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