r636: Optimized Rebinning, Added Reconstruct with Rebinning option
[ctsim.git] / libctsim / projections.cpp
index c55aa37a5fcc94b6292ac9b912f93e858bbb5b7f..3eab99c4fe9a8a8725bc2108492eb86302e50a64 100644 (file)
@@ -8,7 +8,7 @@
 **  This is part of the CTSim program
 **  Copyright (c) 1983-2001 Kevin Rosenberg
 **
-**  $Id: projections.cpp,v 1.57 2001/03/11 06:34:37 kevin Exp $
+**  $Id: projections.cpp,v 1.63 2001/03/13 08:24:41 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
@@ -688,17 +688,16 @@ 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)) 
+  if (! pProj->calcArrayPolarCoordinates (nx, ny, ppdView, ppdDet)) 
     return false;
 
   std::complex<double>** ppcDetValue = new std::complex<double>* [m_nView];
@@ -706,15 +705,18 @@ Projections::convertPolar (ImageFile& rIF, int iInterpolationID)
   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);
+      ppcDetValue[iView][iDet] = std::complex<double>(pProj->getDetectorArray (iView).detValues()[iDet], 0);
   }
 
-  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, iInterpolationID);
 
   for (iView = 0; iView < m_nView; iView++)
     delete [] ppcDetValue[iView];
   delete [] ppcDetValue;
 
+  if (m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR || m_geometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR)
+    delete pProj;
+
   return true;
 }
 
@@ -885,94 +887,74 @@ Projections::interpolatePolar (ImageFileArray& v, ImageFileArray& vImag,
   }
 }
 
-
 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 + 1) * m_detInc;
+  m_detStart = -(m_dFanBeamAngle / 2);
   m_rotInc = TWOPI / static_cast<double>(iNViews);
   m_rotStart = HALFPI;
   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;
     }
   }
 
+  delete pdCosScale;
   return true;
 }
 
 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;
@@ -991,13 +973,17 @@ Projections::interpolateToParallel ()
   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 (nDet % 2 == 0) // even
     pProjNew->m_detInc = m_dViewDiameter / (nDet - 1);
 
-  ParallelRaysums parallel (this);
+  ParallelRaysums parallel (this, ParallelRaysums::THETA_RANGE_NORMALIZE_TO_TWOPI);
 
   double* pdThetaValuesForT = new double [pProjNew->nView()];
   double* pdRaysumsForT = new double [pProjNew->nView()];
@@ -1008,10 +994,11 @@ Projections::interpolateToParallel ()
     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();
 
-      detValues[iD] = parallel.interpolate (pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT, pProjNew->nView(), dViewAngle);
+      detValues[iD] = parallel.interpolate (pdThetaValuesForT, pdRaysumsForT, pProjNew->nView(), dViewAngle, &iLastFloor);
     }
   }
   delete pdThetaValuesForT;
@@ -1032,8 +1019,9 @@ Projections::interpolateToParallel ()
       pdDetValueCopy[i] = detValues[i];
 
     double dDetPos = pProjNew->m_detStart;
+    int iLastFloor = -1;
     for (int iD = 0; iD < pProjNew->nDet(); iD++, dDetPos += pProjNew->m_detInc) {
-      detValues[iD] = parallel.interpolate (pdOriginalDetPositions, pdDetValueCopy, pProjNew->nDet(), dDetPos);
+      detValues[iD] = parallel.interpolate (pdOriginalDetPositions, pdDetValueCopy, pProjNew->nDet(), dDetPos, &iLastFloor);
     }
   }
   delete pdDetValueCopy;
@@ -1051,8 +1039,9 @@ Projections::interpolateToParallel ()
 //
 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
-ParallelRaysums::ParallelRaysums (Projections* pProjections)
-: m_iNumCoordinates(0), m_iNumView(pProjections->nView()), m_iNumDet(pProjections->nDet())
+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 iGeometry = pProjections->geometry();
   double dDetInc = pProjections->detInc();
@@ -1060,9 +1049,10 @@ ParallelRaysums::ParallelRaysums (Projections* pProjections)
   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++) {
@@ -1074,21 +1064,24 @@ ParallelRaysums::ParallelRaysums (Projections* pProjections)
       ParallelRaysumCoordinate* pC = m_vecpCoordinates[iCoordinate++];
 
       if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_PARALLEL) {
-        pC->m_dTheta = normalizeAngle (dViewAngle);
+        pC->m_dTheta = dViewAngle;
         pC->m_dT = dDetPos;
       } else if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_EQUILINEAR) {
         double dFanAngle = atan (dDetPos / pProjections->sourceDetectorLength());
-        pC->m_dTheta = normalizeAngle (dViewAngle + dFanAngle);
+        pC->m_dTheta = dViewAngle + dFanAngle;
         pC->m_dT = dFocalLength * sin(dFanAngle);        
 
       } else if (iGeometry == Scanner::GEOMETRY_EQUIANGULAR) {
         // fan angle is same as dDetPos
-        pC->m_dTheta = normalizeAngle (dViewAngle + dDetPos);
+        pC->m_dTheta = dViewAngle + dDetPos;
         pC->m_dT = dFocalLength * sin (dDetPos);        
       }
-      if (pC->m_dTheta >= PI) {  // convert T/Theta to 0-PI interval
-        pC->m_dTheta -= PI;
-        pC->m_dT = -pC->m_dT - pProjections->detInc();
+      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;
+        }
       }
       pC->m_dRaysum = detValues[iD];
       dDetPos += dDetInc;
@@ -1098,8 +1091,7 @@ ParallelRaysums::ParallelRaysums (Projections* pProjections)
 
 ParallelRaysums::~ParallelRaysums()
 {
-  for (int i = 0; i < m_iNumCoordinates; i++)
-    delete m_vecpCoordinates[i];
+  delete m_pCoordinates;
 }
 
 ParallelRaysums::CoordinateContainer&
@@ -1180,11 +1172,14 @@ ParallelRaysums::getDetPositions (double* pdDetPos)
 }
 
 // locate by bisection, O(log2(n))
+// iLastFloor is used when sequential calls to interpolate have monotonically increasing dX
 double
-ParallelRaysums::interpolate (double* pdX, double* pdY, int n, double dX)
+ParallelRaysums::interpolate (double* pdX, double* pdY, int n, double dX, int* iLastFloor)
 {
   int iLower = -1;
   int iUpper = n;
+  if (iLastFloor && *iLastFloor >= 0 && pdX[*iLastFloor] < dX)
+    iLower = *iLastFloor;
 
   while (iUpper - iLower > 1) {
     int iMiddle = (iUpper + iLower) >> 1;
@@ -1203,6 +1198,8 @@ ParallelRaysums::interpolate (double* pdX, double* pdY, int n, double dX)
     return 0;
   }
 
+  if (iLastFloor)
+    *iLastFloor = iLower;
   return pdY[iLower] + (pdY[iUpper] - pdY[iLower]) * ((dX - pdX[iLower]) / (pdX[iUpper] - pdX[iLower]));
 }