Use float32 to reduce memory footprint.
[master-thesis.git] / Parasitemia / Parasitemia / ImgTools.fs
index cee21c7..f64b1c3 100644 (file)
@@ -8,17 +8,18 @@ open System.Linq
 open Emgu.CV
 open Emgu.CV.Structure
 
-open Utils
 open Heap
+open Const
+open Utils
 
 // Normalize image values between 0uy and 255uy.
-let normalizeAndConvert (img: Image<Gray, float32>) : Image<Gray, byte> =
+let normalizeAndConvert (img: Image<Gray, 'TDepth>) : Image<Gray, byte> =
     let min = ref [| 0.0 |]
     let minLocation = ref <| [| Point() |]
     let max = ref [| 0.0 |]
     let maxLocation = ref <| [| Point() |]
     img.MinMax(min, max, minLocation, maxLocation)
-    ((img - (!min).[0]) / ((!max).[0] - (!min).[0]) * 255.0).Convert<Gray, byte>()
+    ((img.Convert<Gray, float32>() - (!min).[0]) / ((!max).[0] - (!min).[0]) * 255.0).Convert<Gray, byte>()
 
 
 let saveImg (img: Image<'TColor, 'TDepth>) (filepath: string) =
@@ -45,7 +46,8 @@ let suppressMConnections (img: Matrix<byte>) =
             then
                 img.[i, j] <- 0uy
 
-let findEdges (img: Image<Gray, float32>) : Matrix<byte> * Image<Gray, float> * Image<Gray, float> =
+
+let findEdges (img: Image<Gray, float32>) : Matrix<byte> * Image<Gray, float32> * Image<Gray, float32> =
     let w = img.Width
     let h = img.Height
 
@@ -54,110 +56,112 @@ let findEdges (img: Image<Gray, float32>) : Matrix<byte> * Image<Gray, float> *
                                         [ 2.0f; 0.0f; -2.0f ]
                                         [ 1.0f; 0.0f; -1.0f ]], Point(1, 1))
 
-    let xGradient = img.Convolution(sobelKernel).Convert<Gray, float>()
-    let yGradient = img.Convolution(sobelKernel.Transpose()).Convert<Gray, float>()
+    let xGradient = img.Convolution(sobelKernel)
+    let yGradient = img.Convolution(sobelKernel.Transpose())
 
     let xGradientData = xGradient.Data
     let yGradientData = yGradient.Data
     for r in 0 .. h - 1 do
-        xGradientData.[r, 0, 0] <- 0.0
-        xGradientData.[r, w - 1, 0] <- 0.0
-        yGradientData.[r, 0, 0] <- 0.0
-        yGradientData.[r, w - 1, 0] <- 0.0
+        xGradientData.[r, 0, 0] <- 0.f
+        xGradientData.[r, w - 1, 0] <- 0.f
+        yGradientData.[r, 0, 0] <- 0.f
+        yGradientData.[r, w - 1, 0] <- 0.f
 
     for c in 0 .. w - 1 do
-        xGradientData.[0, c, 0] <- 0.0
-        xGradientData.[h - 1, c, 0] <- 0.0
-        yGradientData.[0, c, 0] <- 0.0
-        yGradientData.[h - 1, c, 0] <- 0.0
+        xGradientData.[0, c, 0] <- 0.f
+        xGradientData.[h - 1, c, 0] <- 0.f
+        yGradientData.[0, c, 0] <- 0.f
+        yGradientData.[h - 1, c, 0] <- 0.f
 
-    use magnitudes = new Matrix<float>(xGradient.Size)
-    use angles = new Matrix<float>(xGradient.Size)
+    use magnitudes = new Matrix<float32>(xGradient.Size)
+    use angles = new Matrix<float32>(xGradient.Size)
     CvInvoke.CartToPolar(xGradient, yGradient, magnitudes, angles) // Compute the magnitudes (without angles).
 
     let thresholdHigh, thresholdLow =
-        let sensibility = 0.1
+        let sensibilityHigh = 0.1f
+        let sensibilityLow = 0.1f
         use magnitudesByte = magnitudes.Convert<byte>()
-        let threshold = CvInvoke.Threshold(magnitudesByte, magnitudesByte, 0.0, 1.0, CvEnum.ThresholdType.Otsu ||| CvEnum.ThresholdType.Binary)
-        threshold + (sensibility * threshold), threshold - (sensibility * threshold)
+        let threshold = float32 <| CvInvoke.Threshold(magnitudesByte, magnitudesByte, 0.0, 1.0, CvEnum.ThresholdType.Otsu ||| CvEnum.ThresholdType.Binary)
+        threshold + (sensibilityHigh * threshold), threshold - (sensibilityLow * threshold)
 
     // Non-maximum suppression.
     use nms = new Matrix<byte>(xGradient.Size)
 
+    let nmsData = nms.Data
+    let anglesData = angles.Data
+    let magnitudesData = magnitudes.Data
+    let xGradientData = xGradient.Data
+    let yGradientData = yGradient.Data
+
+    let PI = float32 Math.PI
+
     for i in 0 .. h - 1 do
-        nms.Data.[i, 0] <- 0uy
-        nms.Data.[i, w - 1] <- 0uy
+        nmsData.[i, 0] <- 0uy
+        nmsData.[i, w - 1] <- 0uy
 
     for j in 0 .. w - 1 do
-        nms.Data.[0, j] <- 0uy
-        nms.Data.[h - 1, j] <- 0uy
+        nmsData.[0, j] <- 0uy
+        nmsData.[h - 1, j] <- 0uy
 
     for i in 1 .. h - 2 do
         for j in 1 .. w - 2 do
-            let vx = xGradient.Data.[i, j, 0]
-            let vy = yGradient.Data.[i, j, 0]
-            if vx <> 0. || vy <> 0.
+            let vx = xGradientData.[i, j, 0]
+            let vy = yGradientData.[i, j, 0]
+            if vx <> 0.f || vy <> 0.f
             then
-                let angle = angles.[i, j]
+                let angle = anglesData.[i, j]
 
                 let vx', vy' = abs vx, abs vy
                 let ratio2 = if vx' > vy' then vy' / vx' else vx' / vy'
-                let ratio1 = 1. - ratio2
-
-                let mNeigbors (sign: int) : float =
-                    if angle < Math.PI / 4.
-                    then
-                        ratio1 * magnitudes.Data.[i, j + sign] + ratio2 * magnitudes.Data.[i + sign, j + sign]
-                    elif angle < Math.PI / 2.
-                    then
-                        ratio2 * magnitudes.Data.[i + sign, j + sign] + ratio1 * magnitudes.Data.[i + sign, j]
-                    elif angle < 3.0 * Math.PI / 4.
-                    then
-                        ratio1 * magnitudes.Data.[i + sign, j] + ratio2 * magnitudes.Data.[i + sign, j - sign]
-                    elif angle < Math.PI
-                    then
-                        ratio2 * magnitudes.Data.[i + sign, j - sign] + ratio1 * magnitudes.Data.[i, j - sign]
-                    elif angle < 5. * Math.PI / 4.
-                    then
-                        ratio1 * magnitudes.Data.[i, j - sign] + ratio2 * magnitudes.Data.[i - sign, j - sign]
-                    elif angle < 3. * Math.PI / 2.
-                    then
-                        ratio2 * magnitudes.Data.[i - sign, j - sign] + ratio1 * magnitudes.Data.[i - sign, j]
-                    elif angle < 7. * Math.PI / 4.
-                    then
-                        ratio1 * magnitudes.Data.[i - sign, j] + ratio2 * magnitudes.Data.[i - sign, j + sign]
-                    else
-                        ratio2 * magnitudes.Data.[i - sign, j + sign] + ratio1 * magnitudes.Data.[i, j + sign]
-
-                let m = magnitudes.Data.[i, j]
+                let ratio1 = 1.f - ratio2
+
+                let mNeigbors (sign: int) : float32 =
+                    if angle < PI / 4.f
+                    then ratio1 * magnitudesData.[i, j + sign] + ratio2 * magnitudesData.[i + sign, j + sign]
+                    elif angle < PI / 2.f
+                    then ratio2 * magnitudesData.[i + sign, j + sign] + ratio1 * magnitudesData.[i + sign, j]
+                    elif angle < 3.f * PI / 4.f
+                    then ratio1 * magnitudesData.[i + sign, j] + ratio2 * magnitudesData.[i + sign, j - sign]
+                    elif angle < PI
+                    then ratio2 * magnitudesData.[i + sign, j - sign] + ratio1 * magnitudesData.[i, j - sign]
+                    elif angle < 5.f * PI / 4.f
+                    then ratio1 * magnitudesData.[i, j - sign] + ratio2 * magnitudesData.[i - sign, j - sign]
+                    elif angle < 3.f * PI / 2.f
+                    then ratio2 * magnitudesData.[i - sign, j - sign] + ratio1 * magnitudesData.[i - sign, j]
+                    elif angle < 7.f * PI / 4.f
+                    then ratio1 * magnitudesData.[i - sign, j] + ratio2 * magnitudesData.[i - sign, j + sign]
+                    else ratio2 * magnitudesData.[i - sign, j + sign] + ratio1 * magnitudesData.[i, j + sign]
+
+                let m = magnitudesData.[i, j]
                 if m >= thresholdLow && m > mNeigbors 1 && m > mNeigbors -1
                 then
-                    nms.Data.[i, j] <- 1uy
+                    nmsData.[i, j] <- 1uy
 
     // suppressMConnections nms // It's not helpful for the rest of the process (ellipse detection).
 
     let edges = new Matrix<byte>(xGradient.Size)
+    let edgesData = edges.Data
 
-    // Histeresis thresholding.
+    // Hysteresis thresholding.
     let toVisit = Stack<Point>()
     for i in 0 .. h - 1 do
         for j in 0 .. w - 1 do
-            if nms.Data.[i, j] = 1uy && magnitudes.Data.[i, j] >= thresholdHigh
+            if nmsData.[i, j] = 1uy && magnitudesData.[i, j] >= thresholdHigh
             then
-                nms.Data.[i, j] <- 0uy
+                nmsData.[i, j] <- 0uy
                 toVisit.Push(Point(j, i))
                 while toVisit.Count > 0 do
                     let p = toVisit.Pop()
-                    edges.Data.[p.Y, p.X] <- 1uy
+                    edgesData.[p.Y, p.X] <- 1uy
                     for i' in -1 .. 1  do
                         for j' in -1 .. 1 do
                             if i' <> 0 || j' <> 0
                             then
                                 let ni = p.Y + i'
                                 let nj = p.X + j'
-                                if ni >= 0 && ni < h && nj >= 0 && nj < w && nms.Data.[ni, nj] = 1uy
+                                if ni >= 0 && ni < h && nj >= 0 && nj < w && nmsData.[ni, nj] = 1uy
                                 then
-                                    nms.Data.[ni, nj] <- 0uy
+                                    nmsData.[ni, nj] <- 0uy
                                     toVisit.Push(Point(nj, ni))
 
     edges, xGradient, yGradient
@@ -729,7 +733,7 @@ let removeArea (mat: Matrix<byte>) (areaSize: int) =
         ( 0, -1) // p8
         (-1, -1) |] // p9
 
-    let mat' = new Matrix<byte>(mat.Size)
+    use mat' = new Matrix<byte>(mat.Size)
     let w = mat'.Width
     let h = mat'.Height
     mat.CopyTo(mat')
@@ -797,21 +801,21 @@ let drawEllipse (img: Image<'TColor, 'TDepth>) (e: Types.Ellipse) (color: 'TColo
 
     if alpha >= 1.0
     then
-        img.Draw(Ellipse(PointF(float32 e.Cx, float32 e.Cy), SizeF(2. * e.B |> float32, 2. * e.A |> float32), float32 <| e.Alpha / Math.PI * 180.), color, 1, CvEnum.LineType.AntiAlias)
+        img.Draw(Ellipse(PointF(float32 e.Cx, float32 e.Cy), SizeF(2.f * e.B, 2.f * e.A), e.Alpha / PI * 180.f), color, 1, CvEnum.LineType.AntiAlias)
     else
-        let windowPosX = e.Cx - e.A - 5.0
-        let gapX = windowPosX - (float (int windowPosX))
+        let windowPosX = e.Cx - e.A - 5.f
+        let gapX = windowPosX - (float32 (int windowPosX))
 
-        let windowPosY = e.Cy - e.A - 5.0
-        let gapY = windowPosY - (float (int windowPosY))
+        let windowPosY = e.Cy - e.A - 5.f
+        let gapY = windowPosY - (float32 (int windowPosY))
 
-        let roi = Rectangle(int windowPosX, int windowPosY, 2. * (e.A + 5.0) |> int, 2.* (e.A + 5.0) |> int)
+        let roi = Rectangle(int windowPosX, int windowPosY, 2.f * (e.A + 5.f) |> int, 2.f * (e.A + 5.f) |> int)
 
         img.ROI <- roi
         if roi = img.ROI // We do not display ellipses touching the edges (FIXME)
         then
             use i = new Image<'TColor, 'TDepth>(img.ROI.Size)
-            i.Draw(Ellipse(PointF(float32 <| (e.A + 5. + gapX) , float32 <| (e.A + 5. + gapY)), SizeF(2. * e.B |> float32, 2. * e.A |> float32), float32 <| e.Alpha / Math.PI * 180.), color, 1, CvEnum.LineType.AntiAlias)
+            i.Draw(Ellipse(PointF(float32 <| (e.A + 5.f + gapX) , float32 <| (e.A + 5.f + gapY)), SizeF(2.f * e.B, 2.f * e.A), e.Alpha / PI * 180.f), color, 1, CvEnum.LineType.AntiAlias)
             CvInvoke.AddWeighted(img, 1.0, i, alpha, 0.0, img)
         img.ROI <- Rectangle.Empty