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   _TAdjacencies A;
  97   std::vector< TIndex > end_points;
  98   this->_EndPoints( end_points, A );
  99   this->_Skeleton( end_points, A );
 100 }
 101
 102 // -------------------------------------------------------------------------
 103 template< class _TImage >
 104 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
 105 _EndPoints( std::vector< TIndex >& end_points, _TAdjacencies& A )
 106 {
 107   auto marks = this->GetMarks( );
 108   auto mst = this->GetMinimumSpanningTree( );
 109   auto spac = marks->GetSpacing( );
 110
 111   // Some values
 112   marks->SetLargestPossibleRegion( mst->GetLargestPossibleRegion( ) );
 113   marks->SetRequestedRegion( mst->GetRequestedRegion( ) );
 114   marks->SetBufferedRegion( mst->GetBufferedRegion( ) );
 115   marks->SetSpacing( mst->GetSpacing( ) );
 116   marks->SetOrigin( mst->GetOrigin( ) );
 117   marks->SetDirection( mst->GetDirection( ) );
 118   marks->Allocate( );
 119   marks->FillBuffer( 0 );
 120
 121   // BFS from maximum queue
 122   while( this->m_SkeletonQueue.size( ) > 0 )
 123   {
 124     // Get node
 125     auto nIt = this->m_SkeletonQueue.begin( );
 126     auto n = *nIt;
 127     this->m_SkeletonQueue.erase( nIt );
 128
 129     // Mark it and update end-points
 130     unsigned char m = marks->GetPixel( n.second );
 131     if( m != 0 )
 132       continue;
 133     marks->SetPixel( n.second, 1 );
 134     end_points.push_back( n.second );
 135
 136     // Mark path
 137     TIndex it = n.second;
 138     TIndex p = mst->GetParent( it );
 139     while( it != p )
 140     {
 141       this->_MarkSphere( it );
 142       it = p;
 143       p = mst->GetParent( it );
 144
 145     } // elihw
 146     this->_MarkSphere( it );
 147     A[ n.second ] = it;
 148
 149   } // elihw
 150 }
 151
 152 // -------------------------------------------------------------------------
 153 template< class _TImage >
 154 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
 155 _Skeleton( const std::vector< TIndex >& end_points, _TAdjacencies& A )
 156 {
 157   typedef itk::Image< unsigned long, Self::Dimension > _TTagsImage;
 158   typedef typename TMST::TPath _TPath;
 159
 160   auto mst = this->GetMinimumSpanningTree( );
 161   auto skeleton = this->GetSkeleton( );
 162
 163   // Tag branches
 164   typename _TTagsImage::Pointer tags = _TTagsImage::New( );
 165   tags->SetLargestPossibleRegion( mst->GetLargestPossibleRegion( ) );
 166   tags->SetRequestedRegion( mst->GetRequestedRegion( ) );
 167   tags->SetBufferedRegion( mst->GetBufferedRegion( ) );
 168   tags->Allocate( );
 169   tags->FillBuffer( 0 );
 170   for( auto eIt = end_points.begin( ); eIt != end_points.end( ); ++eIt )
 171   {
 172     TIndex it = *eIt;
 173     TIndex p = mst->GetParent( it );
 174     while( it != p )
 175     {
 176       tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
 177       it = p;
 178       p = mst->GetParent( it );
 179
 180     } // elihw
 181     tags->SetPixel( it, tags->GetPixel( it ) + 1 );
 182
 183   } // rof
 184
 185   // Build paths (branches)
 186   for( auto eIt = end_points.begin( ); eIt != end_points.end( ); ++eIt )
 187   {
 188     TIndex it = *eIt;
 189     TIndex p = mst->GetParent( it );
 190     TIndex sIdx = *eIt;
 191     typename _TPath::Pointer path = _TPath::New( );
 192     path->SetReferenceImage( mst );
 193     while( it != p )
 194     {
 195       if( tags->GetPixel( sIdx ) != tags->GetPixel( it ) )
 196       {
 197         // Ok, a new branch has been added
 198         path->AddVertex( it );
 199         skeleton->AddBranch( path );
 200
 201         // Update a new starting index
 202         path = _TPath::New( );
 203         path->SetReferenceImage( mst );
 204         sIdx = it;
 205       }
 206       else
 207         path->AddVertex( it );
 208       it = p;
 209       p = mst->GetParent( it );
 210
 211     } // elihw
 212
 213     // Finally, add last branch
 214     path->AddVertex( it );
 215     skeleton->AddBranch( path );
 216
 217   } // rof
 218 }
 219
 220 // -------------------------------------------------------------------------
 221 template< class _TImage >
 222 void fpa::Image::SkeletonFilter< _TImage >::
 223 _MarkSphere( const TIndex& idx )
 224 {
 225   typedef itk::ImageRegionIteratorWithIndex< TMarks > _TMarksIt;
 226
 227   static const double _eps = std::sqrt( double( Self::Dimension + 1 ) );
 228   auto input = this->GetInput( );
 229   auto marks = this->GetMarks( );
 230   auto spac = input->GetSpacing( );
 231   auto region = input->GetRequestedRegion( );
 232
 233   typename _TImage::PointType cnt;
 234   input->TransformIndexToPhysicalPoint( idx, cnt );
 235   double r = double( input->GetPixel( idx ) ) * _eps;
 236
 237   TIndex i0, i1;
 238   for( unsigned int d = 0; d < Self::Dimension; ++d )
 239   {
 240     long off = long( std::ceil( r / double( spac[ d ] ) ) );
 241     if( off < 3 )
 242       off = 3;
 243     i0[ d ] = idx[ d ] - off;
 244     i1[ d ] = idx[ d ] + off;
 245
 246     if( i0[ d ] < region.GetIndex( )[ d ] )
 247       i0[ d ] = region.GetIndex( )[ d ];
 248
 249     if( i1[ d ] >= region.GetIndex( )[ d ] + region.GetSize( )[ d ] )
 250       i1[ d ] = region.GetIndex( )[ d ] + region.GetSize( )[ d ] - 1;
 251
 252   } // rof
 253
 254   typename _TImage::SizeType size;
 255   for( unsigned int d = 0; d < Self::Dimension; ++d )
 256     size[ d ] = i1[ d ] - i0[ d ] + 1;
 257
 258   typename _TImage::RegionType neighRegion;
 259   neighRegion.SetIndex( i0 );
 260   neighRegion.SetSize( size );
 261
 262   _TMarksIt mIt( marks, neighRegion );
 263   for( mIt.GoToBegin( ); !mIt.IsAtEnd( ); ++mIt )
 264   {
 265     TIndex w = mIt.GetIndex( );
 266     typename _TImage::PointType p;
 267     marks->TransformIndexToPhysicalPoint( w, p );
 268     mIt.Set( 1 );
 269
 270   } // rof
 271 }
 272
 273 #endif // __fpa__Image__SkeletonFilter__hxx__
 274
 275 // eof - $RCSfile$