lib/fpa/Image/SkeletonFilter.hxx

   1 #ifndef __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
   2 #define __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
   3
   4 #include <fpa/Base/Functors/Inverse.h>
   5 #include <fpa/Image/Functors/SimpleNeighborhood.h>
   6 #include <itkImageRegionIteratorWithIndex.h>
   7
   8 // -------------------------------------------------------------------------
   9 #define fpa_Image_SkeletonFilter_OutputMacro( o_n, o_t )                \
  10   template< class _TImage >                                             \
  11   typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::                      \
  12   o_t* fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::                          \
  13   Get##o_n( )                                                           \
  14   {                                                                     \
  15     return(                                                             \
  16       dynamic_cast< o_t* >(                                             \
  17         this->itk::ProcessObject::GetOutput( this->m_##o_n##Idx )       \
  18         )                                                               \
  19       );                                                                \
  20   }
  21
  22 fpa_Image_SkeletonFilter_OutputMacro( Skeleton, TSkeleton );
  23 fpa_Image_SkeletonFilter_OutputMacro( Marks, TMarks );
  24
  25 // -------------------------------------------------------------------------
  26 template< class _TImage >
  27 fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
  28 SkeletonFilter( )
  29   : Superclass( )
  30 {
  31   typedef typename _TImage::PixelType _TPixel;
  32   typedef typename _TImage::Superclass _TImageBase;
  33   typedef fpa::Image::Functors::SimpleNeighborhood< _TImageBase > _TNeighFunc;
  34   typedef fpa::Base::Functors::Inverse< _TPixel, _TPixel > _TInvFunc;
  35
  36   unsigned int nOutputs = this->GetNumberOfRequiredOutputs( );
  37   this->SetNumberOfRequiredOutputs( nOutputs + 2 );
  38   this->m_SkeletonIdx = nOutputs;
  39   this->m_MarksIdx = nOutputs + 1;
  40
  41   typename TSkeleton::Pointer skeleton = TSkeleton::New( );
  42   typename TMarks::Pointer marks = TMarks::New( );
  43   this->SetNthOutput( this->m_SkeletonIdx, skeleton.GetPointer( ) );
  44   this->SetNthOutput( this->m_MarksIdx, marks.GetPointer( ) );
  45
  46   typename _TNeighFunc::Pointer nfunc = _TNeighFunc::New( );
  47   nfunc->SetOrder( 2 );
  48   this->SetNeighborhoodFunction( nfunc );
  49
  50   typename _TInvFunc::Pointer ifunc = _TInvFunc::New( );
  51   this->SetCostConversionFunction( ifunc );
  52 }
  53
  54 // -------------------------------------------------------------------------
  55 template< class _TImage >
  56 fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
  57 ~SkeletonFilter( )
  58 {
  59 }
  60
  61 // -------------------------------------------------------------------------
  62 template< class _TImage >
  63 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
  64 _BeforeGenerateData( )
  65 {
  66   this->Superclass::_BeforeGenerateData( );
  67   this->m_SkeletonQueue.clear( );
  68 }
  69
  70 // -------------------------------------------------------------------------
  71 template< class _TImage >
  72 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
  73 _UpdateResult( const _TQueueNode& n )
  74 {
  75   typedef typename _TSkeletonQueue::value_type _TSkeletonQueueValue;
  76
  77   this->Superclass::_UpdateResult( n );
  78   double d = double( this->GetInput( )->GetPixel( n.Vertex ) );
  79   if( d >= double( 0 ) )
  80   {
  81     // Update skeleton candidates
  82     d += double( 1e-5 );
  83     double v = double( n.Result ) / ( d * d );
  84     this->m_SkeletonQueue.insert( _TSkeletonQueueValue( v, n.Vertex ) );
  85
  86   } // fi
  87 }
  88
  89 // -------------------------------------------------------------------------
  90 template< class _TImage >
  91 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
  92 _AfterGenerateData( )
  93 {
  94   this->Superclass::_AfterGenerateData( );
  95
  96   std::vector< TIndex > end_points;
  97   this->_EndPoints( end_points );
  98   this->_Skeleton( end_points );
  99 }
 100
 101 // -------------------------------------------------------------------------
 102 template< class _TImage >
 103 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
 104 _EndPoints( std::vector< TIndex >& end_points )
 105 {
 106   typedef itk::ImageRegionIteratorWithIndex< TMarks > _TMarksIt;
 107
 108   static const double _eps = std::sqrt( double( Self::Dimension + 1 ) );
 109   auto input = this->GetInput( );
 110   auto mst = this->GetMinimumSpanningTree( );
 111   auto marks = this->GetMarks( );
 112
 113   // Some values
 114   marks->SetLargestPossibleRegion( input->GetLargestPossibleRegion( ) );
 115   marks->SetRequestedRegion( input->GetRequestedRegion( ) );
 116   marks->SetBufferedRegion( input->GetBufferedRegion( ) );
 117   marks->SetSpacing( input->GetSpacing( ) );
 118   marks->SetOrigin( input->GetOrigin( ) );
 119   marks->SetDirection( input->GetDirection( ) );
 120   marks->Allocate( );
 121   marks->FillBuffer( 0 );
 122   auto spac = marks->GetSpacing( );
 123
 124   // BFS from maximum queue
 125   auto region = input->GetRequestedRegion( );
 126   while( this->m_SkeletonQueue.size( ) > 0 )
 127   {
 128     // Get node
 129     auto nIt = this->m_SkeletonQueue.begin( );
 130     auto n = *nIt;
 131     this->m_SkeletonQueue.erase( nIt );
 132
 133     // Mark it and update end-points
 134     unsigned char m = marks->GetPixel( n.second );
 135     if( m != 0 )
 136       continue;
 137     marks->SetPixel( n.second, 1 );
 138     end_points.push_back( n.second );
 139
 140     // Mark path
 141     TIndex it = n.second;
 142     TIndex p = mst->GetParent( it );
 143     while( it != p )
 144     {
 145       // TODO: tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
 146       it = p;
 147       p = mst->GetParent( it );
 148
 149     } // elihw
 150     // TODO: tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
 151
 152     /* TODO: use mst directly rather than computing paths
 153        typename TMST::TPath::Pointer path;
 154        mst->GetPath( path, n.second );
 155        for( unsigned long i = 0; i < path->GetSize( ); ++i )
 156        {
 157        TIndex idx = path->GetVertex( i );
 158        typename _TImage::PointType cnt;
 159        input->TransformIndexToPhysicalPoint( idx, cnt );
 160        double r = double( input->GetPixel( idx ) ) * _eps;
 161
 162        TIndex i0, i1;
 163        for( unsigned int d = 0; d < Self::Dimension; ++d )
 164        {
 165        long off = long( std::ceil( r / double( spac[ d ] ) ) );
 166        if( off < 3 )
 167        off = 3;
 168        i0[ d ] = idx[ d ] - off;
 169        i1[ d ] = idx[ d ] + off;
 170
 171        if( i0[ d ] < region.GetIndex( )[ d ] )
 172        i0[ d ] = region.GetIndex( )[ d ];
 173
 174        if( i1[ d ] >= region.GetIndex( )[ d ] + region.GetSize( )[ d ] )
 175        i1[ d ] = region.GetIndex( )[ d ] + region.GetSize( )[ d ] - 1;
 176
 177        } // rof
 178
 179        typename _TImage::SizeType size;
 180        for( unsigned int d = 0; d < Self::Dimension; ++d )
 181        size[ d ] = i1[ d ] - i0[ d ] + 1;
 182
 183        typename _TImage::RegionType neighRegion;
 184        neighRegion.SetIndex( i0 );
 185        neighRegion.SetSize( size );
 186
 187        _TMarksIt mIt( marks, neighRegion );
 188        for( mIt.GoToBegin( ); !mIt.IsAtEnd( ); ++mIt )
 189        {
 190        TIndex w = mIt.GetIndex( );
 191        typename _TImage::PointType p;
 192        marks->TransformIndexToPhysicalPoint( w, p );
 193        mIt.Set( 1 );
 194
 195        } // rof
 196
 197        } // rof
 198     */
 199
 200   } // elihw
 201 }
 202
 203 // -------------------------------------------------------------------------
 204 template< class _TImage >
 205 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
 206 _Skeleton( const std::vector< TIndex >& end_points )
 207 {
 208   typedef itk::Image< unsigned long, Self::Dimension > _TTagsImage;
 209   typedef typename TMST::TPath _TPath;
 210
 211   auto mst = this->GetMinimumSpanningTree( );
 212   auto skeleton = this->GetSkeleton( );
 213
 214   // Tag branches
 215   typename _TTagsImage::Pointer tags = _TTagsImage::New( );
 216   tags->SetLargestPossibleRegion( mst->GetLargestPossibleRegion( ) );
 217   tags->SetRequestedRegion( mst->GetRequestedRegion( ) );
 218   tags->SetBufferedRegion( mst->GetBufferedRegion( ) );
 219   tags->Allocate( );
 220   tags->FillBuffer( 0 );
 221   for( auto eIt = end_points.begin( ); eIt != end_points.end( ); ++eIt )
 222   {
 223     TIndex it = *eIt;
 224     TIndex p = mst->GetParent( it );
 225     while( it != p )
 226     {
 227       tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
 228       it = p;
 229       p = mst->GetParent( it );
 230
 231     } // elihw
 232     tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
 233
 234   } // rof
 235
 236   // Build paths (branches)
 237   for( auto eIt = end_points.begin( ); eIt != end_points.end( ); ++eIt )
 238   {
 239     TIndex it = *eIt;
 240     TIndex p = mst->GetParent( it );
 241     TIndex sIdx = *eIt;
 242     typename _TPath::Pointer path = _TPath::New( );
 243     path->SetReferenceImage( mst );
 244     while( it != p )
 245     {
 246       if( tags->GetPixel( sIdx ) != tags->GetPixel( it ) )
 247       {
 248         // Ok, a new branch has been added
 249         path->AddVertex( it );
 250         skeleton->AddBranch( path );
 251
 252         // Update a new starting index
 253         path = _TPath::New( );
 254         path->SetReferenceImage( mst );
 255         sIdx = it;
 256       }
 257       else
 258         path->AddVertex( it );
 259       it = p;
 260       p = mst->GetParent( it );
 261
 262     } // elihw
 263
 264     // Finally, add last branch
 265     path->AddVertex( it );
 266     skeleton->AddBranch( path );
 267
 268   } // rof
 269 }
 270
 271 #endif // __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
 272
 273 // eof - $RCSfile$