registration/clitkBLUTDIRGenericFilter.cxx

   1 /*=========================================================================
   2 Program:   vv                     http://www.creatis.insa-lyon.fr/rio/vv
   3
   4 Authors belong to:
   5 - University of LYON              http://www.universite-lyon.fr/
   6 - Léon Bérard cancer center       http://www.centreleonberard.fr
   7 - CREATIS CNRS laboratory         http://www.creatis.insa-lyon.fr
   8
   9 This software is distributed WITHOUT ANY WARRANTY; without even
  10 the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
  11 PURPOSE.  See the copyright notices for more information.
  12
  13 It is distributed under dual licence
  14
  15 - BSD        See included LICENSE.txt file
  16 - CeCILL-B   http://www.cecill.info/licences/Licence_CeCILL-B_V1-en.html
  17 ===========================================================================**/
  18 #ifndef clitkBLUTDIRGenericFilter_cxx
  19 #define clitkBLUTDIRGenericFilter_cxx
  20
  21 /* =================================================
  22  * @file   clitkBLUTDIRGenericFilter.cxx
  23  * @author
  24  * @date
  25  *
  26  * @brief
  27  *
  28  ===================================================*/
  29
  30 #include "clitkBLUTDIRGenericFilter.h"
  31 #include "clitkBLUTDIRCommandIterationUpdateDVF.h"
  32 #include "itkCenteredTransformInitializer.h"
  33 #if ITK_VERSION_MAJOR >= 4
  34 #  if ITK_VERSION_MINOR < 6
  35 #    include "itkTransformToDisplacementFieldSource.h"
  36 #  else
  37 #    include "itkTransformToDisplacementFieldFilter.h"
  38 #  endif
  39 #else
  40 #  include "itkTransformToDeformationFieldSource.h"
  41 #endif
  42
  43 namespace clitk
  44 {
  45
  46   //==============================================================================
  47   // Creating an observer class that allows output at each iteration
  48   //==============================================================================
  49   class CommandIterationUpdate : public itk::Command
  50   {
  51     public:
  52       typedef  CommandIterationUpdate   Self;
  53       typedef  itk::Command             Superclass;
  54       typedef  itk::SmartPointer<Self>  Pointer;
  55       itkNewMacro( Self );
  56     protected:
  57       CommandIterationUpdate() {};
  58     public:
  59       typedef   clitk::GenericOptimizer<args_info_clitkBLUTDIR>     OptimizerType;
  60       typedef   const OptimizerType   *           OptimizerPointer;
  61
  62       // Set the generic optimizer
  63       void SetOptimizer(OptimizerPointer o){m_Optimizer=o;}
  64
  65       // Execute
  66       void Execute(itk::Object *caller, const itk::EventObject & event)
  67       {
  68         Execute( (const itk::Object *)caller, event);
  69       }
  70
  71       void Execute(const itk::Object * object, const itk::EventObject & event)
  72       {
  73         if( !(itk::IterationEvent().CheckEvent( &event )) )
  74         {
  75           return;
  76         }
  77
  78         m_Optimizer->OutputIterationInfo();
  79       }
  80
  81       OptimizerPointer m_Optimizer;
  82   };
  83
  84   //===========================================================================//
  85   //Constructor
  86   //==========================================================================//
  87   BLUTDIRGenericFilter::BLUTDIRGenericFilter():
  88     ImageToImageGenericFilter<Self>("Register DIR")
  89   {
  90     InitializeImageType<2>();
  91     InitializeImageType<3>();
  92     m_Verbose=false;
  93   }
  94
  95   //=========================================================================//
  96   //SetArgsInfo
  97   //==========================================================================//
  98   void BLUTDIRGenericFilter::SetArgsInfo(const args_info_clitkBLUTDIR & a){
  99     m_ArgsInfo=a;
 100     if (m_ArgsInfo.reference_given) AddInputFilename(m_ArgsInfo.reference_arg);
 101
 102     if (m_ArgsInfo.target_given) {
 103       AddInputFilename(m_ArgsInfo.target_arg);
 104     }
 105
 106     if (m_ArgsInfo.output_given) SetOutputFilename(m_ArgsInfo.output_arg);
 107
 108     if (m_ArgsInfo.verbose_given) m_Verbose=true;
 109   }
 110
 111   //=========================================================================//
 112   //===========================================================================//
 113   template<unsigned int Dim>
 114     void BLUTDIRGenericFilter::InitializeImageType()
 115     {
 116       ADD_DEFAULT_IMAGE_TYPES(3);
 117     }
 118   //--------------------------------------------------------------------
 119
 120   //==============================================================================
 121   //Creating an observer class that allows us to change parameters at subsequent levels
 122   //==============================================================================
 123   template <typename TRegistration,class args_info_clitkBLUTDIR>
 124     class RegistrationInterfaceCommand : public itk::Command
 125   {
 126     public:
 127       typedef RegistrationInterfaceCommand   Self;
 128       typedef itk::Command             Superclass;
 129       typedef itk::SmartPointer<Self>  Pointer;
 130       itkNewMacro( Self );
 131     protected:
 132       RegistrationInterfaceCommand() { };
 133     public:
 134
 135       // Registration
 136       typedef   TRegistration                              RegistrationType;
 137       typedef   RegistrationType *                         RegistrationPointer;
 138
 139       // Transform
 140       typedef typename RegistrationType::FixedImageType FixedImageType;
 141       typedef typename FixedImageType::RegionType RegionType;
 142       itkStaticConstMacro(ImageDimension, unsigned int,FixedImageType::ImageDimension);
 143       typedef clitk::MultipleBSplineDeformableTransform<double, ImageDimension, ImageDimension> TransformType;
 144       typedef clitk::MultipleBSplineDeformableTransformInitializer<TransformType, FixedImageType> InitializerType;
 145       typedef typename InitializerType::CoefficientImageType CoefficientImageType;
 146       typedef itk::CastImageFilter<CoefficientImageType, CoefficientImageType> CastImageFilterType;
 147       typedef typename TransformType::ParametersType ParametersType;
 148       typedef typename InitializerType::Pointer InitializerPointer;
 149       typedef   CommandIterationUpdate::Pointer CommandIterationUpdatePointer;
 150
 151       // Optimizer
 152       typedef clitk::GenericOptimizer<args_info_clitkBLUTDIR> GenericOptimizerType;
 153       typedef typename GenericOptimizerType::Pointer GenericOptimizerPointer;
 154
 155       // Metric
 156       typedef typename RegistrationType::FixedImageType    InternalImageType;
 157       typedef clitk::GenericMetric<args_info_clitkBLUTDIR, InternalImageType, InternalImageType> GenericMetricType;
 158       typedef typename GenericMetricType::Pointer GenericMetricPointer;
 159
 160       // Two arguments are passed to the Execute() method: the first
 161       // is the pointer to the object which invoked the event and the
 162       // second is the event that was invoked.
 163       void Execute(itk::Object * object, const itk::EventObject & event)
 164       {
 165         if( !(itk::IterationEvent().CheckEvent( &event )) )
 166         {
 167           return;
 168         }
 169
 170         // Get the levels
 171         RegistrationPointer registration = dynamic_cast<RegistrationPointer>( object );
 172         unsigned int numberOfLevels=registration->GetNumberOfLevels();
 173         unsigned int currentLevel=registration->GetCurrentLevel()+1;
 174
 175         // Output the levels
 176         std::cout<<std::endl;
 177         std::cout<<"========================================"<<std::endl;
 178         std::cout<<"Starting resolution level "<<currentLevel<<" of "<<numberOfLevels<<"..."<<std::endl;
 179         std::cout<<"========================================"<<std::endl;
 180         std::cout<<std::endl;
 181
 182         // Higher level?
 183         if (currentLevel>1)
 184         {
 185           // fixed image region pyramid
 186           typedef clitk::MultiResolutionPyramidRegionFilter<InternalImageType> FixedImageRegionPyramidType;
 187           typename FixedImageRegionPyramidType::Pointer fixedImageRegionPyramid=FixedImageRegionPyramidType::New();
 188           fixedImageRegionPyramid->SetRegion(m_MetricRegion);
 189           fixedImageRegionPyramid->SetSchedule(registration->GetFixedImagePyramid()->GetSchedule());
 190
 191           // Reinitialize the metric (!= number of samples)
 192           m_GenericMetric= GenericMetricType::New();
 193           m_GenericMetric->SetArgsInfo(m_ArgsInfo);
 194           m_GenericMetric->SetFixedImage(registration->GetFixedImagePyramid()->GetOutput(registration->GetCurrentLevel()));
 195           if (m_ArgsInfo.referenceMask_given)  m_GenericMetric->SetFixedImageMask(registration->GetMetric()->GetFixedImageMask());
 196           m_GenericMetric->SetFixedImageRegion(fixedImageRegionPyramid->GetOutput(registration->GetCurrentLevel()));
 197           typedef itk::ImageToImageMetric< InternalImageType, InternalImageType >  MetricType;
 198           typename  MetricType::Pointer metric=m_GenericMetric->GetMetricPointer();
 199           registration->SetMetric(metric);
 200
 201           // Get the current coefficient image and make a COPY
 202           typename itk::ImageDuplicator<CoefficientImageType>::Pointer caster = itk::ImageDuplicator<CoefficientImageType>::New();
 203           std::vector<typename CoefficientImageType::Pointer> currentCoefficientImages = m_Initializer->GetTransform()->GetCoefficientImages();
 204           for (unsigned i = 0; i < currentCoefficientImages.size(); ++i)
 205           {
 206             caster->SetInputImage(currentCoefficientImages[i]);
 207             caster->Update();
 208             currentCoefficientImages[i] = caster->GetOutput();
 209           }
 210
 211           /*
 212           // Write the intermediate result?
 213           if (m_ArgsInfo.intermediate_given>=numberOfLevels)
 214             writeImage<CoefficientImageType>(currentCoefficientImage, m_ArgsInfo.intermediate_arg[currentLevel-2], m_ArgsInfo.verbose_flag);
 215             */
 216
 217           // Set the new transform properties
 218           m_Initializer->SetImage(registration->GetFixedImagePyramid()->GetOutput(currentLevel-1));
 219           if( m_Initializer->m_ControlPointSpacingIsGiven)
 220             m_Initializer->SetControlPointSpacing(m_Initializer->m_ControlPointSpacingArray[registration->GetCurrentLevel()]);
 221           if( m_Initializer->m_NumberOfControlPointsIsGiven)
 222             m_Initializer->SetNumberOfControlPointsInsideTheImage(m_Initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImageArray[registration->GetCurrentLevel()]);
 223
 224           // Reinitialize the transform
 225           if (m_ArgsInfo.verbose_flag) std::cout<<"Initializing transform for level "<<currentLevel<<" of "<<numberOfLevels<<"..."<<std::endl;
 226           m_Initializer->InitializeTransform();
 227           ParametersType* newParameters= new typename TransformType::ParametersType(m_Initializer->GetTransform()->GetNumberOfParameters());
 228
 229           // DS : if we want to skip the last pyramid level, force to only 1 iteration
 230           DD(m_ArgsInfo.skipLastPyramidLevel_flag);
 231           if ((currentLevel == numberOfLevels) && (m_ArgsInfo.skipLastPyramidLevel_flag)) {
 232             DD(m_ArgsInfo.maxIt_arg);
 233             std::cout << "I skip the last pyramid level : set max iteration to 0" << std::endl;
 234             m_ArgsInfo.maxIt_arg = 0;
 235             DD(m_ArgsInfo.maxIt_arg);
 236           }
 237
 238           // Reinitialize an Optimizer (!= number of parameters)
 239           m_GenericOptimizer = GenericOptimizerType::New();
 240           m_GenericOptimizer->SetArgsInfo(m_ArgsInfo);
 241           m_GenericOptimizer->SetMaximize(m_Maximize);
 242           m_GenericOptimizer->SetNumberOfParameters(m_Initializer->GetTransform()->GetNumberOfParameters());
 243
 244
 245           typedef itk::SingleValuedNonLinearOptimizer OptimizerType;
 246           OptimizerType::Pointer optimizer = m_GenericOptimizer->GetOptimizerPointer();
 247           optimizer->AddObserver( itk::IterationEvent(), m_CommandIterationUpdate);
 248           registration->SetOptimizer(optimizer);
 249           m_CommandIterationUpdate->SetOptimizer(m_GenericOptimizer);
 250
 251           // Set the previous transform parameters to the registration
 252           // if(m_Initializer->m_Parameters!=NULL )delete m_Initializer->m_Parameters;
 253           m_Initializer->SetInitialParameters(currentCoefficientImages, *newParameters);
 254           registration->SetInitialTransformParametersOfNextLevel(*newParameters);
 255         }
 256       }
 257
 258       void Execute(const itk::Object * , const itk::EventObject & )
 259       { return; }
 260
 261
 262       // Members
 263       void SetInitializer(InitializerPointer i){m_Initializer=i;}
 264       InitializerPointer m_Initializer;
 265
 266       void SetArgsInfo(args_info_clitkBLUTDIR a){m_ArgsInfo=a;}
 267       args_info_clitkBLUTDIR m_ArgsInfo;
 268
 269       void SetCommandIterationUpdate(CommandIterationUpdatePointer c){m_CommandIterationUpdate=c;};
 270       CommandIterationUpdatePointer m_CommandIterationUpdate;
 271
 272       GenericOptimizerPointer m_GenericOptimizer;
 273       void SetMaximize(bool b){m_Maximize=b;}
 274       bool m_Maximize;
 275
 276       GenericMetricPointer m_GenericMetric;
 277       void SetMetricRegion(RegionType i){m_MetricRegion=i;}
 278       RegionType m_MetricRegion;
 279
 280
 281   };
 282
 283   //==============================================================================
 284   // Update with the number of dimensions and pixeltype
 285   //==============================================================================
 286   template<class InputImageType>
 287     void BLUTDIRGenericFilter::UpdateWithInputImageType()
 288     {
 289       if (m_Verbose) std::cout << "BLUTDIRGenericFilter::UpdateWithInputImageType()" << std::endl;
 290
 291       //=============================================================================
 292       //Input
 293       //=============================================================================
 294       bool threadsGiven=m_ArgsInfo.threads_given;
 295       int threads=m_ArgsInfo.threads_arg;
 296       typedef typename InputImageType::PixelType PixelType;
 297
 298       typedef double TCoordRep;
 299
 300       typename InputImageType::Pointer fixedImage = this->template GetInput<InputImageType>(0);
 301
 302       typename InputImageType::Pointer inputFixedImage = this->template GetInput<InputImageType>(0);
 303
 304       // typedef input2
 305       typename InputImageType::Pointer movingImage = this->template GetInput<InputImageType>(1);
 306
 307       typename InputImageType::Pointer inputMovingImage = this->template GetInput<InputImageType>(1);
 308
 309       typedef itk::Image< PixelType,InputImageType::ImageDimension >  FixedImageType;
 310       typedef itk::Image< PixelType, InputImageType::ImageDimension>  MovingImageType;
 311       const unsigned int SpaceDimension = InputImageType::ImageDimension;
 312       //Whatever the pixel type, internally we work with an image represented in float
 313       //Reading reference image
 314       if (m_Verbose) std::cout<<"Reading images..."<<std::endl;
 315       //=======================================================
 316       //Input
 317       //=======================================================
 318       typename FixedImageType::Pointer croppedFixedImage=fixedImage;
 319       //=======================================================
 320       // Regions
 321       //=======================================================
 322       // The original input region
 323       typename FixedImageType::RegionType fixedImageRegion = fixedImage->GetLargestPossibleRegion();
 324
 325       // The transform region with respect to the input region:
 326       // where should the transform be DEFINED (depends on mask)
 327       typename FixedImageType::RegionType transformRegion = fixedImage->GetLargestPossibleRegion();
 328       typename FixedImageType::RegionType::SizeType transformRegionSize=transformRegion.GetSize();
 329       typename FixedImageType::RegionType::IndexType transformRegionIndex=transformRegion.GetIndex();
 330       typename FixedImageType::PointType transformRegionOrigin=fixedImage->GetOrigin();
 331
 332       // The metric region with respect to the extracted transform region:
 333       // where should the metric be CALCULATED (depends on transform)
 334       typename FixedImageType::RegionType metricRegion = fixedImage->GetLargestPossibleRegion();
 335       typename FixedImageType::RegionType::IndexType metricRegionIndex=metricRegion.GetIndex();
 336       typename FixedImageType::PointType metricRegionOrigin=fixedImage->GetOrigin();
 337
 338
 339       //===========================================================================
 340       // If given, we connect a mask to reference or target
 341       //============================================================================
 342       typedef itk::ImageMaskSpatialObject< InputImageType::ImageDimension >   MaskType;
 343       typedef itk::Image< unsigned char, InputImageType::ImageDimension >   ImageLabelType;
 344       typename MaskType::Pointer        fixedMask = NULL;
 345       typename ImageLabelType::Pointer  labels = NULL;
 346       if (m_ArgsInfo.referenceMask_given)
 347       {
 348         fixedMask = MaskType::New();
 349         labels = ImageLabelType::New();
 350         typedef itk::ImageFileReader< ImageLabelType >    LabelReaderType;
 351         typename LabelReaderType::Pointer  labelReader = LabelReaderType::New();
 352         labelReader->SetFileName(m_ArgsInfo.referenceMask_arg);
 353         try
 354         {
 355           labelReader->Update();
 356         }
 357         catch( itk::ExceptionObject & err )
 358         {
 359           std::cerr << "ExceptionObject caught while reading mask or labels !" << std::endl;
 360           std::cerr << err << std::endl;
 361           return;
 362         }
 363         if (m_Verbose)std::cout <<"Reference image mask was read..." <<std::endl;
 364
 365         // Resample labels
 366         typedef itk::ResampleImageFilter<ImageLabelType, ImageLabelType> ResamplerType;
 367         typename ResamplerType::Pointer resampler = ResamplerType::New();
 368         typedef itk::NearestNeighborInterpolateImageFunction<ImageLabelType, TCoordRep> InterpolatorType;
 369         typename InterpolatorType::Pointer interpolator = InterpolatorType::New();
 370         resampler->SetOutputParametersFromImage(fixedImage);
 371         resampler->SetInterpolator(interpolator);
 372         resampler->SetInput(labelReader->GetOutput());
 373         resampler->Update();
 374         labels = resampler->GetOutput();
 375
 376         // Set the image to the spatialObject
 377         fixedMask->SetImage(labels);
 378
 379         // Find the bounding box of the "inside" label
 380         typedef itk::LabelGeometryImageFilter<ImageLabelType> GeometryImageFilterType;
 381         typename GeometryImageFilterType::Pointer geometryImageFilter=GeometryImageFilterType::New();
 382         geometryImageFilter->SetInput(labels);
 383         geometryImageFilter->Update();
 384         typename GeometryImageFilterType::BoundingBoxType boundingBox = geometryImageFilter->GetBoundingBox(1);
 385
 386         // Limit the transform region to the mask
 387         for (unsigned int i=0; i<InputImageType::ImageDimension; i++)
 388         {
 389           transformRegionIndex[i]=boundingBox[2*i];
 390           transformRegionSize[i]=boundingBox[2*i+1]-boundingBox[2*i]+1;
 391         }
 392         transformRegion.SetSize(transformRegionSize);
 393         transformRegion.SetIndex(transformRegionIndex);
 394         fixedImage->TransformIndexToPhysicalPoint(transformRegion.GetIndex(), transformRegionOrigin);
 395
 396         // Crop the fixedImage to the bounding box to facilitate multi-resolution
 397         typedef itk::ExtractImageFilter<FixedImageType,FixedImageType> ExtractImageFilterType;
 398         typename ExtractImageFilterType::Pointer extractImageFilter=ExtractImageFilterType::New();
 399         extractImageFilter->SetDirectionCollapseToSubmatrix();
 400         extractImageFilter->SetInput(fixedImage);
 401         extractImageFilter->SetExtractionRegion(transformRegion);
 402         extractImageFilter->Update();
 403         croppedFixedImage=extractImageFilter->GetOutput();
 404
 405         // Update the metric region
 406         metricRegion = croppedFixedImage->GetLargestPossibleRegion();
 407         metricRegionIndex=metricRegion.GetIndex();
 408         croppedFixedImage->TransformIndexToPhysicalPoint(metricRegionIndex, metricRegionOrigin);
 409
 410         // Set start index to zero (with respect to croppedFixedImage/transform region)
 411         metricRegionIndex.Fill(0);
 412         metricRegion.SetIndex(metricRegionIndex);
 413         croppedFixedImage->SetRegions(metricRegion);
 414         croppedFixedImage->SetOrigin(metricRegionOrigin);
 415       }
 416
 417       typedef itk::ImageMaskSpatialObject< InputImageType::ImageDimension >   MaskType;
 418       typename MaskType::Pointer  movingMask=NULL;
 419       if (m_ArgsInfo.targetMask_given)
 420       {
 421         movingMask= MaskType::New();
 422         typedef itk::Image< unsigned char, InputImageType::ImageDimension >   ImageMaskType;
 423         typedef itk::ImageFileReader< ImageMaskType >    MaskReaderType;
 424         typename MaskReaderType::Pointer  maskReader = MaskReaderType::New();
 425         maskReader->SetFileName(m_ArgsInfo.targetMask_arg);
 426         try
 427         {
 428           maskReader->Update();
 429         }
 430         catch( itk::ExceptionObject & err )
 431         {
 432           std::cerr << "ExceptionObject caught !" << std::endl;
 433           std::cerr << err << std::endl;
 434         }
 435         if (m_Verbose)std::cout <<"Target image mask was read..." <<std::endl;
 436
 437         movingMask->SetImage( maskReader->GetOutput() );
 438       }
 439
 440
 441       //=======================================================
 442       // Output Regions
 443       //=======================================================
 444
 445       if (m_Verbose)
 446       {
 447         // Fixed image region
 448         std::cout<<"The fixed image has its origin at "<<fixedImage->GetOrigin()<<std::endl
 449           <<"The fixed image region starts at index "<<fixedImageRegion.GetIndex()<<std::endl
 450           <<"The fixed image region has size "<< fixedImageRegion.GetSize()<<std::endl;
 451
 452         // Transform region
 453         std::cout<<"The transform has its origin at "<<transformRegionOrigin<<std::endl
 454           <<"The transform region will start at index "<<transformRegion.GetIndex()<<std::endl
 455           <<"The transform region has size "<< transformRegion.GetSize()<<std::endl;
 456
 457         // Metric region
 458         std::cout<<"The metric region has its origin at "<<metricRegionOrigin<<std::endl
 459           <<"The metric region will start at index "<<metricRegion.GetIndex()<<std::endl
 460           <<"The metric region has size "<< metricRegion.GetSize()<<std::endl;
 461
 462       }
 463
 464
 465       //=======================================================
 466       // Pyramids (update them for transform initializer)
 467       //=======================================================
 468       typedef itk::RecursiveMultiResolutionPyramidImageFilter< FixedImageType, FixedImageType>    FixedImagePyramidType;
 469       typedef itk::RecursiveMultiResolutionPyramidImageFilter< MovingImageType, MovingImageType>    MovingImagePyramidType;
 470       typename FixedImagePyramidType::Pointer fixedImagePyramid = FixedImagePyramidType::New();
 471       typename MovingImagePyramidType::Pointer movingImagePyramid = MovingImagePyramidType::New();
 472       fixedImagePyramid->SetUseShrinkImageFilter(false);
 473       fixedImagePyramid->SetInput(croppedFixedImage);
 474       fixedImagePyramid->SetNumberOfLevels(m_ArgsInfo.levels_arg);
 475       movingImagePyramid->SetUseShrinkImageFilter(false);
 476       movingImagePyramid->SetInput(movingImage);
 477       movingImagePyramid->SetNumberOfLevels(m_ArgsInfo.levels_arg);
 478       if (m_Verbose) std::cout<<"Creating the image pyramid..."<<std::endl;
 479       fixedImagePyramid->Update();
 480       movingImagePyramid->Update();
 481       typedef clitk::MultiResolutionPyramidRegionFilter<FixedImageType> FixedImageRegionPyramidType;
 482       typename FixedImageRegionPyramidType::Pointer fixedImageRegionPyramid=FixedImageRegionPyramidType::New();
 483       fixedImageRegionPyramid->SetRegion(metricRegion);
 484       fixedImageRegionPyramid->SetSchedule(fixedImagePyramid->GetSchedule());
 485
 486
 487       //=======================================================
 488       // Rigid or Affine Transform
 489       //=======================================================
 490       typedef itk::AffineTransform <double,3> RigidTransformType;
 491       RigidTransformType::Pointer rigidTransform=NULL;
 492       if (m_ArgsInfo.initMatrix_given)
 493       {
 494         if(m_Verbose) std::cout<<"Reading the prior transform matrix "<< m_ArgsInfo.initMatrix_arg<<"..."<<std::endl;
 495         rigidTransform=RigidTransformType::New();
 496         itk::Matrix<double,4,4> rigidTransformMatrix=clitk::ReadMatrix3D(m_ArgsInfo.initMatrix_arg);
 497
 498         //Set the rotation
 499         itk::Matrix<double,3,3> finalRotation = clitk::GetRotationalPartMatrix3D(rigidTransformMatrix);
 500         rigidTransform->SetMatrix(finalRotation);
 501
 502         //Set the translation
 503         itk::Vector<double,3> finalTranslation = clitk::GetTranslationPartMatrix3D(rigidTransformMatrix);
 504         rigidTransform->SetTranslation(finalTranslation);
 505       }
 506       else if (m_ArgsInfo.centre_flag)
 507       {
 508         if(m_Verbose) std::cout<<"No itinial matrix given and \"centre\" flag switched on. Centering all images..."<<std::endl;
 509
 510         rigidTransform=RigidTransformType::New();
 511
 512         typedef itk::CenteredTransformInitializer<RigidTransformType, FixedImageType, MovingImageType > TransformInitializerType;
 513         typename TransformInitializerType::Pointer initializer = TransformInitializerType::New();
 514         initializer->SetTransform( rigidTransform );
 515         initializer->SetFixedImage( fixedImage );
 516         initializer->SetMovingImage( movingImage );
 517         initializer->GeometryOn();
 518         initializer->InitializeTransform();
 519       }
 520
 521
 522       //=======================================================
 523       // B-LUT FFD Transform
 524       //=======================================================
 525       typedef  clitk::MultipleBSplineDeformableTransform<TCoordRep,InputImageType::ImageDimension, SpaceDimension > TransformType;
 526       typename TransformType::Pointer transform = TransformType::New();
 527       if (labels) transform->SetLabels(labels);
 528       if (rigidTransform) transform->SetBulkTransform(rigidTransform);
 529
 530       //-------------------------------------------------------------------------
 531       // The transform initializer
 532       //-------------------------------------------------------------------------
 533       typedef clitk::MultipleBSplineDeformableTransformInitializer< TransformType,FixedImageType> InitializerType;
 534       typename InitializerType::Pointer initializer = InitializerType::New();
 535       initializer->SetVerbose(m_Verbose);
 536       initializer->SetImage(fixedImagePyramid->GetOutput(0));
 537       initializer->SetTransform(transform);
 538
 539       //-------------------------------------------------------------------------
 540       // Order
 541       //-------------------------------------------------------------------------
 542       typename FixedImageType::RegionType::SizeType splineOrders ;
 543       splineOrders.Fill(3);
 544       if (m_ArgsInfo.order_given)
 545         for(unsigned int i=0; i<InputImageType::ImageDimension;i++)
 546           splineOrders[i]=m_ArgsInfo.order_arg[i];
 547       if (m_Verbose) std::cout<<"Setting the spline orders  to "<<splineOrders<<"..."<<std::endl;
 548       initializer->SetSplineOrders(splineOrders);
 549
 550       //-------------------------------------------------------------------------
 551       // Levels
 552       //-------------------------------------------------------------------------
 553
 554       // Spacing
 555       if (m_ArgsInfo.spacing_given)
 556       {
 557         initializer->m_ControlPointSpacingArray.resize(m_ArgsInfo.levels_arg);
 558         initializer->SetControlPointSpacing(m_ArgsInfo.spacing_arg);
 559         initializer->m_ControlPointSpacingArray[m_ArgsInfo.levels_arg-1]=initializer->m_ControlPointSpacing;
 560         if (m_Verbose) std::cout<<"Using a control point spacing of "<<initializer->m_ControlPointSpacingArray[m_ArgsInfo.levels_arg-1]
 561           <<" at level "<<m_ArgsInfo.levels_arg<<" of "<<m_ArgsInfo.levels_arg<<"..."<<std::endl;
 562
 563         for (int i=1; i<m_ArgsInfo.levels_arg; i++ )
 564         {
 565           initializer->m_ControlPointSpacingArray[m_ArgsInfo.levels_arg-1-i]=initializer->m_ControlPointSpacingArray[m_ArgsInfo.levels_arg-i]*2;
 566           if (m_Verbose) std::cout<<"Using a control point spacing of "<<initializer->m_ControlPointSpacingArray[m_ArgsInfo.levels_arg-1-i]
 567             <<" at level "<<m_ArgsInfo.levels_arg-i<<" of "<<m_ArgsInfo.levels_arg<<"..."<<std::endl;
 568         }
 569
 570       }
 571
 572       // Control
 573       if (m_ArgsInfo.control_given)
 574       {
 575         initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImageArray.resize(m_ArgsInfo.levels_arg);
 576         initializer->SetNumberOfControlPointsInsideTheImage(m_ArgsInfo.control_arg);
 577         initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImageArray[m_ArgsInfo.levels_arg-1]=initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImage;
 578         if (m_Verbose) std::cout<<"Using "<< initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImageArray[m_ArgsInfo.levels_arg-1]<<"control points inside the image"
 579           <<" at level "<<m_ArgsInfo.levels_arg<<" of "<<m_ArgsInfo.levels_arg<<"..."<<std::endl;
 580
 581         for (int i=1; i<m_ArgsInfo.levels_arg; i++ )
 582         {
 583           for(unsigned int j=0;j<InputImageType::ImageDimension;j++)
 584             initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImageArray[m_ArgsInfo.levels_arg-1-i][j]=ceil ((double)initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImageArray[m_ArgsInfo.levels_arg-i][j]/2.);
 585           //        initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImageArray[m_ArgsInfo.levels_arg-1-i]=ceil ((double)initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImageArray[m_ArgsInfo.levels_arg-i]/2.);
 586           if (m_Verbose) std::cout<<"Using "<< initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImageArray[m_ArgsInfo.levels_arg-1-i]<<"control points inside the image"
 587             <<" at level "<<m_ArgsInfo.levels_arg<<" of "<<m_ArgsInfo.levels_arg<<"..."<<std::endl;
 588
 589         }
 590       }
 591
 592       // Inialize on the first level
 593       if (m_ArgsInfo.verbose_flag) std::cout<<"Initializing transform for level 1 of "<<m_ArgsInfo.levels_arg<<"..."<<std::endl;
 594       if (m_ArgsInfo.spacing_given) initializer->SetControlPointSpacing(        initializer->m_ControlPointSpacingArray[0]);
 595       if (m_ArgsInfo.control_given) initializer->SetNumberOfControlPointsInsideTheImage(initializer->m_NumberOfControlPointsInsideTheImageArray[0]);
 596       if (m_ArgsInfo.samplingFactor_given) initializer->SetSamplingFactors(m_ArgsInfo.samplingFactor_arg);
 597
 598       // Initialize
 599       initializer->InitializeTransform();
 600
 601       //-------------------------------------------------------------------------
 602       // Initial parameters (passed by reference)
 603       //-------------------------------------------------------------------------
 604       typedef typename TransformType::ParametersType     ParametersType;
 605       const unsigned int numberOfParameters =    transform->GetNumberOfParameters();
 606       ParametersType parameters(numberOfParameters);
 607       parameters.Fill( 0.0 );
 608       transform->SetParameters( parameters );
 609       if (m_ArgsInfo.initCoeff_given) initializer->SetInitialParameters(m_ArgsInfo.initCoeff_arg, parameters);
 610
 611       //-------------------------------------------------------------------------
 612       // DEBUG: use an itk BSpline instead of multilabel BLUTs
 613       //-------------------------------------------------------------------------
 614       typedef itk::Transform< TCoordRep, 3, 3 > RegistrationTransformType;
 615       RegistrationTransformType::Pointer regTransform(transform);
 616       typedef itk::BSplineDeformableTransform<TCoordRep,SpaceDimension, 3> SingleBSplineTransformType;
 617       typename SingleBSplineTransformType::Pointer sTransform;
 618       if(m_ArgsInfo.itkbspline_flag) {
 619         if( transform->GetTransforms().size()>1)
 620           itkExceptionMacro(<< "invalid --itkbspline option if there is more than 1 label")
 621         sTransform = SingleBSplineTransformType::New();
 622         sTransform->SetBulkTransform( transform->GetTransforms()[0]->GetBulkTransform() );
 623         sTransform->SetGridSpacing( transform->GetTransforms()[0]->GetGridSpacing() );
 624         sTransform->SetGridOrigin( transform->GetTransforms()[0]->GetGridOrigin() );
 625         sTransform->SetGridRegion( transform->GetTransforms()[0]->GetGridRegion() );
 626         sTransform->SetParameters( transform->GetTransforms()[0]->GetParameters() );
 627         regTransform = sTransform;
 628         transform = NULL; // free memory
 629       }
 630
 631       //=======================================================
 632       // Interpolator
 633       //=======================================================
 634       typedef clitk::GenericInterpolator<args_info_clitkBLUTDIR, FixedImageType, TCoordRep > GenericInterpolatorType;
 635       typename   GenericInterpolatorType::Pointer genericInterpolator=GenericInterpolatorType::New();
 636       genericInterpolator->SetArgsInfo(m_ArgsInfo);
 637       typedef itk::InterpolateImageFunction< FixedImageType, TCoordRep >  InterpolatorType;
 638       typename  InterpolatorType::Pointer interpolator=genericInterpolator->GetInterpolatorPointer();
 639
 640
 641       //=======================================================
 642       // Metric
 643       //=======================================================
 644       typedef clitk::GenericMetric<args_info_clitkBLUTDIR, FixedImageType,MovingImageType > GenericMetricType;
 645       typename GenericMetricType::Pointer genericMetric=GenericMetricType::New();
 646       genericMetric->SetArgsInfo(m_ArgsInfo);
 647       genericMetric->SetFixedImage(fixedImagePyramid->GetOutput(0));
 648       if (fixedMask) genericMetric->SetFixedImageMask(fixedMask);
 649       genericMetric->SetFixedImageRegion(fixedImageRegionPyramid->GetOutput(0));
 650       typedef itk::ImageToImageMetric< FixedImageType, MovingImageType >  MetricType;
 651       typename  MetricType::Pointer metric=genericMetric->GetMetricPointer();
 652       if (movingMask) metric->SetMovingImageMask(movingMask);
 653       if (threadsGiven) {
 654         metric->SetNumberOfThreads( threads );
 655         if (m_Verbose) std::cout<< "Using " << threads << " threads." << std::endl;
 656       }
 657
 658       //=======================================================
 659       // Optimizer
 660       //=======================================================
 661       typedef clitk::GenericOptimizer<args_info_clitkBLUTDIR> GenericOptimizerType;
 662       GenericOptimizerType::Pointer genericOptimizer = GenericOptimizerType::New();
 663       genericOptimizer->SetArgsInfo(m_ArgsInfo);
 664       genericOptimizer->SetMaximize(genericMetric->GetMaximize());
 665       genericOptimizer->SetNumberOfParameters(regTransform->GetNumberOfParameters());
 666       typedef itk::SingleValuedNonLinearOptimizer OptimizerType;
 667       OptimizerType::Pointer optimizer = genericOptimizer->GetOptimizerPointer();
 668
 669
 670       //=======================================================
 671       // Registration
 672       //=======================================================
 673       typedef itk::MultiResolutionImageRegistrationMethod<  FixedImageType, MovingImageType >    RegistrationType;
 674       typename RegistrationType::Pointer   registration  = RegistrationType::New();
 675       registration->SetMetric(        metric        );
 676       registration->SetOptimizer(     optimizer     );
 677       registration->SetInterpolator(  interpolator  );
 678       registration->SetTransform (regTransform );
 679       if(threadsGiven) {
 680         registration->SetNumberOfThreads(threads);
 681         if (m_Verbose) std::cout<< "Using " << threads << " threads." << std::endl;
 682       }
 683       registration->SetFixedImage(  croppedFixedImage   );
 684       registration->SetMovingImage(  movingImage   );
 685       registration->SetFixedImageRegion( metricRegion );
 686       registration->SetFixedImagePyramid( fixedImagePyramid );
 687       registration->SetMovingImagePyramid( movingImagePyramid );
 688       registration->SetInitialTransformParameters( regTransform->GetParameters() );
 689       registration->SetNumberOfLevels( m_ArgsInfo.levels_arg );
 690       if (m_Verbose) std::cout<<"Setting the number of resolution levels to "<<m_ArgsInfo.levels_arg<<"..."<<std::endl;
 691
 692
 693       //================================================================================================
 694       // Observers
 695       //================================================================================================
 696       if (m_Verbose)
 697       {
 698         // Output iteration info
 699         CommandIterationUpdate::Pointer observer = CommandIterationUpdate::New();
 700         observer->SetOptimizer(genericOptimizer);
 701         optimizer->AddObserver( itk::IterationEvent(), observer );
 702
 703         // Output level info
 704         typedef RegistrationInterfaceCommand<RegistrationType,args_info_clitkBLUTDIR> CommandType;
 705         typename CommandType::Pointer command = CommandType::New();
 706         command->SetInitializer(initializer);
 707         command->SetArgsInfo(m_ArgsInfo);
 708         command->SetCommandIterationUpdate(observer);
 709         command->SetMaximize(genericMetric->GetMaximize());
 710         command->SetMetricRegion(metricRegion);
 711         registration->AddObserver( itk::IterationEvent(), command );
 712
 713         if (m_ArgsInfo.coeff_given)
 714         {
 715           if(m_ArgsInfo.itkbspline_flag) {
 716             itkExceptionMacro("--coeff and --itkbpline are incompatible");
 717           }
 718
 719           std::cout << std::endl << "Output coefficient images every " << m_ArgsInfo.coeffEveryN_arg << " iterations." << std::endl;
 720           typedef CommandIterationUpdateDVF<FixedImageType, OptimizerType, TransformType> DVFCommandType;
 721           typename DVFCommandType::Pointer observerdvf = DVFCommandType::New();
 722           observerdvf->SetFixedImage(fixedImage);
 723           observerdvf->SetTransform(transform);
 724           observerdvf->SetArgsInfo(m_ArgsInfo);
 725           optimizer->AddObserver( itk::IterationEvent(), observerdvf );
 726         }
 727       }
 728
 729
 730       //=======================================================
 731       // Let's go
 732       //=======================================================
 733       if (m_Verbose) std::cout << std::endl << "Starting Registration" << std::endl;
 734
 735       try
 736       {
 737         registration->Update();
 738       }
 739       catch( itk::ExceptionObject & err )
 740       {
 741         std::cerr << "ExceptionObject caught while registering!" << std::endl;
 742         std::cerr << err << std::endl;
 743         return;
 744       }
 745
 746
 747       //=======================================================
 748       // Get the result
 749       //=======================================================
 750       OptimizerType::ParametersType finalParameters =  registration->GetLastTransformParameters();
 751       regTransform->SetParameters( finalParameters );
 752       if (m_Verbose)
 753       {
 754         std::cout<<"Stop condition description: "
 755           <<registration->GetOptimizer()->GetStopConditionDescription()<<std::endl;
 756       }
 757
 758
 759       //=======================================================
 760       // Get the BSpline coefficient images and write them
 761       //=======================================================
 762       if (m_ArgsInfo.coeff_given)
 763       {
 764         typedef typename TransformType::CoefficientImageType CoefficientImageType;
 765         std::vector<typename CoefficientImageType::Pointer> coefficientImages = transform->GetCoefficientImages();
 766         typedef itk::ImageFileWriter<CoefficientImageType> CoeffWriterType;
 767         typename CoeffWriterType::Pointer coeffWriter = CoeffWriterType::New();
 768         unsigned nLabels = transform->GetnLabels();
 769
 770         std::string fname(m_ArgsInfo.coeff_arg);
 771         int dotpos = fname.length() - 1;
 772         while (dotpos >= 0 && fname[dotpos] != '.')
 773           dotpos--;
 774
 775         for (unsigned i = 0; i < nLabels; ++i)
 776         {
 777           std::ostringstream osfname;
 778           osfname << fname.substr(0, dotpos) << '_' << i << fname.substr(dotpos);
 779           coeffWriter->SetInput(coefficientImages[i]);
 780           coeffWriter->SetFileName(osfname.str());
 781           coeffWriter->Update();
 782         }
 783       }
 784
 785
 786
 787       //=======================================================
 788       // Compute the DVF (only deformable transform)
 789       //=======================================================
 790       typedef itk::Vector< float, SpaceDimension >  DisplacementType;
 791       typedef itk::Image< DisplacementType, InputImageType::ImageDimension >  DisplacementFieldType;
 792 #if ITK_VERSION_MAJOR >= 4
 793 #  if ITK_VERSION_MINOR < 6
 794       typedef itk::TransformToDisplacementFieldSource<DisplacementFieldType, double> ConvertorType;
 795 #  else
 796       typedef itk::TransformToDisplacementFieldFilter<DisplacementFieldType, double> ConvertorType;
 797 #  endif
 798 #endif
 799       typename ConvertorType::Pointer filter= ConvertorType::New();
 800       filter->SetNumberOfThreads(1);
 801       if(m_ArgsInfo.itkbspline_flag)
 802         sTransform->SetBulkTransform(NULL);
 803       else
 804         transform->SetBulkTransform(NULL);
 805       filter->SetTransform(regTransform);
 806 #if ITK_VERSION_MAJOR > 4 || (ITK_VERSION_MAJOR == 4 && ITK_VERSION_MINOR >= 6)
 807       filter->SetReferenceImage(fixedImage);
 808 #else
 809       filter->SetOutputParametersFromImage(fixedImage);
 810 #endif
 811       filter->Update();
 812       typename DisplacementFieldType::Pointer field = filter->GetOutput();
 813
 814
 815       //=======================================================
 816       // Write the DVF
 817       //=======================================================
 818       typedef itk::ImageFileWriter< DisplacementFieldType >  FieldWriterType;
 819       typename FieldWriterType::Pointer fieldWriter = FieldWriterType::New();
 820       fieldWriter->SetFileName( m_ArgsInfo.vf_arg );
 821       fieldWriter->SetInput( field );
 822       try
 823       {
 824         fieldWriter->Update();
 825       }
 826       catch( itk::ExceptionObject & excp )
 827       {
 828         std::cerr << "Exception thrown writing the DVF" << std::endl;
 829         std::cerr << excp << std::endl;
 830         return;
 831       }
 832
 833
 834       //=======================================================
 835       // Resample the moving image
 836       //=======================================================
 837       typedef itk::ResampleImageFilter< MovingImageType, FixedImageType >    ResampleFilterType;
 838       typename ResampleFilterType::Pointer resampler = ResampleFilterType::New();
 839       if (rigidTransform) {
 840         if(m_ArgsInfo.itkbspline_flag)
 841           sTransform->SetBulkTransform(rigidTransform);
 842         else
 843           transform->SetBulkTransform(rigidTransform);
 844       }
 845       resampler->SetTransform( regTransform );
 846       resampler->SetInput( movingImage);
 847       resampler->SetOutputParametersFromImage(fixedImage);
 848       resampler->Update();
 849       typename FixedImageType::Pointer result=resampler->GetOutput();
 850
 851       //     typedef itk::WarpImageFilter< MovingImageType, FixedImageType, DeformationFieldType >    WarpFilterType;
 852       //     typename WarpFilterType::Pointer warp = WarpFilterType::New();
 853
 854       //     warp->SetDeformationField( field );
 855       //     warp->SetInput( movingImageReader->GetOutput() );
 856       //     warp->SetOutputOrigin(  fixedImage->GetOrigin() );
 857       //     warp->SetOutputSpacing( fixedImage->GetSpacing() );
 858       //     warp->SetOutputDirection( fixedImage->GetDirection() );
 859       //     warp->SetEdgePaddingValue( 0.0 );
 860       //     warp->Update();
 861
 862
 863       //=======================================================
 864       // Write the warped image
 865       //=======================================================
 866       typedef itk::ImageFileWriter< FixedImageType >  WriterType;
 867       typename WriterType::Pointer      writer =  WriterType::New();
 868       writer->SetFileName( m_ArgsInfo.output_arg );
 869       writer->SetInput( result    );
 870
 871       try
 872       {
 873         writer->Update();
 874       }
 875       catch( itk::ExceptionObject & err )
 876       {
 877         std::cerr << "ExceptionObject caught !" << std::endl;
 878         std::cerr << err << std::endl;
 879         return;
 880       }
 881
 882
 883       //=======================================================
 884       // Calculate the difference after the deformable transform
 885       //=======================================================
 886       typedef clitk::DifferenceImageFilter<  FixedImageType, FixedImageType> DifferenceFilterType;
 887       if (m_ArgsInfo.after_given)
 888       {
 889         typename DifferenceFilterType::Pointer difference = DifferenceFilterType::New();
 890         difference->SetValidInput( fixedImage );
 891         difference->SetTestInput( result );
 892
 893         try
 894         {
 895           difference->Update();
 896         }
 897         catch( itk::ExceptionObject & err )
 898         {
 899           std::cerr << "ExceptionObject caught calculating the difference !" << std::endl;
 900           std::cerr << err << std::endl;
 901           return;
 902         }
 903
 904         typename WriterType::Pointer differenceWriter=WriterType::New();
 905         differenceWriter->SetInput(difference->GetOutput());
 906         differenceWriter->SetFileName(m_ArgsInfo.after_arg);
 907         differenceWriter->Update();
 908
 909       }
 910
 911
 912       //=======================================================
 913       // Calculate the difference before the deformable transform
 914       //=======================================================
 915       if( m_ArgsInfo.before_given )
 916       {
 917
 918         typename FixedImageType::Pointer moving=FixedImageType::New();
 919         if (m_ArgsInfo.initMatrix_given)
 920         {
 921           typedef itk::ResampleImageFilter<MovingImageType, FixedImageType> ResamplerType;
 922           typename ResamplerType::Pointer resampler=ResamplerType::New();
 923           resampler->SetInput(movingImage);
 924           resampler->SetOutputOrigin(fixedImage->GetOrigin());
 925           resampler->SetSize(fixedImage->GetLargestPossibleRegion().GetSize());
 926           resampler->SetOutputSpacing(fixedImage->GetSpacing());
 927           resampler->SetDefaultPixelValue( 0. );
 928           if (rigidTransform ) resampler->SetTransform(rigidTransform);
 929           resampler->Update();
 930           moving=resampler->GetOutput();
 931         }
 932         else
 933           moving=movingImage;
 934
 935         typename DifferenceFilterType::Pointer difference = DifferenceFilterType::New();
 936         difference->SetValidInput( fixedImage );
 937         difference->SetTestInput( moving );
 938
 939         try
 940         {
 941           difference->Update();
 942         }
 943         catch( itk::ExceptionObject & err )
 944         {
 945           std::cerr << "ExceptionObject caught calculating the difference !" << std::endl;
 946           std::cerr << err << std::endl;
 947           return;
 948         }
 949
 950         typename WriterType::Pointer differenceWriter=WriterType::New();
 951         writer->SetFileName( m_ArgsInfo.before_arg  );
 952         writer->SetInput( difference->GetOutput()  );
 953         writer->Update( );
 954       }
 955
 956       return;
 957
 958     }
 959 }//end clitk
 960
 961 #endif // #define clitkBLUTDIRGenericFilter_txx