SimuPBI_3WiresPhant_func.m

   1 ## Copyright (C) 2016 Loriane Weber
   2 ##
   3 ## This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   4 ## it under the terms of the GNU General Public License as published by
   5 ## the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
   6 ## (at your option) any later version.
   7 ##
   8 ## This program is distributed in the hope that it will be useful,
   9 ## but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10 ## MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  11 ## GNU General Public License for more details.
  12 ##
  13 ## You should have received a copy of the GNU General Public License
  14 ## along with Octave; see the file COPYING.  If not, see
  15 ## <http://www.gnu.org/licenses/>.
  16
  17 ## SimuPBI_3WiresPhant_func
  18
  19 ## Author: Loriane Weber <lweber@gpid16a-1802>
  20 ## Created: 2016-03-30
  21
  22 ## Example of use :
  23 ## SimuPBI_3WiresPhant_func('Analytical', 2, 'test', [0 0.1 0.5], 19, 2.7, 300, 180, 1, 0, '', 'gaussian', 35)
  24
  25 ## Please note that dir_out, noise_type, noise_amount are optional arguments.
  26
  27 function [] = SimuPBI_3WiresPhant_func (vers, oversamp, basename_output, dist, energy, ps, nbProj, range_angle, model_ctf, model_Fresnel, height, dir_out, noise_type, noise_amount)
  28
  29 addpath('utilities_ESRF')
  30 addpath('utilities_LW')
  31 addpath(genpath('octave_packages'))
  32
  33 ################################################
  34 ############### INPUT parameters ###############
  35 ################################################
  36
  37 ################################
  38 ######### Parameter related to the computation - and names of the result
  39 ################################
  40
  41 ## vers: are the projections calculated analytically or using the Radon transform? use 'Radon' OR 'Analytical'
  42 %vers='Radon' ;
  43
  44 ## Oversampling of the projections : use 2 or 4
  45 %oversamp=2
  46
  47 ## Basename of the result file
  48 %basename_output='phantom_al_mg_PET_thibaut_3dist';
  49
  50 ################################
  51 ######### Parameter related to the physics
  52 ################################
  53
  54 ## Distances of propagation (in m)
  55 %dist=[0 0.28 0.560];
  56
  57 ## Energy of the incoming X-ray beam (in keV)
  58 %energy=19
  59
  60 ## Pixel size of the detector (in um)
  61 %ps=3.5;
  62
  63 ## Number of projections
  64 %nbProj=100;
  65
  66 ## Range of the tomography : 180 or 360 degrees
  67 %range_angle=180;
  68
  69 ## Which model do you want to use for the propagation? use 1 or 0
  70 %model_ctf=0;
  71 %model_Fresnel=1;
  72
  73 ################################
  74 ############# Parameters related to the object
  75 ################################
  76
  77 ## height of the object. If height == 1, the simulation is computed in 1D. If height >=2 , the simulation turns into 2D.
  78 %height=10;
  79
  80
  81 ################################
  82 ############# OPTIONAL Parameters
  83 ################################
  84 ## Output directory : to be removed
  85 %dir_out='/mntdirect/_users/lweber/Matlab/SimulationsPBI/Results_PhantTibo';
  86 %dir_out='';
  87
  88 ## Noise-related part
  89 ## Noise addition to the simulated data?
  90 ## Use noise='gaussian' (addition of gaussian noise) or noise='poisson' ( generation of Poisson noise) or '' (no noise is added).
  91
  92 %noise_type='gaussian'
  93 % default value is '' (no noise)
  94
  95 ## Amount of noise
  96 ## If 'gaussian' (additive noise), please specify the Peak-to-peak Signe-to-noise ratio (PPSNR, in dB)
  97 % noise_amount=40;
  98 %default value is 35 dB
  99 ## if 'poisson', please specify the amount of noise
 100 %noise_amount=0.05;
 101 % default value is 5%.
 102 ## !! note that poisson noise is here not implemented yet
 103
 104 #######################################################
 105 ############### End of INPUT parameters ###############
 106 #######################################################
 107
 108 #################################################
 109 ############### OUTPUT parameters ###############
 110 #################################################
 111
 112 ## None, file directly save
 113
 114 ########################################################
 115 ############### End of OUTPUT parameters ###############
 116 ########################################################
 117
 118 ############################# check varargin - optional arguments ###########################
 119  if nargin<11
 120        error("Some arguments are missing.\n");
 121  elseif nargin==11
 122     dir_out='';
 123     noise_type='';
 124  elseif nargin==12
 125         noise_type='';
 126  elseif nargin==13
 127         if strcmp(noise_type, 'gaussian')
 128                 noise_amount=35;
 129         elseif strcmp(noise_type, 'poisson')
 130         error("poisson noise is not implemented yet")
 131         return; %noise_amount=0.05;
 132         else
 133                 error("Unknown type of noise.\n")
 134     endif
 135 endif
 136
 137
 138 ############# Unchanged parameters ##############
 139 if !strcmp(dir_out, '')
 140         dir_out=strcat(dir_out, '/');
 141 end
 142
 143 z1=145; % source to sample distance (in m)
 144
 145 % calcul des angles
 146 angles=[0:1:nbProj-1];
 147 delta_angle=range_angle/nbProj;
 148 angles=angles*delta_angle;
 149
 150 % Wavelength, in meter
 151 lambda=12.4*10^-10/energy;
 152 ps=ps*10^-6; % put the pixel size in meter
 153
 154 % Effective prop distance
 155 D = (z1*dist)./(z1+dist);
 156 betash = lambda*D; % in meter^2
 157
 158 % pading method
 159 pad_method='extend';
 160
 161 % Absorption image ('mu', in cm-1)
 162 mu=edfread('attenuation.edf'); % map of mu in cm-1
 163 [m n]=size(mu)
 164
 165 absorption=mu*100; % in m-1 , to be consistant with lambda!! /10  to have less attenuation
 166 beta=(lambda/(4*pi))*absorption; % one slice of beta /!\ units
 167
 168 delta_beta=edfread('delta_beta_map_1200.edf');
 169 delta=delta_beta.*beta;
 170
 171 ## Noise addition
 172 if(strcmp(noise_type, 'gaussian'))
 173         PPSNR=noise_amount;
 174         noise_str=strcat(noise_type, num2str(PPSNR), 'dB_');
 175 %elseif(strcmp(noise_type, 'poisson'))
 176         %scale_fact=noise_amount;
 177         %noise_str=strcat(noise_type, num2str(scale_fact), '_');
 178 elseif(strcmp(noise_type, ''))
 179         noise_str='';
 180 end
 181
 182
 183 if height ==1
 184         basename_output=strcat(basename_output, '-1D_');
 185 else
 186         basename_output=strcat(basename_output, '-2D_');
 187 end
 188
 189 %############# END OF Unchanged parameters ##############
 190
 191 %############# Simulations des donnees ##############
 192 ps=ps/oversamp;
 193
 194 ## Creation of the sinogram
 195 if(strcmp(vers, 'Radon'))
 196         sino_abs=radon(absorption, angles)*ps*oversamp; % to get rif of oversamp in the pixelsize
 197         sino_delta=radon(delta, angles)*ps*oversamp;
 198 elseif(strcmp(vers, 'Analytical'))
 199         [sino_abs, sino_delta, sino_beta] = PhantTibo_Analytical (angles, ps*oversamp, 1);
 200 else
 201         disp('error in the variable vers')
 202         return;
 203 endif
 204
 205 ## Creation of the projections
 206 abs_proj=cell(1, nbProj);
 207 B_proj=cell(1, nbProj);
 208 Phi_proj=cell(1, nbProj);
 209
 210
 211 if height ==1
 212
 213         for j=1:nbProj
 214                 abs_proj{j}=interp(sino_abs(:,j), oversamp);
 215                 B_proj{j}=(1/2)*abs_proj{j};
 216                 Phi_proj{j}=(-2*pi/lambda)*interp(sino_delta(:,j), oversamp);
 217         end
 218
 219         ## Fourier domain
 220         [mp np]=size(Phi_proj{j});
 221         [ftot]=FrequencySpace1(2*mp, ps);
 222
 223         ### CTF model ###
 224         if(model_ctf==1)
 225                 IdCTF=cell(length(D), nbProj);
 226                 sino_IdCTF=cell(length(D),1);
 227
 228                 for k=1:length(D)
 229
 230                         for j=1:nbProj
 231                                 sino_IdCTF{k}(:,j)=CTFPropagation_1D(Phi_proj{j}, B_proj{j}, D(k), lambda, oversamp, ftot);
 232                         end
 233
 234                         if strcmp(noise_type, 'gaussian')
 235                                 ampsignal=max(max(sino_IdCTF{k}))-min(min(sino_IdCTF{k})); %add the amount of noise wrt the amplitude at the first dist
 236                                 bruit=randn(size(sino_IdCTF{k})); % gaussian white noise
 237                                 bruit=bruit/max(max(bruit));
 238                                 bruit=bruit*ampsignal*10^(-PPSNR/20); %/2;
 239                                 sino_IdCTF{k}=sino_IdCTF{k}+bruit;
 240                         end
 241
 242                         name_ctf=strcat(dir_out, basename_output, 'CTF_', vers, '_oversamp', num2str(oversamp), '_', noise_str, num2str(nbProj), 'proj_', num2str(k),  '_.edf')
 243                         edfwrite(name_ctf, sino_IdCTF{k}, 'float32');
 244                 end
 245         end % end of model CTF
 246
 247         ### Fresnel model ###
 248         if(model_Fresnel==1)
 249                 IdFresnel=cell(length(D), nbProj);
 250                 sino_IdFresnel=cell(length(D),1);
 251
 252                 for k=1:length(D)
 253                         for j=1:nbProj
 254                                 tmp=FresnelTransform_1D(Phi_proj{j}, B_proj{j}, D(k), lambda, oversamp, ftot);
 255                                 IdFresnel{k, j}=tmp;
 256                                 sino_IdFresnel{k}(:,j)=tmp;
 257                         end
 258
 259                         if strcmp(noise_type, 'gaussian')
 260                                 ampsignal=max(max(sino_IdFresnel{k}))-min(min(sino_IdFresnel{k})); %add the amount of noise wrt the amplitude at the first dist
 261                                 bruit=randn(size(sino_IdFresnel{k})); % gaussian white noise
 262                                 bruit=bruit/max(max(bruit));
 263                                 bruit=bruit*ampsignal*10^(-PPSNR/20); %/2;
 264                                 sino_IdFresnel{k}=sino_IdFresnel{k}+bruit;
 265                         end
 266
 267                         name_fre=strcat(dir_out, basename_output, 'Fresnel_', vers, '_oversamp', num2str(oversamp), '_', noise_str, num2str(nbProj), 'proj_', num2str(k), '_.edf')
 268                         edfwrite(name_fre, sino_IdFresnel{k}, 'float32');
 269                 end
 270         end % end of Fresnel model
 271
 272 ##### case height >=2 (2D) #####
 273 else
 274
 275         for j=1:nbProj
 276                 abs_proj{j}=repmat(interp(sino_abs(:,j), oversamp), [1 oversamp*height]);
 277                 B_proj{j}=(1/2)*abs_proj{j};
 278                 Phi_proj{j}=repmat( interp(sino_delta(:,j), oversamp), [1 oversamp*height]);
 279                 Phi_proj{j}=(-2*pi/lambda)*Phi_proj{j};
 280         end
 281
 282         ## Fourier domain
 283         [mp np]=size(Phi_proj{j}); % take into account the oversampling
 284         [ftot, gtot]=FrequencySpace(2*mp, 2*np, ps);
 285
 286         ### CTF model ###
 287         if(model_ctf==1)
 288                 IdCTF=cell(length(D), nbProj);
 289
 290                 for k=1:length(D)
 291                         nom=strcat(basename_output, 'CTF_', vers, '_oversamp', num2str(oversamp), '_', noise_str, num2str(nbProj), 'proj_', num2str(k), '_' );
 292
 293                                 if(exist(strcat(dir_out, nom))!=7)
 294                                         unix(['mkdir ' dir_out nom]); % create directory
 295                                 else
 296                                         unix(['rm ' dir_out nom '/' basename_output 'CTF*' vers '*edf']); % erase existing proj
 297                                 end % end create directory
 298
 299                         for j=1:nbProj
 300                                 IdCTF{k, j}=CTFPropagation_2D(Phi_proj{j}, B_proj{j}, D(k), lambda, oversamp, ftot, gtot);
 301
 302                                 if strcmp(noise_type, 'gaussian')
 303                                         ampsignal=max(max(IdCTF{k, j}))-min(min(IdCTF{k, j})); %add the amount of noise wrt the amplitude at the first dist
 304                                         bruit=randn(size(IdCTF{k, j})); % gaussian white noise
 305                                         bruit=bruit/max(max(bruit));
 306                                         bruit=bruit*ampsignal*10^(-PPSNR/20); %/2;
 307                                         IdCTF{k, j}=IdCTF{k, j}+bruit;
 308                                 end
 309
 310                                 name_ctf=strcat(dir_out, nom, '/', nom, num2str(j-1, '%0.4d'), '.edf');
 311                                 edfwrite(name_ctf, IdCTF{k,j}, 'float32');
 312                         end % end proj
 313                 end % end length
 314         end % end ctf
 315
 316         #### Fresnel model ###
 317         if(model_Fresnel==1)
 318                 IdFresnel=cell(length(D), nbProj);
 319
 320                 for k=1:length(D)
 321                         nom=strcat(basename_output, 'Fresnel_', vers, '_oversamp', num2str(oversamp), '_', noise_str, num2str(nbProj), 'proj_', num2str(k), '_' );
 322
 323                         if(exist(strcat(dir_out, nom))!=7)
 324                                 unix(['mkdir ' dir_out nom]); % create directory
 325                         else
 326                                 unix(['rm ' dir_out nom '/' basename_output 'Fresnel*' vers '*edf']); % erase existing proj
 327                         end % end create directory
 328
 329                         for j=1:nbProj
 330                                 IdFresnel{k, j}=FresnelTransform_2D(Phi_proj{j}, B_proj{j}, D(k), lambda, oversamp, ftot, gtot);
 331                                 if strcmp(noise_type, 'gaussian')
 332                                         ampsignal=max(max(IdFresnel{k, j}))-min(min(IdFresnel{k, j})); %add the amount of noise wrt the amplitude at the first dist
 333                                         bruit=randn(size(IdFresnel{k, j})); % gaussian white noise
 334                                         bruit=bruit/max(max(bruit));
 335                                         bruit=bruit*ampsignal*10^(-PPSNR/20); %/2;
 336                                         IdFresnel{k, j}=IdFresnel{k, j}+bruit;
 337                                 end
 338                                 name_fre=strcat(dir_out, nom, '/', nom, num2str(j-1, '%0.4d'), '.edf');
 339                                 edfwrite(name_fre, IdFresnel{k,j}, 'float32');
 340                         end     % end proj
 341                 end % end distances
 342
 343         end %end Fresnel
 344
 345 end
 346
 347
 348
 349 endfunction