lib/fpa/Image/SkeletonFilter.hxx

   1 // =========================================================================
   2 // @author Leonardo Florez Valencia
   3 // @email florez-l@javeriana.edu.co
   4 // =========================================================================
   5
   6 #ifndef __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
   7 #define __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
   8
   9 #include <itkImage.h>
  10 #include <itkImageRegionIteratorWithIndex.h>
  11 #include <itkMinimumMaximumImageCalculator.h>
  12 #include <fpa/Image/Functors/Dijkstra/Invert.h>
  13
  14 // -------------------------------------------------------------------------
  15 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
  16 fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
  17 _TDijkstra( )
  18   : Superclass( )
  19 {
  20   // Prepare weight function
  21   typedef fpa::Image::Functors::Dijkstra::Invert< TOutputImage, TScalar > _TWeight;
  22   typename _TWeight::Pointer weight = _TWeight::New( );
  23   weight->SetAlpha( 1 );
  24   weight->SetBeta( 1 );
  25   this->SetWeightFunction( weight );
  26 }
  27
  28 // -------------------------------------------------------------------------
  29 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
  30 fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
  31 ~_TDijkstra( )
  32 {
  33 }
  34
  35 // -------------------------------------------------------------------------
  36 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
  37 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
  38 _BeforeGenerateData( )
  39 {
  40   this->Superclass::_BeforeGenerateData( );
  41   this->m_SkeletonQueue.clear( );
  42 }
  43
  44 // -------------------------------------------------------------------------
  45 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
  46 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::_TDijkstra::
  47 _UpdateOutputValue( const TNode& n )
  48 {
  49   typedef typename _TSkeletonQueue::value_type _TSkeletonQueueValue;
  50
  51   this->Superclass::_UpdateOutputValue( n );
  52   double d = double( this->GetInput( )->GetPixel( n.Vertex ) );
  53   if( d >= double( 0 ) )
  54   {
  55     // Update skeleton candidates
  56     d += double( 1e-5 );
  57     double v = double( n.Value ) / ( d * d );
  58     this->m_SkeletonQueue.insert( _TSkeletonQueueValue( v, n.Vertex ) );
  59
  60   } // fi
  61 }
  62
  63 // -------------------------------------------------------------------------
  64 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
  65 itk::ModifiedTimeType
  66 fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
  67 GetMTime( ) const
  68 {
  69   itk::ModifiedTimeType t = this->Superclass::GetMTime( );
  70   itk::ModifiedTimeType q = this->m_DistanceMap->GetMTime( );
  71   return( ( q < t )? q: t );
  72 }
  73
  74 // -------------------------------------------------------------------------
  75 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
  76 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
  77 SetInput( TInputImage* input )
  78 {
  79   this->Superclass::SetNthInput( 0, input );
  80 }
  81
  82 // -------------------------------------------------------------------------
  83 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
  84 typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
  85 TInputImage* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
  86 GetInput( )
  87 {
  88   return( dynamic_cast< TInputImage* >( this->Superclass::GetInput( 0 ) ) );
  89 }
  90
  91 // -------------------------------------------------------------------------
  92 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
  93 const typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
  94 TInputImage* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
  95 GetInput( ) const
  96 {
  97   return(
  98     dynamic_cast< const TInputImage* >( this->Superclass::GetInput( 0 ) )
  99     );
 100 }
 101
 102 // -------------------------------------------------------------------------
 103 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
 104 typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 105 TSkeleton* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 106 GetOutput( )
 107 {
 108   return( dynamic_cast< TSkeleton* >( this->Superclass::GetOutput( 0 ) ) );
 109 }
 110
 111 // -------------------------------------------------------------------------
 112 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
 113 const typename fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 114 TSkeleton* fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 115 GetOutput( ) const
 116 {
 117   return(
 118     dynamic_cast< const TSkeleton* >( this->Superclass::GetOutput( 0 ) )
 119     );
 120 }
 121
 122 // -------------------------------------------------------------------------
 123 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
 124 fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 125 SkeletonFilter( )
 126   : Superclass( ),
 127     m_SeedFromMaximumDistance( false )
 128 {
 129   this->SetNumberOfRequiredInputs( 1 );
 130   this->SetNumberOfRequiredOutputs( 1 );
 131   this->SetNthOutput( 0, TSkeleton::New( ) );
 132
 133   this->m_DistanceMap = TDistanceMap::New( );
 134 }
 135
 136 // -------------------------------------------------------------------------
 137 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
 138 fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 139 ~SkeletonFilter( )
 140 {
 141 }
 142
 143 // -------------------------------------------------------------------------
 144 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
 145 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 146 GenerateData( )
 147 {
 148   // Update distance map
 149   this->m_DistanceMap->SetInput( this->GetInput( ) );
 150   this->m_DistanceMap->Update( );
 151
 152   // Correct seed
 153   if( this->m_SeedFromMaximumDistance )
 154   {
 155     typedef itk::MinimumMaximumImageCalculator< TOutputImage > _TMinMax;
 156     typename _TMinMax::Pointer minmax = _TMinMax::New( );
 157     minmax->SetImage( this->m_DistanceMap->GetOutput( ) );
 158     minmax->Compute( );
 159     this->m_Seed = minmax->GetIndexOfMaximum( );
 160
 161   } // fi
 162
 163   // Compute MST
 164   typename _TDijkstra::Pointer dijkstra = _TDijkstra::New( );
 165   dijkstra->SetInput( this->m_DistanceMap->GetOutput( ) );
 166   dijkstra->AddSeed( this->m_Seed );
 167   dijkstra->Update( );
 168
 169   // Compute end-points
 170   std::vector< TIndex > end_points;
 171   this->_EndPoints(
 172     end_points,
 173     this->m_DistanceMap->GetOutput( ),
 174     dijkstra->GetMinimumSpanningTree( ),
 175     dijkstra->GetSkeletonQueue( )
 176     );
 177 }
 178
 179 // -------------------------------------------------------------------------
 180 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
 181 template< class _TMarksPointer >
 182 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 183 _MarkSphere(
 184   _TMarksPointer& marks, const TOutputImage* dmap, const TIndex& center
 185   )
 186 {
 187   typedef typename _TMarksPointer::ObjectType          _TMarks;
 188   typedef itk::ImageRegionIteratorWithIndex< _TMarks > _TMarksIt;
 189
 190   static const double _eps = std::sqrt( double( Self::Dimension + 1 ) );
 191   typename _TMarks::SpacingType spac = dmap->GetSpacing( );
 192   typename _TMarks::RegionType region = dmap->GetRequestedRegion( );
 193
 194   typename _TMarks::PointType cnt;
 195   dmap->TransformIndexToPhysicalPoint( center, cnt );
 196   double r = double( dmap->GetPixel( center ) ) * _eps;
 197
 198   TIndex i0, i1;
 199   for( unsigned int d = 0; d < Self::Dimension; ++d )
 200   {
 201     long off = long( std::ceil( r / double( spac[ d ] ) ) );
 202     if( off < 3 )
 203       off = 3;
 204     i0[ d ] = center[ d ] - off;
 205     i1[ d ] = center[ d ] + off;
 206
 207     if( i0[ d ] < region.GetIndex( )[ d ] )
 208       i0[ d ] = region.GetIndex( )[ d ];
 209
 210     if( i1[ d ] >= region.GetIndex( )[ d ] + region.GetSize( )[ d ] )
 211       i1[ d ] = region.GetIndex( )[ d ] + region.GetSize( )[ d ] - 1;
 212
 213   } // rof
 214
 215   typename _TMarks::SizeType size;
 216   for( unsigned int d = 0; d < Self::Dimension; ++d )
 217     size[ d ] = i1[ d ] - i0[ d ] + 1;
 218
 219   typename _TMarks::RegionType neighRegion;
 220   neighRegion.SetIndex( i0 );
 221   neighRegion.SetSize( size );
 222
 223   _TMarksIt mIt( marks, neighRegion );
 224   for( mIt.GoToBegin( ); !mIt.IsAtEnd( ); ++mIt )
 225     mIt.Set( true );
 226 }
 227
 228 // -------------------------------------------------------------------------
 229 template< class _TInputImage, class _TDistanceMap >
 230 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TInputImage, _TDistanceMap >::
 231 _EndPoints(
 232   std::vector< TIndex >& end_points,
 233   const TOutputImage* dmap,
 234   const _TMST* mst,
 235   const _TSkeletonQueue& queue
 236   )
 237 {
 238   typedef typename _TSkeletonQueue::value_type _TSkeletonQueueValue;
 239
 240   // Some values
 241   typedef itk::Image< bool, Self::Dimension > _TMarks;
 242   typename _TMarks::Pointer marks = _TMarks::New( );
 243   marks->SetLargestPossibleRegion( mst->GetLargestPossibleRegion( ) );
 244   marks->SetRequestedRegion( mst->GetRequestedRegion( ) );
 245   marks->SetBufferedRegion( mst->GetBufferedRegion( ) );
 246   marks->SetSpacing( mst->GetSpacing( ) );
 247   marks->SetOrigin( mst->GetOrigin( ) );
 248   marks->SetDirection( mst->GetDirection( ) );
 249   marks->Allocate( );
 250   marks->FillBuffer( false );
 251
 252   // Get candidates in maximum to minimum iteration
 253   typename _TSkeletonQueue::const_reverse_iterator nIt = queue.rbegin( );
 254   for( ; nIt != queue.rend( ); ++nIt )
 255   {
 256     // Mark it and update end-points
 257     if( !( marks->GetPixel( nIt->second ) ) )
 258     {
 259       marks->SetPixel( nIt->second, true );
 260       end_points.push_back( nIt->second );
 261
 262       // Mark path
 263       TIndex it = nIt->second;
 264       TIndex p = mst->GetParent( it );
 265       while( it != p )
 266       {
 267         this->_MarkSphere( marks, dmap, it );
 268         it = p;
 269         p = mst->GetParent( it );
 270
 271       } // elihw
 272       this->_MarkSphere( marks, dmap, it );
 273
 274     } // fi
 275
 276   } // rof
 277 }
 278
 279
 280
 281 /* TODO
 282    this->m_DistanceMap = TDistanceMap::New( );
 283    this->m_DistanceMap->InsideIsPositiveOn( );
 284    this->m_DistanceMap->SquaredDistanceOff( );
 285    this->m_DistanceMap->UseImageSpacingOn( );
 286
 287    template< class _TImage, class _TScalar >
 288    void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage, _TScalar >::
 289    _Skeleton( const std::vector< TVertex >& end_points, _TAdjacencies& A )
 290    {
 291    typedef typename TSkeleton::TPath _TPath;
 292    typedef itk::Image< unsigned long, TImage::ImageDimension > _TTagsImage;
 293
 294    TMST* mst = this->GetMinimumSpanningTree( );
 295    TSkeleton* skeleton = this->GetSkeleton( );
 296
 297    // Tag branches
 298    typename _TTagsImage::Pointer tags = _TTagsImage::New( );
 299    tags->SetLargestPossibleRegion( mst->GetLargestPossibleRegion( ) );
 300    tags->SetRequestedRegion( mst->GetRequestedRegion( ) );
 301    tags->SetBufferedRegion( mst->GetBufferedRegion( ) );
 302    tags->Allocate( );
 303    tags->FillBuffer( 0 );
 304    typename std::vector< TVertex >::const_iterator eIt = end_points.begin( );
 305    for( ; eIt != end_points.end( ); ++eIt )
 306    {
 307    TVertex it = *eIt;
 308    TVertex p = mst->GetParent( it );
 309    while( it != p )
 310    {
 311    tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
 312    it = p;
 313    p = mst->GetParent( it );
 314
 315    } // elihw
 316    tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
 317
 318    } // rof
 319
 320    // Build paths (branches)
 321    eIt = end_points.begin( );
 322    for( ; eIt != end_points.end( ); ++eIt )
 323    {
 324    TVertex it = *eIt;
 325    TVertex p = mst->GetParent( it );
 326    TVertex sIdx = it;
 327    typename _TPath::Pointer path = _TPath::New( );
 328    path->SetReferenceImage( mst );
 329    while( it != p )
 330    {
 331    if( tags->GetPixel( sIdx ) != tags->GetPixel( it ) )
 332    {
 333    // Ok, a new branch has been added
 334    path->AddVertex( it );
 335    skeleton->AddBranch( path );
 336
 337    // Update a new starting index
 338    path = _TPath::New( );
 339    path->SetReferenceImage( mst );
 340    sIdx = it;
 341    }
 342    else
 343    path->AddVertex( it );
 344    it = p;
 345    p = mst->GetParent( it );
 346
 347    } // elihw
 348
 349    // Finally, add last branch
 350    path->AddVertex( it );
 351    skeleton->AddBranch( path );
 352
 353    } // rof
 354    }
 355 */
 356
 357 #endif // __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
 358
 359 // eof - $RCSfile$