lib/cpExtensions/Algorithms/IterativeGaussianModelEstimator.h

   1 // -------------------------------------------------------------------------
   2 // @author Leonardo Florez-Valencia (florez-l@javeriana.edu.co)
   3 // -------------------------------------------------------------------------
   4
   5 #ifndef __CPEXTENSIONS__ALGORITHMS__ITERATIVEGAUSSIANMODELESTIMATOR__H__
   6 #define __CPEXTENSIONS__ALGORITHMS__ITERATIVEGAUSSIANMODELESTIMATOR__H__
   7
   8 #include <vector>
   9 #include <itkConceptChecking.h>
  10 #include <itkObject.h>
  11 #include <itkObjectFactory.h>
  12
  13 #include <itkCovariantVector.h>
  14 #include <itkMatrix.h>
  15 #include <itkPoint.h>
  16 #include <itkVector.h>
  17
  18 namespace cpExtensions
  19 {
  20   namespace Algorithms
  21   {
  22     /**
  23      * Recursive formulation taken from:
  24      * http://lmb.informatik.uni-freiburg.de/lectures/mustererkennung/Englische_Folien/07_c_ME_en.pdf
  25      */
  26     template< class _TScalar, unsigned int _VDimension >
  27     class IterativeGaussianModelEstimator
  28       : public itk::Object
  29     {
  30     public:
  31       typedef IterativeGaussianModelEstimator Self;
  32       typedef itk::Object                     Superclass;
  33       typedef itk::SmartPointer< Self >       Pointer;
  34       typedef itk::SmartPointer< const Self > ConstPointer;
  35
  36       typedef _TScalar TScalar;
  37       itkStaticConstMacro( Dimension, unsigned int, _VDimension );
  38
  39       // Begin concept checking
  40 #ifdef ITK_USE_CONCEPT_CHECKING
  41       itkConceptMacro(
  42         ScalarTypeHasFloatResolution,
  43         ( itk::Concept::IsFloatingPoint< _TScalar > )
  44         );
  45 #endif
  46       // End concept checking
  47
  48       typedef itk::Matrix< TScalar, Dimension, Dimension > TMatrix;
  49       typedef itk::Vector< TScalar, Dimension > TVector;
  50
  51     public:
  52       itkNewMacro( Self );
  53       itkTypeMacro( IterativeGaussianModelEstimator, itkObject );
  54
  55       itkGetConstMacro( Mean, TVector );
  56       itkGetConstMacro( Covariance, TMatrix );
  57       itkGetConstMacro( UnbiasedCovariance, TMatrix );
  58       itkGetConstMacro( NumberOfSamples, unsigned long );
  59
  60       itkSetMacro( Mean, TVector );
  61       itkSetMacro( Covariance, TMatrix );
  62       itkSetMacro( NumberOfSamples, unsigned long );
  63
  64     public:
  65       void Clear( );
  66
  67       template< class _TOtherScalar >
  68       void AddSample( const _TOtherScalar& x1, ... );
  69
  70       template< class _TOtherScalar >
  71       void AddSample( const _TOtherScalar* array );
  72
  73       template< class _TOtherScalar >
  74       void AddSample( const vnl_vector< _TOtherScalar >& v );
  75
  76       template< class _TOtherScalar >
  77       void AddSample(
  78         const itk::CovariantVector< _TOtherScalar, _VDimension >& v
  79         );
  80
  81       template< class _TOtherScalar >
  82       void AddSample( const itk::Point< _TOtherScalar, _VDimension >& p );
  83
  84       template< class _TOtherScalar >
  85       void AddSample( const itk::Vector< _TOtherScalar, _VDimension >& v );
  86
  87       template< class _TOtherScalar >
  88       _TScalar SquaredMahalanobis( const _TOtherScalar& x1, ... ) const;
  89
  90       template< class _TOtherScalar >
  91       _TScalar SquaredMahalanobis( const _TOtherScalar* array ) const;
  92
  93       template< class _TOtherScalar >
  94       _TScalar SquaredMahalanobis(
  95         const vnl_vector< _TOtherScalar >& v
  96         ) const;
  97
  98       template< class _TOtherScalar >
  99       _TScalar SquaredMahalanobis(
 100         const itk::CovariantVector< _TOtherScalar, _VDimension >& v
 101         ) const;
 102
 103       template< class _TOtherScalar >
 104       _TScalar SquaredMahalanobis(
 105         const itk::Point< _TOtherScalar, _VDimension >& p
 106         ) const;
 107
 108       template< class _TOtherScalar >
 109       _TScalar SquaredMahalanobis(
 110         const itk::Vector< _TOtherScalar, _VDimension >& v
 111         ) const;
 112
 113       template< class _TOtherScalar >
 114       _TScalar Density( const _TOtherScalar& x1, ... ) const;
 115
 116       template< class _TOtherScalar >
 117       _TScalar Density( const _TOtherScalar* array ) const;
 118
 119       template< class _TOtherScalar >
 120       _TScalar Density(
 121         const vnl_vector< _TOtherScalar >& v
 122         ) const;
 123
 124       template< class _TOtherScalar >
 125       _TScalar Density(
 126         const itk::CovariantVector< _TOtherScalar, _VDimension >& v
 127         ) const;
 128
 129       template< class _TOtherScalar >
 130       _TScalar Density(
 131         const itk::Point< _TOtherScalar, _VDimension >& p
 132         ) const;
 133
 134       template< class _TOtherScalar >
 135       _TScalar Density(
 136         const itk::Vector< _TOtherScalar, _VDimension >& v
 137         ) const;
 138
 139     protected:
 140       IterativeGaussianModelEstimator( );
 141       virtual ~IterativeGaussianModelEstimator( );
 142
 143     protected:
 144       void _AddSample( const TVector& v ) const;
 145       _TScalar _SquaredMahalanobis( const TVector& v ) const;
 146       _TScalar _Density( const TVector& v ) const;
 147
 148     private:
 149       // Purposely not implemented
 150       IterativeGaussianModelEstimator( const Self& other );
 151       void operator=( const Self& other );
 152
 153     protected:
 154       // Recursive avg/cov values
 155       mutable unsigned long m_NumberOfSamples;
 156       mutable TVector m_Mean;
 157       mutable TMatrix m_Covariance;
 158       mutable TMatrix m_UnbiasedCovariance;
 159       mutable bool m_InverseUpdated;
 160       mutable TMatrix m_InverseUnbiasedCovariance;
 161     };
 162
 163   } // ecapseman
 164
 165 } // ecapseman
 166
 167 #include <cpExtensions/Algorithms/IterativeGaussianModelEstimator.hxx>
 168
 169 #endif // __CPEXTENSIONS__ALGORITHMS__ITERATIVEGAUSSIANMODELESTIMATOR__H__
 170
 171 // eof - $RCSfile$