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 refers to the Contrast Transfer Function propagation model. use 1 if you want to simulate propagation with the CTF model, or 0 otherwise.
  71 ## should be equal to 0 or 1
  72 % model_ctf = 1
  73 % model_ctf = 0
  74
  75 ## model_Fresnel refers to the Fresnel propagation model. Use 1 if you want to simulate propagation with the fresnel model, or 0 otherwise.
  76 ## should be equal to 0 or 1
  77 % model_Fresnel = 1
  78 % model_Fresnel = 0
  79
  80 ################################
  81 ############# Parameters related to the object
  82 ################################
  83
  84 ## height of the object. If height == 1, the simulation is computed in 1D. If height >=2 , the simulation turns into 2D.
  85 %height=10;
  86
  87
  88 ################################
  89 ############# OPTIONAL Parameters
  90 ################################
  91 ## Output directory : to be removed
  92 %dir_out='/mntdirect/_users/lweber/Matlab/SimulationsPBI/Results_PhantTibo';
  93 %dir_out='';
  94
  95 ## Noise-related part
  96 ## Noise addition to the simulated data?
  97 ## Use noise='gaussian' (addition of gaussian noise) or noise='poisson' ( generation of Poisson noise) or '' (no noise is added).
  98
  99 %noise_type='gaussian'
 100 % default value is '' (no noise)
 101
 102 ## Amount of noise
 103 ## If 'gaussian' (additive noise), please specify the Peak-to-peak Signe-to-noise ratio (PPSNR, in dB)
 104 % noise_amount=40;
 105 %default value is 35 dB
 106 ## if 'poisson', please specify the amount of noise
 107 %noise_amount=0.05;
 108 % default value is 5%.
 109 ## !! note that poisson noise is here not implemented yet
 110
 111 #######################################################
 112 ############### End of INPUT parameters ###############
 113 #######################################################
 114
 115 #################################################
 116 ############### OUTPUT parameters ###############
 117 #################################################
 118
 119 ## None, file directly save
 120
 121 ########################################################
 122 ############### End of OUTPUT parameters ###############
 123 ########################################################
 124
 125 ############################# check varargin - optional arguments ###########################
 126  if nargin<11
 127        error("Some arguments are missing.\n");
 128  elseif nargin==11
 129     dir_out='';
 130     noise_type='';
 131  elseif nargin==12
 132         noise_type='';
 133  elseif nargin==13
 134         if strcmp(noise_type, 'gaussian')
 135                 noise_amount=35;
 136         elseif strcmp(noise_type, 'poisson')
 137         error("poisson noise is not implemented yet")
 138         return; %noise_amount=0.05;
 139         else
 140                 error("Unknown type of noise.\n")
 141     endif
 142 endif
 143
 144
 145 ############# Unchanged parameters ##############
 146 if !strcmp(dir_out, '')
 147         dir_out=strcat(dir_out, '/');
 148 end
 149
 150 z1=145; % source to sample distance (in m)
 151
 152 % calcul des angles
 153 angles=[0:1:nbProj-1];
 154 delta_angle=range_angle/nbProj;
 155 angles=angles*delta_angle;
 156
 157 % Wavelength, in meter
 158 lambda=12.4*10^-10/energy;
 159 ps=ps*10^-6; % put the pixel size in meter
 160
 161 % Effective prop distance
 162 D = (z1*dist)./(z1+dist);
 163 betash = lambda*D; % in meter^2
 164
 165 % pading method
 166 pad_method='extend';
 167
 168 % Absorption image ('mu', in cm-1)
 169 mu=edfread('images/attenuation.edf'); % map of mu in cm-1
 170 [m n]=size(mu)
 171
 172 absorption=mu*100; % in m-1 , to be consistant with lambda!! /10  to have less attenuation
 173 beta=(lambda/(4*pi))*absorption; % one slice of beta /!\ units
 174
 175 delta_beta=edfread('images/delta_beta_map_1200.edf');
 176 delta=delta_beta.*beta;
 177
 178 ## Noise addition
 179 if(strcmp(noise_type, 'gaussian'))
 180         PPSNR=noise_amount;
 181         noise_str=strcat(noise_type, num2str(PPSNR), 'dB_');
 182 %elseif(strcmp(noise_type, 'poisson'))
 183         %scale_fact=noise_amount;
 184         %noise_str=strcat(noise_type, num2str(scale_fact), '_');
 185 elseif(strcmp(noise_type, ''))
 186         noise_str='';
 187 end
 188
 189
 190 if height ==1
 191         basename_output=strcat(basename_output, '-1D_');
 192 else
 193         basename_output=strcat(basename_output, '-2D_');
 194 end
 195
 196 %############# END OF Unchanged parameters ##############
 197
 198 %############# Simulations des donnees ##############
 199 ps=ps/oversamp;
 200
 201 ## Creation of the sinogram
 202 if(strcmp(vers, 'Radon'))
 203         sino_abs=radon(absorption, angles)*ps*oversamp; % to get rif of oversamp in the pixelsize
 204         sino_delta=radon(delta, angles)*ps*oversamp;
 205 elseif(strcmp(vers, 'Analytical'))
 206         [sino_abs, sino_delta, sino_beta] = PhantTibo_Analytical (angles, ps*oversamp, 1);
 207 else
 208         disp('error in the variable vers')
 209         return;
 210 endif
 211
 212 ## Creation of the projections
 213 abs_proj=cell(1, nbProj);
 214 B_proj=cell(1, nbProj);
 215 Phi_proj=cell(1, nbProj);
 216
 217
 218 if height ==1
 219
 220         for j=1:nbProj
 221                 abs_proj{j}=interp(sino_abs(:,j), oversamp);
 222                 B_proj{j}=(1/2)*abs_proj{j};
 223                 Phi_proj{j}=(-2*pi/lambda)*interp(sino_delta(:,j), oversamp);
 224         end
 225
 226         ## Fourier domain
 227         [mp np]=size(Phi_proj{j});
 228         [ftot]=FrequencySpace1(2*mp, ps);
 229
 230         ### CTF model ###
 231         if(model_ctf==1)
 232                 IdCTF=cell(length(D), nbProj);
 233                 sino_IdCTF=cell(length(D),1);
 234
 235                 for k=1:length(D)
 236
 237                         for j=1:nbProj
 238                                 sino_IdCTF{k}(:,j)=CTFPropagation_1D(Phi_proj{j}, B_proj{j}, D(k), lambda, oversamp, ftot);
 239                         end
 240
 241                         if strcmp(noise_type, 'gaussian')
 242                                 ampsignal=max(max(sino_IdCTF{k}))-min(min(sino_IdCTF{k})); %add the amount of noise wrt the amplitude at the first dist
 243                                 bruit=randn(size(sino_IdCTF{k})); % gaussian white noise
 244                                 bruit=bruit/max(max(bruit));
 245                                 bruit=bruit*ampsignal*10^(-PPSNR/20); %/2;
 246                                 sino_IdCTF{k}=sino_IdCTF{k}+bruit;
 247                         end
 248
 249                         name_ctf=strcat(dir_out, basename_output, 'CTF_', vers, '_oversamp', num2str(oversamp), '_', noise_str, num2str(nbProj), 'proj_', num2str(k),  '_.edf')
 250                         edfwrite(name_ctf, sino_IdCTF{k}, 'float32');
 251                 end
 252         end % end of model CTF
 253
 254         ### Fresnel model ###
 255         if(model_Fresnel==1)
 256                 IdFresnel=cell(length(D), nbProj);
 257                 sino_IdFresnel=cell(length(D),1);
 258
 259                 for k=1:length(D)
 260                         for j=1:nbProj
 261                                 tmp=FresnelTransform_1D(Phi_proj{j}, B_proj{j}, D(k), lambda, oversamp, ftot);
 262                                 IdFresnel{k, j}=tmp;
 263                                 sino_IdFresnel{k}(:,j)=tmp;
 264                         end
 265
 266                         if strcmp(noise_type, 'gaussian')
 267                                 ampsignal=max(max(sino_IdFresnel{k}))-min(min(sino_IdFresnel{k})); %add the amount of noise wrt the amplitude at the first dist
 268                                 bruit=randn(size(sino_IdFresnel{k})); % gaussian white noise
 269                                 bruit=bruit/max(max(bruit));
 270                                 bruit=bruit*ampsignal*10^(-PPSNR/20); %/2;
 271                                 sino_IdFresnel{k}=sino_IdFresnel{k}+bruit;
 272                         end
 273
 274                         name_fre=strcat(dir_out, basename_output, 'Fresnel_', vers, '_oversamp', num2str(oversamp), '_', noise_str, num2str(nbProj), 'proj_', num2str(k), '_.edf')
 275                         edfwrite(name_fre, sino_IdFresnel{k}, 'float32');
 276                 end
 277         end % end of Fresnel model
 278
 279 ##### case height >=2 (2D) #####
 280 else
 281
 282         for j=1:nbProj
 283                 abs_proj{j}=repmat(interp(sino_abs(:,j), oversamp), [1 oversamp*height]);
 284                 B_proj{j}=(1/2)*abs_proj{j};
 285                 Phi_proj{j}=repmat( interp(sino_delta(:,j), oversamp), [1 oversamp*height]);
 286                 Phi_proj{j}=(-2*pi/lambda)*Phi_proj{j};
 287         end
 288
 289         ## Fourier domain
 290         [mp np]=size(Phi_proj{j}); % take into account the oversampling
 291         [ftot, gtot]=FrequencySpace(2*mp, 2*np, ps);
 292
 293         ### CTF model ###
 294         if(model_ctf==1)
 295                 IdCTF=cell(length(D), nbProj);
 296
 297                 for k=1:length(D)
 298                         nom=strcat(basename_output, 'CTF_', vers, '_oversamp', num2str(oversamp), '_', noise_str, num2str(nbProj), 'proj_', num2str(k), '_' );
 299
 300                                 if(exist(strcat(dir_out, nom))!=7)
 301                                         unix(['mkdir ' dir_out nom]); % create directory
 302                                 else
 303                                         unix(['rm ' dir_out nom '/' basename_output 'CTF*' vers '*edf']); % erase existing proj
 304                                 end % end create directory
 305
 306                         for j=1:nbProj
 307                                 IdCTF{k, j}=CTFPropagation_2D(Phi_proj{j}, B_proj{j}, D(k), lambda, oversamp, ftot, gtot);
 308
 309                                 if strcmp(noise_type, 'gaussian')
 310                                         ampsignal=max(max(IdCTF{k, j}))-min(min(IdCTF{k, j})); %add the amount of noise wrt the amplitude at the first dist
 311                                         bruit=randn(size(IdCTF{k, j})); % gaussian white noise
 312                                         bruit=bruit/max(max(bruit));
 313                                         bruit=bruit*ampsignal*10^(-PPSNR/20); %/2;
 314                                         IdCTF{k, j}=IdCTF{k, j}+bruit;
 315                                 end
 316
 317                                 name_ctf=strcat(dir_out, nom, '/', nom, num2str(j-1, '%0.4d'), '.edf');
 318                                 edfwrite(name_ctf, IdCTF{k,j}, 'float32');
 319                         end % end proj
 320                 end % end length
 321         end % end ctf
 322
 323         #### Fresnel model ###
 324         if(model_Fresnel==1)
 325                 IdFresnel=cell(length(D), nbProj);
 326
 327                 for k=1:length(D)
 328                         nom=strcat(basename_output, 'Fresnel_', vers, '_oversamp', num2str(oversamp), '_', noise_str, num2str(nbProj), 'proj_', num2str(k), '_' );
 329
 330                         if(exist(strcat(dir_out, nom))!=7)
 331                                 unix(['mkdir ' dir_out nom]); % create directory
 332                         else
 333                                 unix(['rm ' dir_out nom '/' basename_output 'Fresnel*' vers '*edf']); % erase existing proj
 334                         end % end create directory
 335
 336                         for j=1:nbProj
 337                                 IdFresnel{k, j}=FresnelTransform_2D(Phi_proj{j}, B_proj{j}, D(k), lambda, oversamp, ftot, gtot);
 338                                 if strcmp(noise_type, 'gaussian')
 339                                         ampsignal=max(max(IdFresnel{k, j}))-min(min(IdFresnel{k, j})); %add the amount of noise wrt the amplitude at the first dist
 340                                         bruit=randn(size(IdFresnel{k, j})); % gaussian white noise
 341                                         bruit=bruit/max(max(bruit));
 342                                         bruit=bruit*ampsignal*10^(-PPSNR/20); %/2;
 343                                         IdFresnel{k, j}=IdFresnel{k, j}+bruit;
 344                                 end
 345                                 name_fre=strcat(dir_out, nom, '/', nom, num2str(j-1, '%0.4d'), '.edf');
 346                                 edfwrite(name_fre, IdFresnel{k,j}, 'float32');
 347                         end     % end proj
 348                 end % end distances
 349
 350         end %end Fresnel
 351
 352 end
 353
 354
 355
 356 endfunction