDets, unsigned char* pData, unsigned long lDataLength)
 {
   init (iNViews, iNDets);
   m_geometry = Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR;
-  m_dFanBeamAngle = iNDets * convertDegreesToRadians (3.06976 / 60);
-  m_dFocalLength = 51;
-  m_dSourceDetectorLength = 89;
+  m_dFocalLength = 510;
+  m_dSourceDetectorLength = 890;
   m_detInc = convertDegreesToRadians (3.06976 / 60);
-  m_detStart = -m_dFanBeamAngle / 2;
+  m_dFanBeamAngle = iNDets * m_detInc;
+  m_detStart = -(m_dFanBeamAngle / 2);
   m_rotInc = TWOPI / static_cast<double>(iNViews);
-  m_rotStart = HALFPI;
+  m_rotStart = 0;
   m_dViewDiameter = sin (m_dFanBeamAngle / 2) * m_dFocalLength * 2;
 
-  if (iNDets != 1024)
-    return false;
-  bool bValid = (iNViews == 750 && lDataLength == 1560000L) || (iNViews == 950 && lDataLength == 1976000L) || (iNViews == 1500 && lDataLength == 3120000);
-  if (! bValid)
+  if (! ((iNViews == 750 && lDataLength == 1560000L) || (iNViews == 950 && lDataLength == 1976000L) 
+                || (iNViews == 1500 && lDataLength == 3120000)))
     return false;
 
+  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] = 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;
-#ifndef WORDS_BIGENDIAN
-    SwapBytes4 (p);
-#endif
+    unsigned char* p = pArgBase+0; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     long lProjNumber = *reinterpret_cast<long*>(p);
 
-    p = pArgBase+20;
-#ifndef WORDS_BIGENDIAN
-    SwapBytes4 (p);
-#endif
+    p = pArgBase+20;  SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     long lEscale = *reinterpret_cast<long*>(p);
 
-    p = pArgBase+28;
-#ifndef WORDS_BIGENDIAN
-    SwapBytes4 (p);
-#endif
+    p = pArgBase+28;  SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     long lTime = *reinterpret_cast<long*>(p);
 
-    p = pArgBase + 4;
-#ifndef WORDS_BIGENDIAN
-    SwapBytes4 (p);
-#endif
+    p = pArgBase + 4; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     double dAlpha = *reinterpret_cast<float*>(p) + HALFPI;
 
-    p = pArgBase+12;
-#ifndef WORDS_BIGENDIAN
-    SwapBytes4 (p);
-#endif
+    p = pArgBase+12; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     double dAlign = *reinterpret_cast<float*>(p);
 
-    p = pArgBase + 16;
-#ifndef WORDS_BIGENDIAN
-    SwapBytes4 (p);
-#endif
+    p = pArgBase + 16; SwapBytes4IfLittleEndian (p);
     double dMaxValue = *reinterpret_cast<float*>(p);
 
-    lDataPos += 32;
-    double dEScale =  pow (2.0, -lEscale);
-    double dBetaInc = convertDegreesToRadians (3.06976 / 60);
-    int iCenter = (iNDets + 1) / 2;
-
-    DetectorArray& detArray = getDetectorArray( iv );
+    DetectorArray& detArray = getDetectorArray (iv);
     detArray.setViewAngle (dAlpha);
     DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 
-    double dTempScale = 2294.4871 * dEScale;
+    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;
-      double dCosScale = cos ((id + 1 - iCenter) * dBetaInc);
-      detval[id] = iV / (dTempScale * dCosScale);
+      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;
   return true;
 }
 
+Projections*
+Projections::interpolateToParallel () const
+{
+  if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_PARALLEL)
+    return const_cast<Projections*>(this);
+
+  int nDet = m_nDet;
+  int nView = m_nView;
+  Projections* pProjNew = new Projections (nView, nDet);
+  pProjNew->m_geometry = Scanner::GEOMETRY_PARALLEL;
+  pProjNew->m_dFocalLength = m_dFocalLength;
+  pProjNew->m_dSourceDetectorLength = m_dSourceDetectorLength;
+  pProjNew->m_dViewDiameter = m_dViewDiameter;
+  pProjNew->m_dFanBeamAngle = m_dFanBeamAngle;
+  pProjNew->m_calcTime  = 0;
+  pProjNew->m_remark = m_remark;
+  pProjNew->m_remark += "; Interpolate to Parallel";
+  pProjNew->m_label.setLabelType (Array2dFileLabel::L_HISTORY);
+  pProjNew->m_label.setLabelString (pProjNew->m_remark);
+  pProjNew->m_label.setCalcTime (pProjNew->m_calcTime);
+  pProjNew->m_label.setDateTime (pProjNew->m_year, pProjNew->m_month, pProjNew->m_day, pProjNew->m_hour, pProjNew->m_minute, pProjNew->m_second);
+
+  pProjNew->m_rotStart = 0;
+#ifdef CONVERT_PARALLEL_PI
+  pProjNew->m_rotInc = PI / nView;;
+#else
+  pProjNew->m_rotInc = TWOPI / nView;
+#endif
+  pProjNew->m_detStart = -m_dViewDiameter / 2;
+  pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / nDet;
+  if (isEven (nDet)) // even
+    pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / (nDet - 1);
+
+  ParallelRaysums parallel (this, ParallelRaysums::THETA_RANGE_NORMALIZE_TO_TWOPI);
+
+  double* pdThetaValuesForT = new double [pProjNew->nView()];
+  double* pdRaysumsForT = new double [pProjNew->nView()];
+
+  // interpolate to evenly spaced theta (views)
+  double dDetPos = pProjNew->m_detStart;
+  for (int iD = 0; iD < pProjNew->nDet(); iD++, dDetPos += pProjNew->m_detInc) {
+      parallel.getThetaAndRaysumsForT (iD, pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT);
+
+    double dViewAngle = m_rotStart;
+    int iLastFloor = -1;
+    for (int iV = 0; iV < pProjNew->nView(); iV++, dViewAngle += pProjNew->m_rotInc) {
+      DetectorValue* detValues = pProjNew->getDetectorArray (iV).detValues();
+      LinearInterpolator<double> interp (pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT, pProjNew->nView(), false);
+      detValues[iD] = interp.interpolate (dViewAngle, &iLastFloor);
+    }
+  }
+  delete pdThetaValuesForT;
+  delete pdRaysumsForT;
+
+  // interpolate to evenly space t (detectors)
+  double* pdOriginalDetPositions = new double [pProjNew->nDet()];
+  parallel.getDetPositions (pdOriginalDetPositions);
+
+  double* pdDetValueCopy = new double [pProjNew->nDet()];
+  double dViewAngle = m_rotStart;
+  for (int iV = 0; iV < pProjNew->nView(); iV++, dViewAngle += pProjNew->m_rotInc) {
+    DetectorArray& detArray = pProjNew->getDetectorArray (iV);
+    DetectorValue* detValues = detArray.detValues();
+    detArray.setViewAngle (dViewAngle);
+
+    for (int i = 0; i < pProjNew->nDet(); i++)
+      pdDetValueCopy[i] =   detValues[i];
+
+    double dDetPos = pProjNew->m_detStart;
+    int iLastFloor = -1;
+    LinearInterpolator<double> interp (pdOriginalDetPositions, pdDetValueCopy, pProjNew->nDet(), false);
+    for (int iD = 0; iD < pProjNew->nDet(); iD++, dDetPos += pProjNew->m_detInc)
+      detValues[iD] = interp.interpolate (dDetPos, &iLastFloor);
+  }
+  delete pdDetValueCopy;
+  delete pdOriginalDetPositions;
+
+  return pProjNew;
+}
+
 
-ParallelRaysums::ParallelRaysums (Projections* pProjections)
-: m_ppCoordinates(NULL), m_iNumCoordinates(0)
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+//
+// Class ParallelRaysums
+//
+// Used for converting divergent beam raysums into Parallel raysums
+//
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+
+ParallelRaysums::ParallelRaysums (const Projections* pProjections, int iThetaRange)
+: m_iNumCoordinates(0), m_iNumView(pProjections->nView()), m_iNumDet(pProjections->nDet()),
+  m_iThetaRange (iThetaRange), m_pCoordinates(NULL)
 {
-  int nDet = pProjections->nDet();
-  int nView = pProjections->nView();
   int iGeometry = pProjections->geometry();
   double dDetInc = pProjections->detInc();
   double dDetStart = pProjections->detStart();
   double dFocalLength = pProjections->focalLength();
 
-  m_iNumCoordinates =  nDet * nView;
-  m_ppCoordinates = new ParallelRaysumCoordinate* [m_iNumCoordinates];
+  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_ppCoordinates[i] = new ParallelRaysumCoordinate;
-
-  ParallelRaysumCoordinate** ppCurrentCoordinate = m_ppCoordinates;
+    m_vecpCoordinates[i] = m_pCoordinates + i;
 
-  for (int iV = 0; iV < nView; iV++) {
+  int iCoordinate = 0;
+  for (int iV = 0; iV < m_iNumView; iV++) {
     double dViewAngle = pProjections->getDetectorArray(iV).viewAngle();
-    for (int iD = 0; iD < nDet; iD++) {
-      ParallelRaysumCoordinate* pC = *ppCurrentCoordinate;
+    const DetectorValue* detValues = pProjections->getDetectorArray(iV).detValues();
+
+    double dDetPos = dDetStart;
+    for (int iD = 0; iD < m_iNumDet; iD++) {
+      ParallelRaysumCoordinate* pC = m_vecpCoordinates[iCoordinate++];
+
       if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_PARALLEL) {
         pC->m_dTheta = dViewAngle;
-        pC->m_dT = dDetStart + (iD * dDetInc);
+        pC->m_dT = dDetPos;
       } else if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR) {
-        double dDetPos = dDetStart + (iD * dDetInc);
         double dFanAngle = atan (dDetPos / pProjections->sourceDetectorLength());
         pC->m_dTheta = dViewAngle + dFanAngle;
         pC->m_dT = dFocalLength * sin(dFanAngle);        
+
       } else if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR) {
-        double dFanAngle = dDetStart + (iD * dDetInc);
-        pC->m_dTheta = dViewAngle + dFanAngle;
-        pC->m_dT = dFocalLength * sin(dFanAngle);        
+        // fan angle is same as dDetPos
+        pC->m_dTheta = dViewAngle + dDetPos;
+        pC->m_dT = dFocalLength * sin (dDetPos);        
+      }
+      if (m_iThetaRange != THETA_RANGE_UNCONSTRAINED) {
+        pC->m_dTheta = normalizeAngle (pC->m_dTheta);
+        if (m_iThetaRange == THETA_RANGE_FOLD_TO_PI && pC->m_dTheta >= PI) {
+          pC->m_dTheta -= PI;
+          pC->m_dT = -pC->m_dT;
+        }
       }
-      ++ppCurrentCoordinate;
+      pC->m_dRaysum = detValues[iD];
+      dDetPos += dDetInc;
     }
   }
 }
 
 ParallelRaysums::~ParallelRaysums()
 {
-  for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
-    delete m_ppCoordinates[i];
+  delete m_pCoordinates;
+}
+
+ParallelRaysums::CoordinateContainer&
+ParallelRaysums::getSortedByTheta()
+{
+  if (m_vecpSortedByTheta.size() == 0) {
+    m_vecpSortedByTheta.resize (m_iNumCoordinates);
+    for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
+      m_vecpSortedByTheta[i] = m_vecpCoordinates[i];
+    std::sort (m_vecpSortedByTheta.begin(), m_vecpSortedByTheta.end(), ParallelRaysumCoordinate::compareByTheta);
+  }
 
-  delete m_ppCoordinates;
+  return m_vecpSortedByTheta;
 }
 
+ParallelRaysums::CoordinateContainer&
+ParallelRaysums::getSortedByT()
+{
+  if (m_vecpSortedByT.size() == 0) {
+    m_vecpSortedByT.resize (m_iNumCoordinates);
+    for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
+      m_vecpSortedByT[i] = m_vecpCoordinates[i];
+    std::sort (m_vecpSortedByT.begin(), m_vecpSortedByT.end(), ParallelRaysumCoordinate::compareByT);
+  }
+
+  return m_vecpSortedByT;
+}
+
+
 void
 ParallelRaysums::getLimits (double* dMinT, double* dMaxT, double* dMinTheta, double* dMaxTheta) const
 {
   if (m_iNumCoordinates <= 0)
     return;
 
-  *dMinT = *dMaxT = m_ppCoordinates[0]->m_dT;
-  *dMinTheta = *dMaxTheta = m_ppCoordinates[0]->m_dTheta;
+  *dMinT = *dMaxT = m_vecpCoordinates[0]->m_dT;
+  *dMinTheta = *dMaxTheta = m_vecpCoordinates[0]->m_dTheta;
 
   for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++) {
-    double dT = m_ppCoordinates[i]->m_dT;
-    double dTheta = m_ppCoordinates[i]->m_dTheta;
+    double dT = m_vecpCoordinates[i]->m_dT;
+    double dTheta = m_vecpCoordinates[i]->m_dTheta;
+
     if (dT < *dMinT)
       *dMinT = dT;
     else if (dT > *dMaxT)
@@ -1039,3 +1442,28 @@ ParallelRaysums::getLimits (double* dMinT, double* dMaxT, double* dMinTheta, dou
       *dMaxTheta = dTheta;
   }
 }
+
+void
+ParallelRaysums::getThetaAndRaysumsForT (int iTheta, double* pTheta, double* pRaysum)
+{
+  const CoordinateContainer& coordsT = getSortedByT();
+
+  int iBase = iTheta * m_iNumView;
+  for (int i = 0; i < m_iNumView; i++) {
+    int iPos = iBase + i;
+    pTheta[i] = coordsT[iPos]->m_dTheta;
+    pRaysum[i] = coordsT[iPos]->m_dRaysum;
+  }
+}
+
+void
+ParallelRaysums::getDetPositions (double* pdDetPos)
+{
+  const CoordinateContainer& coordsT = getSortedByT();
+
+  int iPos = 0;
+  for (int i = 0; i < m_iNumDet; i++) {
+    pdDetPos[i] = coordsT[iPos]->m_dT;
+    iPos += m_iNumView;
+  }
+}