Cleaning, micro-optimizations.
[master-thesis.git] / Parasitemia / Parasitemia / Classifier.fs
index 24ea4a7..0d21375 100644 (file)
 module Classifier
 
 open System
+open System.Collections.Generic
 open System.Drawing
 
 open Emgu.CV
 open Emgu.CV.Structure
 
+open Types
+open Utils
 
-type CellClass = HealthyRBC | InfectedRBC | Peculiar
 
-type Cell = { 
-    cellClass: CellClass
-    center: Point
-    elements: Matrix<byte> }
+type private EllipseFlaggedKd (e: Ellipse) =
+    inherit Ellipse (e.Cx, e.Cy, e.A, e.B, e.Alpha)
 
-type KdEllipse (e: Types.Ellipse) =
-    inherit Types.Ellipse (e.Cx, e.Cy, e.A, e.B, e.Alpha)
-    
-    interface KdTree.I2DCoords with    
+    member val Removed = false with get, set
+
+    interface KdTree.I2DCoords with
         member this.X = this.Cx
         member this.Y = this.Cy
-        
-    
-let findCells (ellipses: Types.Ellipse list) (parasites: ParasitesMarker.Result) (fg: Image<Gray, byte>) : Cell list =
+
+
+let findCells (ellipses: Ellipse list) (parasites: ParasitesMarker.Result) (img: Image<Gray, float32>) (config: Config.Config) : Cell list =
     if ellipses.IsEmpty
     then
         []
     else
-        let tree = KdTree.Tree.buildTree (ellipses |> List.map KdEllipse)
-        []
\ No newline at end of file
+        let infection = parasites.infection.Copy() // To avoid to modify the parameter.
+
+        // This is the minimum window size to check if other ellipses touch 'e'.
+        let searchRegion (e: Ellipse) = { KdTree.minX = e.Cx - (e.A + config.RBCMaxRadius)
+                                          KdTree.maxX = e.Cx + (e.A + config.RBCMaxRadius)
+                                          KdTree.minY = e.Cy - (e.A + config.RBCMaxRadius)
+                                          KdTree.maxY = e.Cy + (e.A + config.RBCMaxRadius) }
+
+        // The minimum window to contain a given ellipse.
+        let ellipseWindow (e: Ellipse) =
+            let cx, cy = roundInt e.Cx, roundInt e.Cy
+            let a = int (e.A + 0.5)
+            cx - a, cy - a, cx + a, cy + a
+
+        let w = img.Width
+        let w_f = float w
+        let h = img.Height
+        let h_f = float h
+
+        // Return 'true' if the point 'p' is owned by e.
+        // The lines represents all intersections with other ellipses.
+        let pixelOwnedByE (p: PointD) (e: Ellipse) (others: (Ellipse * Line) list) =
+            e.Contains p.X p.Y &&
+            seq {
+                let c = PointD(e.Cx, e.Cy)
+                for e', d1 in others do
+                    let d2 = Utils.lineFromTwoPoints c p
+                    let c' = PointD(e'.Cx, e'.Cy)
+                    let v = pointFromTwoLines d1 (lineFromTwoPoints c c')
+                    let case1 = sign (v.X - c.X) <> sign (v.X - c'.X) || Utils.squaredDistanceTwoPoints v c > Utils.squaredDistanceTwoPoints v c'
+                    if d2.Valid
+                    then
+                        let p' = Utils.pointFromTwoLines d1 d2
+                        // Yield 'false' when the point is owned by another ellipse.
+                        if case1
+                        then
+                            yield sign (c.X - p.X) <> sign (c.X - p'.X) || Utils.squaredDistanceTwoPoints c p' > Utils.squaredDistanceTwoPoints c p
+                        else
+                            yield sign (c.X - p.X) = sign (c.X - p'.X) && Utils.squaredDistanceTwoPoints c p' < Utils.squaredDistanceTwoPoints c p
+                    else
+                        yield case1
+            } |> Seq.forall id
+
+        let ellipses = ellipses |> List.map EllipseFlaggedKd
+
+        // 1) Associate touching ellipses with each ellipses and remove ellipse with more than two intersections.
+        let tree = KdTree.Tree.BuildTree ellipses
+        let neighbors (e: EllipseFlaggedKd) : (EllipseFlaggedKd * PointD * PointD) list =
+            if not e.Removed
+            then
+                tree.Search (searchRegion e)
+                    // We only keep the ellipses touching 'e'.
+                    |> List.choose (fun otherE ->
+                        match EEOver.EEOverlapArea e otherE with
+                        | Some (_, px, _) when px.Length > 2 ->
+                            otherE.Removed <- true
+                            None
+                        | Some (area, px, py) when area > 0.0 && px.Length = 2 ->
+                            Some (otherE, PointD(px.[0], py.[0]), PointD(px.[1], py.[1]))
+                        | _ ->
+                            None )
+            else
+                []
+
+        // We reverse the list to get the lower score ellipses first.
+        let ellipsesWithNeigbors = ellipses |> List.map (fun e -> e, neighbors e) |> List.rev
+
+
+        // 2) Remove ellipses touching the edges.
+        for e in ellipses do
+            if e.isOutside w_f h_f then e.Removed <- true
+
+        // 3) Remove ellipses with a high standard deviation (high contrast).
+
+        // CvInvoke.Normalize(img, img, 0.0, 255.0, CvEnum.NormType.MinMax) // Not needed.
+
+        let globalStdDeviation = MathNet.Numerics.Statistics.Statistics.StandardDeviation(seq {
+            for y in 0 .. h - 1 do
+                for x in 0 .. w - 1 do
+                    yield float img.Data.[y, x, 0] })
+
+        for e in ellipses do
+            if not e.Removed
+            then
+                let shrinkedE = e.Scale 0.9
+                let minX, minY, maxX, maxY = ellipseWindow shrinkedE
+
+                let stdDeviation = MathNet.Numerics.Statistics.Statistics.StandardDeviation (seq {
+                    for y in (if minY < 0 then 0 else minY) .. (if maxY >= h then h - 1 else maxY) do
+                        for x in (if minX < 0 then 0 else minX) .. (if maxX >= w then w - 1 else maxX) do
+                            if shrinkedE.Contains (float x) (float y)
+                            then
+                                yield float img.Data.[y, x, 0] })
+
+                if stdDeviation > globalStdDeviation * config.Parameters.standardDeviationMaxRatio then
+                    e.Removed <- true
+
+        // 4) Remove ellipses with little area.
+        let minArea = config.RBCMinArea
+        for e, neighbors in ellipsesWithNeigbors do
+            if not e.Removed
+            then
+                let minX, minY, maxX, maxY = ellipseWindow e
+
+                let mutable area = 0
+                for y in (if minY < 0 then 0 else minY) .. (if maxY >= h then h - 1 else maxY) do
+                    for x in (if minX < 0 then 0 else minX) .. (if maxX >= w then w - 1 else maxX) do
+                        let p = PointD(float x, float y)
+                        if pixelOwnedByE p e (neighbors |> List.choose (fun (otherE, p1, p2) -> if otherE.Removed then None else Some (otherE :> Ellipse, Utils.lineFromTwoPoints p1 p2)))
+                        then
+                            area <- area + 1
+
+                if area < int minArea
+                then
+                    e.Removed <- true
+
+        // 5) Define pixels associated to each ellipse and create the cells.
+        ellipsesWithNeigbors
+        |> List.choose (fun (e, neighbors) ->
+            if e.Removed
+            then
+                None
+            else
+                let minX, minY, maxX, maxY = ellipseWindow e
+
+                let infectedPixels = List<Point>()
+                let mutable stainPixels = 0
+                let mutable darkStainPixels = 0
+                let mutable nbElement = 0
+
+                let elements = new Matrix<byte>(maxY - minY + 1, maxX - minX + 1)
+                for y in minY .. maxY do
+                    for x in minX .. maxX do
+                        let p = PointD(float x, float y)
+                        if pixelOwnedByE p e (neighbors |> List.choose (fun (otherE, p1, p2) -> if otherE.Removed then None else Some (otherE :> Ellipse, Utils.lineFromTwoPoints p1 p2)))
+                        then
+                            elements.[y-minY, x-minX] <- 1uy
+                            nbElement <- nbElement + 1
+
+                            if infection.Data.[y, x, 0] > 0uy
+                            then
+                                infectedPixels.Add(Point(x, y))
+
+                            if parasites.stain.Data.[y, x, 0] > 0uy
+                            then
+                                stainPixels <- stainPixels + 1
+
+                            if parasites.darkStain.Data.[y, x, 0] > 0uy
+                            then
+                                darkStainPixels <- darkStainPixels + 1
+
+                let cellClass =
+                    if float darkStainPixels > config.Parameters.maxDarkStainRatio * (float nbElement) ||
+                       float stainPixels > config.Parameters.maxStainRatio * (float nbElement) (* ||
+                        sqrt (((float sumCoords_x) / (float nbElement) - e.Cx) ** 2.0 + ((float sumCoords_y) / (float nbElement) - e.Cy) ** 2.0) > e.A * config.maxOffcenter *)
+                    then
+                        Peculiar
+                    elif infectedPixels.Count >= 1
+                    then
+                        let infectionToRemove = ImgTools.connectedComponents parasites.stain infectedPixels
+                        for p in infectionToRemove do
+                            infection.Data.[p.Y, p.X, 0] <- 0uy
+                        InfectedRBC
+                    else
+                        HealthyRBC
+
+                Some { cellClass = cellClass
+                       center = Point(roundInt e.Cx, roundInt e.Cy)
+                       elements = elements })