]> Creatis software - FrontAlgorithms.git/blobdiff - lib/fpa/Image/SkeletonFilter.hxx
...
[FrontAlgorithms.git] / lib / fpa / Image / SkeletonFilter.hxx
index 9cb3019c85aed4ae34be9dd76d6b6cf80a080aef..6a322371c3a5a4d0b6b4d447ce422417de12a554 100644 (file)
 #ifndef __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
 #define __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
 
+#include <itkImage.h>
 #include <itkImageRegionIteratorWithIndex.h>
 #include <itkMinimumMaximumImageCalculator.h>
+#include <fpa/Image/Functors/Dijkstra/Invert.h>
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-SetInput( const TScalarImage* image )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
+_TDijkstra( )
+  : Superclass( )
 {
-  // Do nothing
+  // 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, class _TScalar >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-SetInput( const TImage* image )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
+~_TDijkstra( )
 {
-  this->m_DistanceMap->SetInput( image );
-  this->Superclass::SetInput( this->m_DistanceMap->GetOutput( ) );
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-_TImage* fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-GetInput( )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
+_BeforeGenerateData( )
 {
-  return( this->m_DistanceMap->GetInput( ) );
+  this->Superclass::_BeforeGenerateData( );
+  this->m_SkeletonQueue.clear( );
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-const _TImage* fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-GetInput( ) const
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
+_UpdateOutputValue( const TNode& n )
+{
+  typedef typename _TSkeletonQueue::value_type _TSkeletonQueueValue;
+
+  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.Value ) / ( d * d );
+    this->m_SkeletonQueue.insert( _TSkeletonQueueValue( v, n.Vertex ) );
+
+  } // fi
+}
+
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+itk::ModifiedTimeType
+fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+GetMTime( ) const
+{
+  itk::ModifiedTimeType t = this->Superclass::GetMTime( );
+  itk::ModifiedTimeType q = this->m_DistanceMap->GetMTime( );
+  return( ( q < t )? q: t );
+}
+
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+SetInput( TInputImage* input )
+{
+  this->Superclass::SetNthInput( 0, input );
+}
+
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+TInputImage* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+GetInput( )
 {
-  return( this->m_DistanceMap->GetInput( ) );
+  return( dynamic_cast< TInputImage* >( this->Superclass::GetInput( 0 ) ) );
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-TSkeleton* fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-GetSkeleton( )
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+const typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+TInputImage* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+GetInput( ) const
 {
   return(
-    dynamic_cast< TSkeleton* >(
-      this->itk::ProcessObject::GetOutput( this->m_SkeletonIdx )
-      )
+    dynamic_cast< const TInputImage* >( this->Superclass::GetInput( 0 ) )
     );
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-TMarks* fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-GetMarks( )
+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 ) ) );
+}
+
+// -------------------------------------------------------------------------
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+const typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+TSkeleton* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
+GetOutput( ) const
 {
   return(
-    dynamic_cast< TMarks* >(
-      this->itk::ProcessObject::GetOutput( this->m_MarksIdx )
-      )
+    dynamic_cast< const TSkeleton* >( this->Superclass::GetOutput( 0 ) )
     );
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
+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( );
-  this->m_DistanceMap->InsideIsPositiveOn( );
-  this->m_DistanceMap->SquaredDistanceOff( );
-  this->m_DistanceMap->UseImageSpacingOn( );
-
-  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( ) );
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 ~SkeletonFilter( )
 {
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
+template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
+void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 GenerateData( )
 {
-  // Prepare distance map
+  // Update distance map
+  this->m_DistanceMap->SetInput( this->GetInput( ) );
   this->m_DistanceMap->Update( );
 
-  // Update start seed
-  TVertex seed;
+  // Correct seed
   if( this->m_SeedFromMaximumDistance )
   {
-    typedef itk::MinimumMaximumImageCalculator< TScalarImage > _TMinMax;
+    typedef itk::MinimumMaximumImageCalculator< TOutputImage > _TMinMax;
     typename _TMinMax::Pointer minmax = _TMinMax::New( );
     minmax->SetImage( this->m_DistanceMap->GetOutput( ) );
     minmax->Compute( );
-    seed = minmax->GetIndexOfMaximum( );
-  }
-  else
-    seed = *( this->BeginSeeds( ) );
-  this->m_Seeds.clear( );
-  this->m_Seeds.insert( seed );
-
-  // Prepare skeleton candidates queue
-  this->m_SkeletonQueue.clear( );
-
-  // Go!
-  this->Superclass::GenerateData( );
-
-  // Backtracking
-  _TAdjacencies A;
-  std::vector< TVertex > end_points;
-  this->_EndPoints( end_points, A );
-  this->_Skeleton( end_points, A );
-}
-
-// -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-_SetOutputValue( const TVertex& vertex, const TOutputValue& value )
-{
-  typedef typename _TSkeletonQueue::value_type _TSkeletonQueueValue;
-
-  this->Superclass::_SetOutputValue( vertex, value );
-  double d = double( this->m_DistanceMap->GetOutput( )->GetPixel( vertex ) );
-  if( d >= double( 0 ) )
-  {
-    // Update skeleton candidates
-    d += double( 1e-5 );
-    double v = double( value ) / ( d * d );
-    this->m_SkeletonQueue.insert( _TSkeletonQueueValue( v, vertex ) );
+    this->m_Seed = minmax->GetIndexOfMaximum( );
 
   } // fi
-}
-
-// -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-_EndPoints( std::vector< TVertex >& end_points, _TAdjacencies& A )
-{
-  typedef typename _TSkeletonQueue::value_type _TSkeletonQueueValue;
-
-  TMarks* marks = this->GetMarks( );
-  TMST* mst = this->GetMinimumSpanningTree( );
-  typename TImage::SpacingType spac = marks->GetSpacing( );
 
-  // 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 );
+  // Compute MST
+  typename _TDijkstra::Pointer dijkstra = _TDijkstra::New( );
+  dijkstra->SetInput( this->m_DistanceMap->GetOutput( ) );
+  dijkstra->AddSeed( this->m_Seed );
+  dijkstra->Update( );
+
+  // Compute end-points
+  const _TMST* mst = dijkstra->GetMinimumSpanningTree( );
+  std::vector< TIndex > end_points;
+  this->_EndPoints(
+    end_points, this->m_DistanceMap->GetOutput( ),
+    mst, dijkstra->GetSkeletonQueue( )
+    );
 
-  // BFS from maximum queue
-  while( this->m_SkeletonQueue.size( ) > 0 )
+  // Compute symbolic branches
+  typedef std::map< TIndex, TIndex, typename TIndex::LexicographicCompare > _TTags;
+  _TTags tags, branches;
+  typename std::vector< TIndex >::const_iterator eIt = end_points.begin( );
+  for( ; eIt != end_points.end( ); ++eIt )
   {
-    // Get node
-    typename _TSkeletonQueue::iterator nIt = this->m_SkeletonQueue.begin( );
-    _TSkeletonQueueValue n = *nIt;
-    this->m_SkeletonQueue.erase( nIt );
-
-    // 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
-    TVertex it = n.second;
-    TVertex p = mst->GetParent( it );
-    while( it != p )
+    // Tag path
+    TIndex it = *eIt;
+    TIndex p = mst->GetParent( it );
+    typename _TTags::iterator bIt = tags.end( );
+    while( it != p && bIt == tags.end( ) )
     {
-      this->_MarkSphere( it );
-      it = p;
-      p = mst->GetParent( it );
-
-    } // elihw
-    this->_MarkSphere( it );
-    A[ n.second ] = it;
+      typename _TTags::iterator tIt = tags.find( it );
+      if( tIt != tags.end( ) )
+      {
+        // Ok, a bifurcation point has been found
+        // branch1: tIt->second <-> it (ok)
+        branches[ tIt->second ] = it;
 
-  } // elihw
-}
+        // branch2: *eit <-> it (ok)
+        branches[ *eIt ] = it;
 
-// -------------------------------------------------------------------------
-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 );
-  for( TVertex it: end_points )
-  {
-    TVertex p = mst->GetParent( it );
-    while( it != p )
-    {
-      tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
+        // branch3: it <-> until next bifurcation
+        bIt = tIt;
+      }
+      else
+        tags[ it ] = *eIt;
       it = p;
       p = mst->GetParent( it );
 
     } // elihw
-    tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
+    if( bIt != tags.end( ) )
+    {
+      TIndex pTag = bIt->second;
+      TIndex nTag = bIt->first;
+      it = bIt->first;
+      p = it;
+      while( tags[ it ] == pTag )
+      {
+        tags[ it ] = nTag;
+        p = it;
+        it = mst->GetParent( it );
+
+      } // elihw
+      tags[ it ] = nTag;
+      branches[ bIt->first ] = p;
+    }
+    else
+    {
+      tags[ it ] = *eIt;
+      branches[ *eIt ] = it;
+
+    } // fi
 
   } // rof
 
-  // Build paths (branches)
-  for( TVertex it: end_points )
+  // Fill full branches
+  typedef typename _TMST::TVertices _TVertices;
+  typedef typename TSkeleton::TPath _TPath;
+
+  TSkeleton* sk = this->GetOutput( );
+  typename _TTags::const_iterator bIt = branches.begin( );
+  for( ; bIt != branches.end( ); ++bIt )
   {
-    TVertex p = mst->GetParent( it );
-    TVertex sIdx = it;
+    _TVertices v = mst->GetPath( bIt->first, bIt->second );
     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 );
+    path->SetReferenceImage( this->GetInput( ) );
+    typename _TVertices::const_reverse_iterator vIt = v.rbegin( );
+    for( ; vIt != v.rend( ); ++vIt )
+      path->AddVertex( *vIt );
+    sk->AddBranch( path );
 
   } // rof
 }
 
 // -------------------------------------------------------------------------
-template< class _TImage, class _TScalar >
-void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
-_MarkSphere( const TVertex& 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( TImage::ImageDimension + 1 ) );
-  const TScalarImage* dmap = this->m_DistanceMap->GetOutput( );
-  TMarks* marks = this->GetMarks( );
-  typename TImage::SpacingType spac = dmap->GetSpacing( );
-  typename TImage::RegionType region = dmap->GetRequestedRegion( );
+  static const double _eps = std::sqrt( double( Self::Dimension + 1 ) );
+  typename _TMarks::SpacingType spac = dmap->GetSpacing( );
+  typename _TMarks::RegionType region = dmap->GetRequestedRegion( );
 
-  typename TImage::PointType cnt;
-  dmap->TransformIndexToPhysicalPoint( idx, cnt );
-  double r = double( dmap->GetPixel( idx ) ) * _eps;
+  typename _TMarks::PointType cnt;
+  dmap->TransformIndexToPhysicalPoint( center, cnt );
+  double r = double( dmap->GetPixel( center ) ) * _eps;
 
-  TVertex i0, i1;
-  for( unsigned int d = 0; d < TImage::ImageDimension; ++d )
+  TIndex i0, i1;
+  for( unsigned int d = 0; d < Self::Dimension; ++d )
   {
     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 ];
@@ -305,21 +285,66 @@ _MarkSphere( const TVertex& idx )
 
   } // rof
 
-  typename TImage::SizeType size;
-  for( unsigned int d = 0; d < TImage::ImageDimension; ++d )
+  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 )
   {
-    TVertex 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
 }