Cleaning, micro-optimizations.
[master-thesis.git] / Parasitemia / Parasitemia / Classifier.fs
index 8467d24..0d21375 100644 (file)
@@ -21,7 +21,7 @@ type private EllipseFlaggedKd (e: Ellipse) =
         member this.Y = this.Cy
 
 
-let findCells (ellipses: Ellipse list) (parasites: ParasitesMarker.Result) (fg: Image<Gray, byte>) (config: Config.Config) : Cell list =
+let findCells (ellipses: Ellipse list) (parasites: ParasitesMarker.Result) (img: Image<Gray, float32>) (config: Config.Config) : Cell list =
     if ellipses.IsEmpty
     then
         []
@@ -29,10 +29,10 @@ let findCells (ellipses: Ellipse list) (parasites: ParasitesMarker.Result) (fg:
         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.maxRBCSize) * config.scale
-                                          KdTree.maxX = e.Cx + (e.A + config.maxRBCSize) * config.scale
-                                          KdTree.minY = e.Cy - (e.A + config.maxRBCSize) * config.scale
-                                          KdTree.maxY = e.Cy + (e.A + config.maxRBCSize) * config.scale }
+        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) =
@@ -40,79 +40,109 @@ let findCells (ellipses: Ellipse list) (parasites: ParasitesMarker.Result) (fg:
             let a = int (e.A + 0.5)
             cx - a, cy - a, cx + a, cy + a
 
-        // 1) Remove ellipses touching the edges.
-        let w = float fg.Width
-        let h = float fg.Height
-        let ellipsesInside = ellipses |> List.map (fun e -> EllipseFlaggedKd (e, Removed = e.isOutside w h))
-
-        // 2) Associate touching ellipses with each ellipses.
-        let tree = KdTree.Tree.BuildTree ellipsesInside
-        let neighbors (e: Ellipse) : (EllipseFlaggedKd * PointD * PointD) list =
-            tree.Search (searchRegion e)
-                // We only keep the ellipses touching 'e'.
-                |> List.choose (fun otherE ->
-                    match EEOver.EEOverlapArea e otherE with
-                    | Some (area, px, py) when area > 0.0 && px.Length >= 2 && py.Length >= 2 ->
-                        Some (otherE, PointD(px.[0], py.[0]), PointD(px.[1], py.[1]))
-                    | _ ->
-                        None )
-
-        let ellipsesWithNeigbors = ellipsesInside |> List.choose (fun e -> if e.Removed then None else Some (e, neighbors e))
-
-        // 3) Remove ellipses with a lower percentage of foreground.
-        for e, neighbors in ellipsesWithNeigbors do
-            let minX, minY, maxX, maxY = ellipseWindow e
-
-            let mutable totalElement = 0
-            let mutable fgElement = 0
-            for y in (if minY < 0 then 0 else minY) .. (if maxY >= fg.Height then fg.Height - 1 else maxY) do
-                for x in (if minX < 0 then 0 else minX) .. (if maxX >= fg.Width then fg.Width - 1 else maxX) do
-                    let yf, xf = float y, float x
-                    if e.Contains xf yf && neighbors |> List.forall (fun (otherE, _, _) -> not <| otherE.Contains xf yf)
+        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
-                            totalElement <- totalElement + 1
-                            if fg.Data.[y, x, 0] > 0uy
-                            then
-                                fgElement <- fgElement + 1
+                            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).
 
-            if (float fgElement) / (float totalElement) < config.percentageOfFgValidCell
+        // 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
-                e.Removed <- true
+                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 >= fg.Height then fg.Height - 1 else maxY) do
-                    for x in (if minX < 0 then 0 else minX) .. (if maxX >= fg.Width then fg.Width - 1 else maxX) do
-                        let yf, xf = float y, float x
-                        if fg.Data.[y, x, 0] > 0uy &&
-                           e.Contains xf yf &&
-                           neighbors |> List.forall (fun (otherE, _, _) -> otherE.Removed || not <| otherE.Contains xf yf)
-                            then
-                                area <- area + 1
+                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 < config.minimumCellArea
+                if area < int minArea
                 then
                     e.Removed <- true
 
         // 5) Define pixels associated to each ellipse and create the cells.
-
-        // Return 'true' if the point 'p' is owned by e.
-        // The lines represents all intersections with other ellipses.
-        let pixelOwnedByE (p: PointD) (e: Ellipse) (lines: Line list) =
-            e.Contains p.X p.Y &&
-            seq {
-                let c = PointD(e.Cx, e.Cy)
-                for d1 in lines do
-                    let d2 = Utils.lineFromTwoPoints c p
-                    let p' = Utils.pointFromTwoLines d1 d2
-                    yield sign (c.X - p.X) <> sign (c.X - p'.X) || Utils.squaredDistanceTwoPoints c p' > Utils.squaredDistanceTwoPoints c p // 'false' -> the point is owned by another ellipse.
-            } |> Seq.forall id
-
         ellipsesWithNeigbors
         |> List.choose (fun (e, neighbors) ->
             if e.Removed
@@ -126,25 +156,14 @@ let findCells (ellipses: Ellipse list) (parasites: ParasitesMarker.Result) (fg:
                 let mutable darkStainPixels = 0
                 let mutable nbElement = 0
 
-                let mutable stain_x = 0.0
-                let mutable stain_x2 = 0.0
-                let mutable stain_y = 0.0
-                let mutable stain_y2 = 0.0
-
-                let mutable sumCoords_y = 0
-                let mutable sumCoords_x = 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 (Utils.lineFromTwoPoints p1 p2))) &&
-                           fg.Data.[y, x, 0] > 0uy
+                        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
-                            sumCoords_y <- sumCoords_y + y
-                            sumCoords_x <- sumCoords_x + x
 
                             if infection.Data.[y, x, 0] > 0uy
                             then
@@ -153,21 +172,18 @@ let findCells (ellipses: Ellipse list) (parasites: ParasitesMarker.Result) (fg:
                             if parasites.stain.Data.[y, x, 0] > 0uy
                             then
                                 stainPixels <- stainPixels + 1
-                                stain_x <- stain_x + (float x)
-                                stain_x2 <- stain_x2 + (float x) ** 2.0
-                                stain_y <- stain_y + (float y)
-                                stain_y2 <- stain_y2 + (float y) ** 2.0
 
                             if parasites.darkStain.Data.[y, x, 0] > 0uy
                             then
                                 darkStainPixels <- darkStainPixels + 1
 
                 let cellClass =
-                    if float darkStainPixels > config.MaxDarkStainRatio * (float nbElement) (* ||
+                    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 > config.infectionPixelsRequired
+                    elif infectedPixels.Count >= 1
                     then
                         let infectionToRemove = ImgTools.connectedComponents parasites.stain infectedPixels
                         for p in infectionToRemove do