r591: Added Center-Detector length to scanning and reconstruction
[ctsim.git] / libctsim / scanner.cpp
index 30b75d25535a2b0ac4e472c7604f59ed63002f0d..2314595219d76c45801d1a8dbf8a57f91de10f05 100644 (file)
@@ -9,7 +9,7 @@
 **  This is part of the CTSim program
 **  Copyright (c) 1983-2001 Kevin Rosenberg
 **
-**  $Id: scanner.cpp,v 1.27 2001/01/28 19:10:18 kevin Exp $
+**  $Id: scanner.cpp,v 1.33 2001/03/01 07:30:49 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
@@ -82,10 +82,11 @@ DetectorArray::~DetectorArray (void)
 *   int nSample                Number of rays per detector
 */
 
-Scanner::Scanner (const Phantom& phm, const char* const geometryName, int nDet, int nView, int nSample, const double rot_anglen, const double dFocalLengthRatio, const double dFieldOfViewRatio)
+Scanner::Scanner (const Phantom& phm, const char* const geometryName, 
+                  int nDet, int nView, int nSample, const double rot_anglen, 
+                  const double dFocalLengthRatio, const double dCenterDetectorRatio,
+                  const double dViewRatio, const double dScanRatio)
 {
-  m_phmLen = phm.maxAxisLength();      // maximal length along an axis
-  
   m_fail = false;
   m_idGeometry = convertGeometryNameToID (geometryName);
   if (m_idGeometry == GEOMETRY_INVALID) {
@@ -107,81 +108,93 @@ Scanner::Scanner (const Phantom& phm, const char* const geometryName, int nDet,
   m_nView    = nView;
   m_nSample  = nSample;
   m_dFocalLengthRatio = dFocalLengthRatio;
-  m_dFieldOfViewRatio = dFieldOfViewRatio;
-  m_dFocalLength = (m_phmLen * SQRT2 / 2) * dFocalLengthRatio;
-  m_dFieldOfView = m_phmLen * SQRT2 * dFieldOfViewRatio;
+  m_dCenterDetectorRatio = dCenterDetectorRatio;
+  m_dViewRatio = dViewRatio;
+  m_dScanRatio = dScanRatio;
+
+  m_dViewDiameter = phm.getDiameterBoundaryCircle() * m_dViewRatio;
+  m_dFocalLength = (m_dViewDiameter / 2) * m_dFocalLengthRatio;
+  m_dCenterDetectorLength = (m_dViewDiameter / 2) * m_dCenterDetectorRatio;
+  m_dSourceDetectorLength = m_dFocalLength + m_dCenterDetectorLength;
+  m_dScanDiameter = m_dViewDiameter * m_dScanRatio;
   
   m_dXCenter = phm.xmin() + (phm.xmax() - phm.xmin()) / 2;
   m_dYCenter = phm.ymin() + (phm.ymax() - phm.ymin()) / 2;
   m_rotLen  = rot_anglen;
   m_rotInc  = m_rotLen / m_nView;
   if (m_idGeometry == GEOMETRY_PARALLEL) {
-    m_detLen   = m_dFieldOfView;
+    m_dFanBeamAngle = 0;
+    m_detLen   = m_dScanDiameter;
     m_detInc  = m_detLen / m_nDet;
-    if (m_nDet % 2 == 0) // Adjust for Even number of detectors
-      m_detInc = m_detLen / (m_nDet - 1); // center detector = (nDet/2)-1
-    
+    double dDetectorArrayEndOffset = 0;
+    // For even number of detectors, make detInc slightly larger so that center lies
+    // at nDet/2. Also, extend detector array by one detInc so that all of the phantom is scanned
+    if (m_nDet % 2 == 0) { // Adjust for Even number of detectors
+      m_detInc = m_detLen / (m_nDet - 1); // center detector = (nDet/2)
+      dDetectorArrayEndOffset = m_detInc;
+    }
+
     double dHalfDetLen = m_detLen / 2;
     m_initPos.xs1 = m_dXCenter - dHalfDetLen;
     m_initPos.ys1 = m_dYCenter + m_dFocalLength;
-    m_initPos.xs2 = m_dXCenter + dHalfDetLen;
+    m_initPos.xs2 = m_dXCenter + dHalfDetLen + dDetectorArrayEndOffset;
     m_initPos.ys2 = m_dYCenter + m_dFocalLength;
     m_initPos.xd1 = m_dXCenter - dHalfDetLen;
-    m_initPos.yd1 = m_dYCenter - m_dFocalLength;
-    m_initPos.xd2 = m_dXCenter + dHalfDetLen;
-    m_initPos.yd2 = m_dYCenter - m_dFocalLength;
+    m_initPos.yd1 = m_dYCenter - m_dCenterDetectorLength;
+    m_initPos.xd2 = m_dXCenter + dHalfDetLen + dDetectorArrayEndOffset;
+    m_initPos.yd2 = m_dYCenter - m_dCenterDetectorLength;
     m_initPos.angle = 0.0;
   } else if (m_idGeometry == GEOMETRY_EQUILINEAR) {
-#if 0
-    double dAngle = (m_dFieldOfView / 2) / cos (asin (m_dFieldOfView / 2 / m_dFocalLength));
-#else
-    double dHalfSquare = m_dFieldOfView / SQRT2 / 2;
-    double dFocalPastPhm = m_dFocalLength - dHalfSquare;
-    if (dFocalPastPhm <= 0.) {
+  if (m_dScanDiameter / 2 >= m_dFocalLength) {
       m_fail = true;
-      m_failMessage = "Focal Point inside of phantom";
+      m_failMessage = "Invalid geometry: Focal length must be larger than scan length";
       return;
     }
-    double dAngle = atan( dHalfSquare / dFocalPastPhm );
-#endif
-    double dHalfDetLen = 2 * m_dFocalLength * tan (dAngle);
+
+    const double dAngle = asin ((m_dScanDiameter / 2) / m_dFocalLength);
+    const double dHalfDetLen = m_dSourceDetectorLength * tan (dAngle);
     
     m_detLen = dHalfDetLen * 2;
     m_detInc  = m_detLen / m_nDet;
-    if (m_nDet % 2 == 0) // Adjust for Even number of detectors
-      m_detInc = m_detLen / (m_nDet - 1); // center detector = (nDet/2)-1
-    
+    double dDetectorArrayEndOffset = 0;
+    if (m_nDet % 2 == 0) { // Adjust for Even number of detectors
+      m_detInc = m_detLen / (m_nDet - 1); // center detector = (nDet/2)
+      dDetectorArrayEndOffset = m_detInc;
+    }
+  
+    m_dFanBeamAngle = dAngle * 2;
     m_initPos.angle = 0.0;
     m_initPos.xs1 = m_dXCenter;
     m_initPos.ys1 = m_dYCenter + m_dFocalLength;
     m_initPos.xs2 = m_dXCenter;
     m_initPos.ys2 = m_dYCenter + m_dFocalLength;
     m_initPos.xd1 = m_dXCenter - dHalfDetLen;
-    m_initPos.yd1 = m_dYCenter - m_dFocalLength;
-    m_initPos.xd2 = m_dXCenter + dHalfDetLen;
-    m_initPos.yd2 = m_dYCenter - m_dFocalLength;
+    m_initPos.yd1 = m_dYCenter - m_dCenterDetectorLength;
+    m_initPos.xd2 = m_dXCenter + dHalfDetLen + dDetectorArrayEndOffset;
+    m_initPos.yd2 = m_dYCenter - m_dCenterDetectorLength;
     m_initPos.angle = 0.0;
   } else if (m_idGeometry == GEOMETRY_EQUIANGULAR) {
-#if 0
-    double dAngle = atan ((m_dFieldOfView / 2) / m_dFocalLength);
-#else
-    double dHalfSquare = m_dFieldOfView / SQRT2 / 2;
-    double dFocalPastPhm = m_dFocalLength - dHalfSquare;
-    if (dFocalPastPhm <= 0.) {
+    if (m_dScanDiameter / 2 > m_dFocalLength) {
       m_fail = true;
-      m_failMessage = "Focal Point inside of phantom";
+      m_failMessage = "Invalid geometry: Focal length must be larger than scan length";
       return;
     }
-    double dAngle =  atan ( dHalfSquare / dFocalPastPhm ); 
-#endif
+    const double dAngle = asin ((m_dScanDiameter / 2) / m_dFocalLength);
+
     m_detLen = 2 * dAngle;
     m_detInc = m_detLen / m_nDet;
-    if (m_nDet % 2 == 0) // Adjust for Even number of detectors
-      m_detInc = m_detLen / (m_nDet - 1); // center detector = (nDet/2)-1
-    m_dAngularDetIncrement = m_detInc * 2; // Angular Position 2x gamma angle
-    m_dAngularDetLen = m_detLen * 2;
+    double dDetectorArrayEndOffset = 0;
+    if (m_nDet % 2 == 0) { // Adjust for Even number of detectors
+      m_detInc = m_detLen / (m_nDet - 1); // center detector = (nDet/2)
+      dDetectorArrayEndOffset = m_detInc;
+    }
+    double dA1 = acos ((m_dScanDiameter / 2) / m_dCenterDetectorLength);
+    double dAngularScale = 2 * (HALFPI + dAngle - dA1) / m_detLen;
+    m_dAngularDetLen = dAngularScale * (m_detLen + dDetectorArrayEndOffset);
+    m_dAngularDetIncrement = dAngularScale * m_detInc;
     m_initPos.dAngularDet = -m_dAngularDetLen / 2;
     
+    m_dFanBeamAngle = dAngle * 2;
     m_initPos.angle = 0;
     m_initPos.xs1 = m_dXCenter;
     m_initPos.ys1 = m_dYCenter + m_dFocalLength;;
@@ -260,7 +273,16 @@ Scanner::collectProjections (Projections& proj, const Phantom& phm, const int tr
 }
 
 void
-Scanner::collectProjections (Projections& proj, const Phantom& phm, const int iStartView, const int iNumViews, bool bStoreAtViewPosition, const int trace, SGP* pSGP)
+Scanner::collectProjections (Projections& proj, const Phantom& phm, const int iStartView, const int iNumViews, 
+                             bool bStoreAtViewPosition, const int trace, SGP* pSGP)
+{
+  int iStorageOffset = (bStoreAtViewPosition ? iStartView : 0);
+  collectProjections (proj, phm, iStartView, iNumViews, iStorageOffset, trace, pSGP);
+}
+
+void
+Scanner::collectProjections (Projections& proj, const Phantom& phm, const int iStartView, const int iNumViews, 
+                             int iStorageOffset, const int trace, SGP* pSGP)
 {
   m_trace = trace;
   double start_angle = iStartView * proj.rotInc();
@@ -293,29 +315,29 @@ Scanner::collectProjections (Projections& proj, const Phantom& phm, const int iS
   int iView;
   double viewAngle;
   for (iView = 0, viewAngle = start_angle;  iView < iNumViews; iView++, viewAngle += proj.rotInc()) {
-    int iStoragePosition = iView;
-    if (bStoreAtViewPosition)
-      iStoragePosition += iStartView;
-    
+    int iStoragePosition = iView + iStorageOffset;
+
     DetectorArray& detArray = proj.getDetectorArray( iStoragePosition );
     
 #ifdef HAVE_SGP 
     if (pSGP && m_trace >= Trace::TRACE_PHANTOM) {
       m_pSGP = pSGP;
-      double dWindowSize = dmax (m_detLen, m_dFocalLength * 2) * SQRT2;
+      double dWindowSize = dmax (m_detLen, m_dSourceDetectorLength) * 2;
       double dHalfWindowSize = dWindowSize / 2;
       m_dXMinWin = m_dXCenter - dHalfWindowSize;
       m_dXMaxWin = m_dXCenter + dHalfWindowSize;
       m_dYMinWin = m_dYCenter - dHalfWindowSize;
       m_dYMaxWin = m_dYCenter + dHalfWindowSize;
-      double dHalfPhmLen = m_phmLen /  2;
       
       m_pSGP->setWindow (m_dXMinWin, m_dYMinWin, m_dXMaxWin, m_dYMaxWin);
       m_pSGP->setRasterOp (RO_COPY);
+
       m_pSGP->setColor (C_RED);
       m_pSGP->moveAbs (0., 0.);
-      m_pSGP->drawRect (m_dXCenter - dHalfPhmLen, m_dYCenter - dHalfPhmLen, m_dXCenter + dHalfPhmLen, m_dYCenter + dHalfPhmLen);
+      m_pSGP->drawCircle (m_dViewDiameter / 2);
+
       m_pSGP->moveAbs (0., 0.);
+      m_pSGP->setColor (C_GREEN);
       m_pSGP->drawCircle (m_dFocalLength);
       m_pSGP->setColor (C_BLUE);
       m_pSGP->setTextPointSize (9);
@@ -325,7 +347,7 @@ Scanner::collectProjections (Projections& proj, const Phantom& phm, const int iS
       traceShowParam ("Phantom:",       "%s", PROJECTION_TRACE_ROW_PHANT_ID, C_BLACK, phm.name().c_str());
       traceShowParam ("Geometry:", "%s", PROJECTION_TRACE_ROW_GEOMETRY, C_BLUE, convertGeometryIDToName(m_idGeometry));
       traceShowParam ("Focal Length Ratio:", "%.2f", PROJECTION_TRACE_ROW_FOCAL_LENGTH, C_BLUE, m_dFocalLengthRatio);
-      traceShowParam ("Field Of View Ratio:", "%.2f", PROJECTION_TRACE_ROW_FIELD_OF_VIEW, C_BLUE, m_dFieldOfViewRatio);
+//      traceShowParam ("Field Of View Ratio:", "%.2f", PROJECTION_TRACE_ROW_FIELD_OF_VIEW, C_BLUE, m_dFieldOfViewRatio);
       traceShowParam ("Num Detectors:", "%d", PROJECTION_TRACE_ROW_NDET, C_BLUE, proj.nDet());
       traceShowParam ("Num Views:", "%d", PROJECTION_TRACE_ROW_NVIEW, C_BLUE, proj.nView());
       traceShowParam ("Samples / Ray:", "%d", PROJECTION_TRACE_ROW_SAMPLES, C_BLUE, m_nSample);
@@ -356,7 +378,7 @@ Scanner::collectProjections (Projections& proj, const Phantom& phm, const int iS
         m_pSGP->lineAbs (xs2, ys2);
         m_pSGP->setPenWidth (2);
         m_pSGP->moveAbs (0., 0.);
-        m_pSGP->drawArc (m_dFocalLength, viewAngle + 3 * HALFPI - (m_dAngularDetLen/2), viewAngle + 3 * HALFPI + (m_dAngularDetLen/2));
+        m_pSGP->drawArc (m_dCenterDetectorLength, viewAngle + 3 * HALFPI - (m_dAngularDetLen/2), viewAngle + 3 * HALFPI + (m_dAngularDetLen/2));
       }
       m_pSGP->setPenWidth (1);
     }
@@ -457,8 +479,8 @@ Scanner::projectSingleView (const Phantom& phm, DetectorArray& detArray, const d
       double sum = 0.0;
       for (unsigned int i = 0; i < m_nSample; i++) {
         if (m_idGeometry == GEOMETRY_EQUIANGULAR) {
-          xd = m_dFocalLength * cos (dAngle);
-          yd = m_dFocalLength * sin (dAngle);
+          xd = m_dCenterDetectorLength * cos (dAngle);
+          yd = m_dCenterDetectorLength * sin (dAngle);
         }
         
 #ifdef HAVE_SGP