]> Creatis software - FrontAlgorithms.git/blobdiff - lib/fpa/Image/SkeletonFilter.hxx
...
[FrontAlgorithms.git] / lib / fpa / Image / SkeletonFilter.hxx
index c60e13cd5d73d9d292f1c9fcb630ef201431cc52..50a035453cfd8660aec6cb4f6a2d19c485d0043e 100644 (file)
@@ -1,65 +1,40 @@
+// =========================================================================
+// @author Leonardo Florez Valencia
+// @email florez-l@javeriana.edu.co
+// =========================================================================
+
 #ifndef __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
 #define __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
 
-#include <fpa/Base/Functors/Inverse.h>
-#include <fpa/Image/Functors/SimpleNeighborhood.h>
+#include <itkImage.h>
 #include <itkImageRegionIteratorWithIndex.h>
+#include <itkMinimumMaximumImageCalculator.h>
+#include <fpa/Image/Functors/Dijkstra/Invert.h>
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-#define fpa_Image_SkeletonFilter_OutputMacro( o_n, o_t )                \
-  template< class _TImage >                                             \
-  typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::                      \
-  o_t* fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::                          \
-  Get##o_n( )                                                           \
-  {                                                                     \
-    return(                                                             \
-      dynamic_cast< o_t* >(                                             \
-        this->itk::ProcessObject::GetOutput( this->m_##o_n##Idx )       \
-        )                                                               \
-      );                                                                \
-  }
-
-fpa_Image_SkeletonFilter_OutputMacro( Skeleton, TSkeleton );
-fpa_Image_SkeletonFilter_OutputMacro( Marks, TMarks );
-
-// -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage >
-fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
-SkeletonFilter( )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
+_TDijkstra( )
   : Superclass( )
 {
-  typedef typename _TImage::PixelType _TPixel;
-  typedef fpa::Image::Functors::SimpleNeighborhood< _TImage::ImageDimension > _TNeighFunc;
-  typedef fpa::Base::Functors::Inverse< _TPixel, _TPixel > _TInvFunc;
-
-  unsigned int nOutputs = this->GetNumberOfRequiredOutputs( );
-  this->SetNumberOfRequiredOutputs( nOutputs + 2 );
-  this->m_SkeletonIdx = nOutputs;
-  this->m_MarksIdx = nOutputs + 1;
-
-  typename TSkeleton::Pointer skeleton = TSkeleton::New( );
-  typename TMarks::Pointer marks = TMarks::New( );
-  this->SetNthOutput( this->m_SkeletonIdx, skeleton.GetPointer( ) );
-  this->SetNthOutput( this->m_MarksIdx, marks.GetPointer( ) );
-
-  typename _TNeighFunc::Pointer nfunc = _TNeighFunc::New( );
-  nfunc->SetOrder( 2 );
-  this->SetNeighborhoodFunction( nfunc );
-
-  typename _TInvFunc::Pointer ifunc = _TInvFunc::New( );
-  this->SetConversionFunction( ifunc );
+  // Prepare weight function
+  typedef fpa::Image::Functors::Dijkstra::Invert< TOutputImage, TScalar > _TWeight;
+  typename _TWeight::Pointer weight = _TWeight::New( );
+  weight->SetAlpha( 1 );
+  weight->SetBeta( 1 );
+  this->SetWeightFunction( weight );
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage >
-fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
-~SkeletonFilter( )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
+~_TDijkstra( )
 {
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
 _BeforeGenerateData( )
 {
   this->Superclass::_BeforeGenerateData( );
@@ -67,171 +42,178 @@ _BeforeGenerateData( )
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
-_UpdateResult( const _TQueueNode& n )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
+_UpdateOutputValue( const TNode& n )
 {
   typedef typename _TSkeletonQueue::value_type _TSkeletonQueueValue;
 
-  this->Superclass::_UpdateResult( n );
+  this->Superclass::_UpdateOutputValue( n );
   double d = double( this->GetInput( )->GetPixel( n.Vertex ) );
   if( d >= double( 0 ) )
   {
     // Update skeleton candidates
     d += double( 1e-5 );
-    double v = double( n.Result ) / ( d * d );
+    double v = double( n.Value ) / ( d * d );
     this->m_SkeletonQueue.insert( _TSkeletonQueueValue( v, n.Vertex ) );
 
   } // fi
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
-_AfterGenerateData( )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+itk::ModifiedTimeType
+fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+GetMTime( ) const
 {
-  this->Superclass::_AfterGenerateData( );
+  itk::ModifiedTimeType t = this->Superclass::GetMTime( );
+  itk::ModifiedTimeType q = this->m_DistanceMap->GetMTime( );
+  return( ( q < t )? q: t );
+}
 
-  _TAdjacencies A;
-  std::vector< TIndex > end_points;
-  this->_EndPoints( end_points, A );
-  this->_Skeleton( end_points, A );
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+SetInput( TInputImage* input )
+{
+  this->Superclass::SetNthInput( 0, input );
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
-_EndPoints( std::vector< TIndex >& end_points, _TAdjacencies& A )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+TInputImage* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+GetInput( )
 {
-  auto marks = this->GetMarks( );
-  auto mst = this->GetMinimumSpanningTree( );
-  auto spac = marks->GetSpacing( );
+  return( dynamic_cast< TInputImage* >( this->Superclass::GetInput( 0 ) ) );
+}
 
-  // Some values
-  marks->SetLargestPossibleRegion( mst->GetLargestPossibleRegion( ) );
-  marks->SetRequestedRegion( mst->GetRequestedRegion( ) );
-  marks->SetBufferedRegion( mst->GetBufferedRegion( ) );
-  marks->SetSpacing( mst->GetSpacing( ) );
-  marks->SetOrigin( mst->GetOrigin( ) );
-  marks->SetDirection( mst->GetDirection( ) );
-  marks->Allocate( );
-  marks->FillBuffer( 0 );
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+const typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+TInputImage* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+GetInput( ) const
+{
+  return(
+    dynamic_cast< const TInputImage* >( this->Superclass::GetInput( 0 ) )
+    );
+}
 
-  // BFS from maximum queue
-  while( this->m_SkeletonQueue.size( ) > 0 )
-  {
-    // Get node
-    auto nIt = this->m_SkeletonQueue.begin( );
-    auto n = *nIt;
-    this->m_SkeletonQueue.erase( nIt );
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+TSkeleton* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+GetOutput( )
+{
+  return( dynamic_cast< TSkeleton* >( this->Superclass::GetOutput( 0 ) ) );
+}
 
-    // Mark it and update end-points
-    unsigned char m = marks->GetPixel( n.second );
-    if( m != 0 )
-      continue;
-    marks->SetPixel( n.second, 1 );
-    end_points.push_back( n.second );
-
-    // Mark path
-    TIndex it = n.second;
-    TIndex p = mst->GetParent( it );
-    while( it != p )
-    {
-      this->_MarkSphere( it );
-      it = p;
-      p = mst->GetParent( it );
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+const typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+TSkeleton* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+GetOutput( ) const
+{
+  return(
+    dynamic_cast< const TSkeleton* >( this->Superclass::GetOutput( 0 ) )
+    );
+}
 
-    } // elihw
-    this->_MarkSphere( it );
-    A[ n.second ] = it;
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+SkeletonFilter( )
+  : Superclass( ),
+    m_SeedFromMaximumDistance( false )
+{
+  this->SetNumberOfRequiredInputs( 1 );
+  this->SetNumberOfRequiredOutputs( 1 );
+  this->SetNthOutput( 0, TSkeleton::New( ) );
+
+  this->m_DistanceMap = TDistanceMap::New( );
+}
 
-  } // elihw
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+~SkeletonFilter( )
+{
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
-_Skeleton( const std::vector< TIndex >& end_points, _TAdjacencies& A )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+GenerateData( )
 {
-  typedef itk::Image< unsigned long, Self::Dimension > _TTagsImage;
-  typedef typename TMST::TPath _TPath;
-
-  auto mst = this->GetMinimumSpanningTree( );
-  auto skeleton = this->GetSkeleton( );
-
-  // Tag branches
-  typename _TTagsImage::Pointer tags = _TTagsImage::New( );
-  tags->SetLargestPossibleRegion( mst->GetLargestPossibleRegion( ) );
-  tags->SetRequestedRegion( mst->GetRequestedRegion( ) );
-  tags->SetBufferedRegion( mst->GetBufferedRegion( ) );
-  tags->Allocate( );
-  tags->FillBuffer( 0 );
-  for( auto eIt = end_points.begin( ); eIt != end_points.end( ); ++eIt )
+  // Update distance map
+  this->m_DistanceMap->SetInput( this->GetInput( ) );
+  this->m_DistanceMap->Update( );
+
+  // Correct seed
+  if( this->m_SeedFromMaximumDistance )
   {
-    TIndex it = *eIt;
-    TIndex p = mst->GetParent( it );
-    while( it != p )
-    {
-      tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
-      it = p;
-      p = mst->GetParent( it );
+    typedef itk::MinimumMaximumImageCalculator< TOutputImage > _TMinMax;
+    typename _TMinMax::Pointer minmax = _TMinMax::New( );
+    minmax->SetImage( this->m_DistanceMap->GetOutput( ) );
+    minmax->Compute( );
+    this->m_Seed = minmax->GetIndexOfMaximum( );
 
-    } // elihw
-    tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
+  } // fi
 
-  } // rof
+  // Compute MST
+  typename _TDijkstra::Pointer dijkstra = _TDijkstra::New( );
+  dijkstra->SetInput( this->m_DistanceMap->GetOutput( ) );
+  dijkstra->AddSeed( this->m_Seed );
+  dijkstra->Update( );
 
-  // Build paths (branches)
-  for( auto eIt = end_points.begin( ); eIt != end_points.end( ); ++eIt )
+  // Compute end-points
+  const _TMST* mst = dijkstra->GetMinimumSpanningTree( );
+  std::vector< TIndex > end_points;
+  this->_EndPoints(
+    end_points, this->m_DistanceMap->GetOutput( ),
+    mst, dijkstra->GetSkeletonQueue( )
+    );
+
+  // Create branches
+  TSkeleton* sk = this->GetOutput( );
+  typename std::vector< TIndex >::const_iterator eIt = end_points.begin( );
+  std::map< TIndex, unsigned long, typename TIndex::LexicographicCompare > tags;
+  unsigned long t = 1;
+  for( ; eIt != end_points.end( ); ++eIt )
   {
+    // Tag path
     TIndex it = *eIt;
     TIndex p = mst->GetParent( it );
-    TIndex sIdx = *eIt;
-    typename _TPath::Pointer path = _TPath::New( );
-    path->SetReferenceImage( mst );
     while( it != p )
     {
-      if( tags->GetPixel( sIdx ) != tags->GetPixel( it ) )
-      {
-        // Ok, a new branch has been added
-        path->AddVertex( it );
-        skeleton->AddBranch( path );
-
-        // Update a new starting index
-        path = _TPath::New( );
-        path->SetReferenceImage( mst );
-        sIdx = it;
-      }
-      else
-        path->AddVertex( it );
+      tags[ it ] = t;
       it = p;
       p = mst->GetParent( it );
 
     } // elihw
-
-    // Finally, add last branch
-    path->AddVertex( it );
-    skeleton->AddBranch( path );
+    // TODO: More on it
 
   } // rof
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
-_MarkSphere( const TIndex& idx )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+template< class _TMarksPointer >
+void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+_MarkSphere(
+  _TMarksPointer& marks, const TOutputImage* dmap, const TIndex& center
+  )
 {
-  typedef itk::ImageRegionIteratorWithIndex< TMarks > _TMarksIt;
+  typedef typename _TMarksPointer::ObjectType          _TMarks;
+  typedef itk::ImageRegionIteratorWithIndex< _TMarks > _TMarksIt;
 
   static const double _eps = std::sqrt( double( Self::Dimension + 1 ) );
-  auto input = this->GetInput( );
-  auto marks = this->GetMarks( );
-  auto spac = input->GetSpacing( );
-  auto region = input->GetRequestedRegion( );
+  typename _TMarks::SpacingType spac = dmap->GetSpacing( );
+  typename _TMarks::RegionType region = dmap->GetRequestedRegion( );
 
-  typename _TImage::PointType cnt;
-  input->TransformIndexToPhysicalPoint( idx, cnt );
-  double r = double( input->GetPixel( idx ) ) * _eps;
+  typename _TMarks::PointType cnt;
+  dmap->TransformIndexToPhysicalPoint( center, cnt );
+  double r = double( dmap->GetPixel( center ) ) * _eps;
 
   TIndex i0, i1;
   for( unsigned int d = 0; d < Self::Dimension; ++d )
@@ -239,8 +221,8 @@ _MarkSphere( const TIndex& idx )
     long off = long( std::ceil( r / double( spac[ d ] ) ) );
     if( off < 3 )
       off = 3;
-    i0[ d ] = idx[ d ] - off;
-    i1[ d ] = idx[ d ] + off;
+    i0[ d ] = center[ d ] - off;
+    i1[ d ] = center[ d ] + off;
 
     if( i0[ d ] < region.GetIndex( )[ d ] )
       i0[ d ] = region.GetIndex( )[ d ];
@@ -250,25 +232,148 @@ _MarkSphere( const TIndex& idx )
 
   } // rof
 
-  typename _TImage::SizeType size;
+  typename _TMarks::SizeType size;
   for( unsigned int d = 0; d < Self::Dimension; ++d )
     size[ d ] = i1[ d ] - i0[ d ] + 1;
 
-  typename _TImage::RegionType neighRegion;
+  typename _TMarks::RegionType neighRegion;
   neighRegion.SetIndex( i0 );
   neighRegion.SetSize( size );
 
   _TMarksIt mIt( marks, neighRegion );
   for( mIt.GoToBegin( ); !mIt.IsAtEnd( ); ++mIt )
+    mIt.Set( true );
+}
+
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+_EndPoints(
+  std::vector< TIndex >& end_points,
+  const TOutputImage* dmap,
+  const _TMST* mst,
+  const _TSkeletonQueue& queue
+  )
+{
+  typedef typename _TSkeletonQueue::value_type _TSkeletonQueueValue;
+
+  // Some values
+  typedef itk::Image< bool, Self::Dimension > _TMarks;
+  typename _TMarks::Pointer marks = _TMarks::New( );
+  marks->SetLargestPossibleRegion( mst->GetLargestPossibleRegion( ) );
+  marks->SetRequestedRegion( mst->GetRequestedRegion( ) );
+  marks->SetBufferedRegion( mst->GetBufferedRegion( ) );
+  marks->SetSpacing( mst->GetSpacing( ) );
+  marks->SetOrigin( mst->GetOrigin( ) );
+  marks->SetDirection( mst->GetDirection( ) );
+  marks->Allocate( );
+  marks->FillBuffer( false );
+
+  // Get candidates in maximum to minimum iteration
+  typename _TSkeletonQueue::const_reverse_iterator nIt = queue.rbegin( );
+  for( ; nIt != queue.rend( ); ++nIt )
   {
-    TIndex w = mIt.GetIndex( );
-    typename _TImage::PointType p;
-    marks->TransformIndexToPhysicalPoint( w, p );
-    mIt.Set( 1 );
+    // Mark it and update end-points
+    if( !( marks->GetPixel( nIt->second ) ) )
+    {
+      marks->SetPixel( nIt->second, true );
+      end_points.push_back( nIt->second );
+
+      // Mark path
+      TIndex it = nIt->second;
+      TIndex p = mst->GetParent( it );
+      while( it != p )
+      {
+        this->_MarkSphere( marks, dmap, it );
+        it = p;
+        p = mst->GetParent( it );
+
+      } // elihw
+      this->_MarkSphere( marks, dmap, it );
+
+    } // fi
 
   } // rof
 }
 
+
+
+/* TODO
+   this->m_DistanceMap = TDistanceMap::New( );
+   this->m_DistanceMap->InsideIsPositiveOn( );
+   this->m_DistanceMap->SquaredDistanceOff( );
+   this->m_DistanceMap->UseImageSpacingOn( );
+
+   template< class _TImage, class _TScalar >
+   void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
+   _Skeleton( const std::vector< TVertex >& end_points, _TAdjacencies& A )
+   {
+   typedef typename TSkeleton::TPath _TPath;
+   typedef itk::Image< unsigned long, TImage::ImageDimension > _TTagsImage;
+
+   TMST* mst = this->GetMinimumSpanningTree( );
+   TSkeleton* skeleton = this->GetSkeleton( );
+
+   // Tag branches
+   typename _TTagsImage::Pointer tags = _TTagsImage::New( );
+   tags->SetLargestPossibleRegion( mst->GetLargestPossibleRegion( ) );
+   tags->SetRequestedRegion( mst->GetRequestedRegion( ) );
+   tags->SetBufferedRegion( mst->GetBufferedRegion( ) );
+   tags->Allocate( );
+   tags->FillBuffer( 0 );
+   typename std::vector< TVertex >::const_iterator eIt = end_points.begin( );
+   for( ; eIt != end_points.end( ); ++eIt )
+   {
+   TVertex it = *eIt;
+   TVertex p = mst->GetParent( it );
+   while( it != p )
+   {
+   tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
+   it = p;
+   p = mst->GetParent( it );
+   
+   } // elihw
+   tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
+
+   } // rof
+
+   // Build paths (branches)
+   eIt = end_points.begin( );
+   for( ; eIt != end_points.end( ); ++eIt )
+   {
+   TVertex it = *eIt;
+   TVertex p = mst->GetParent( it );
+   TVertex sIdx = it;
+   typename _TPath::Pointer path = _TPath::New( );
+   path->SetReferenceImage( mst );
+   while( it != p )
+   {
+   if( tags->GetPixel( sIdx ) != tags->GetPixel( it ) )
+   {
+   // Ok, a new branch has been added
+   path->AddVertex( it );
+   skeleton->AddBranch( path );
+   
+   // Update a new starting index
+   path = _TPath::New( );
+   path->SetReferenceImage( mst );
+   sIdx = it;
+   }
+   else
+   path->AddVertex( it );
+   it = p;
+   p = mst->GetParent( it );
+
+   } // elihw
+   
+   // Finally, add last branch
+   path->AddVertex( it );
+   skeleton->AddBranch( path );
+   
+   } // rof
+   }
+*/
+
 #endif // __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
 
 // eof - $RCSfile$