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00002
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00029
00030
00031
00032
00033 #ifndef _LTI_GEOMETRIC_TRANSFORM_H_
00034 #define _LTI_GEOMETRIC_TRANSFORM_H_
00035
00036 #include "ltiMacroSymbols.h"
00037
00038 #include "ltiMath.h"
00039 #include "ltiMatrix.h"
00040 #include "ltiTypeInfo.h"
00041 #include "ltiHTypes.h"
00042
00043 #include "ltiPointList.h"
00044
00045 #include "ltiModifier.h"
00046
00047 #include "ltiInterpolatorType.h"
00048 #include "ltiBilinearInterpolator.h"
00049 #include "ltiBiquadraticInterpolator.h"
00050 #include "ltiGenericInterpolator.h"
00051 #include "ltiNearestNeighborInterpolator.h"
00052
00053 #include <limits>
00054
00055 namespace lti {
00056
00057
00058
00059
00060
00061
00062
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00087
00088
00089
00090 class geometricTransform : public modifier {
00091 public:
00092
00093
00094
00095 class parameters : public modifier::parameters {
00096 public:
00097
00098
00099
00100 void invert();
00101
00102
00103
00104
00105
00106
00107
00108
00109
00110
00111 void scale(const tpoint<double>& thefPoint);
00112
00113
00114
00115
00116
00117
00118
00119
00120
00121
00122 void scale(const tpoint3D<double>& thefPoint);
00123
00124
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00131
00132 void scale(const double& x);
00133
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00137
00138 void shift(const tpoint<double>& thefPoint);
00139
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00141
00142
00143
00144 void shift(const tpoint3D<double>& thefPoint);
00145
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00148
00149
00150
00151
00152
00153
00154 void rotate(const vector<double>& center,
00155 const vector<double>& axis,
00156 const double& angle);
00157
00158
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00160
00161
00162
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00164
00165
00166 void rotate(const tpoint3D<double>& center,
00167 const tpoint3D<double>& axis,
00168 const double& angle);
00169
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00173
00174 void rotate(const double& angle);
00175
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00180
00181 void clear(void);
00182
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00185
00186 parameters();
00187
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00191
00192 parameters(const parameters& other);
00193
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00196
00197 ~parameters();
00198
00199
00200
00201
00202 const char* getTypeName() const;
00203
00204
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00209 parameters& copy(const parameters& other);
00210
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00216 parameters& operator=(const parameters& other);
00217
00218
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00220
00221 virtual functor::parameters* clone() const;
00222
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00229
00230 virtual bool write(ioHandler& handler,const bool complete=true) const;
00231
00232
00233
00234
00235
00236
00237
00238
00239 virtual bool read(ioHandler& handler,const bool complete=true);
00240
00241 # ifdef _LTI_MSC_6
00242
00243
00244
00245
00246
00247
00248
00249 bool readMS(ioHandler& handler,const bool complete=true);
00250
00251
00252
00253
00254
00255
00256
00257
00258 bool writeMS(ioHandler& handler,const bool complete=true) const;
00259 # endif
00260
00261
00262
00263
00264
00265
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00267
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00269
00270
00271 hMatrix3D<float> transMatrix;
00272
00273
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00277
00278
00279
00280 bool keepDimensions;
00281
00282
00283
00284
00285
00286
00287
00288
00289 eInterpolatorType interpolator;
00290 };
00291
00292
00293
00294
00295 protected:
00296
00297
00298
00299 struct fastMatrix {
00300
00301
00302
00303 fastMatrix(const hMatrix3D<float>& m);
00304
00305
00306
00307
00308 fastMatrix(const hMatrix2D<float>& m);
00309
00310
00311
00312
00313
00314 float m00,m01,m02,m03,
00315 m10,m11,m12,m13,
00316 m30,m31,m32,m33;
00317 };
00318
00319
00320
00321
00322
00323
00324
00325 template<class value_type>
00326 inline void transf(const tpoint<value_type>& src,
00327 tpoint<value_type>& dest,
00328 const fastMatrix& m) const {
00329
00330
00331 const float factor = m.m30*src.x + m.m31*src.y + m.m33;
00332 condRoundCastTo(((m.m00*src.x + m.m01*src.y + m.m03)/factor),dest.x);
00333 condRoundCastTo(((m.m10*src.x + m.m11*src.y + m.m13)/factor),dest.y);
00334 }
00335
00336
00337
00338
00339
00340
00341
00342
00343 template<class I>
00344 class helper {
00345 public:
00346
00347 typedef typename I::value_type value_type;
00348
00349 private:
00350
00351
00352
00353
00354 I inpol;
00355
00356
00357
00358
00359 parameters param;
00360
00361
00362
00363
00364 inline void transf(const tpoint3D<float>& src,
00365 tpoint<float>& dest,
00366 const fastMatrix& m) const {
00367
00368
00369 const float factor = (m.m30*src.x + m.m31*src.y + m.m32*src.z + m.m33);
00370 dest.x = ((m.m00*src.x + m.m01*src.y + m.m02*src.z + m.m03))/factor;
00371 dest.y = ((m.m10*src.x + m.m11*src.y + m.m12*src.z + m.m13))/factor;
00372 }
00373
00374
00375 public:
00376
00377 helper() {};
00378
00379
00380 helper(const parameters& par) : param(par) {
00381 inpol.setBoundaryType(par.boundaryType);
00382 };
00383
00384
00385 bool setParameters(const parameters& par) {
00386 param.copy(par);
00387 inpol.setBoundaryType(par.boundaryType);
00388 return true;
00389 }
00390
00391
00392 bool tApply(const matrix<value_type>& src,
00393 matrix<value_type>& dest,
00394 point& offset) const {
00395 if (src.empty()) {
00396 return false;
00397 }
00398
00399
00400 hMatrix3D<float> mat;
00401 mat.invert(param.transMatrix);
00402
00403 if (param.keepDimensions) {
00404 dest.resize(src.size(),value_type(),false,false);
00405 offset.set(0,0);
00406 } else {
00407
00408
00409 tpoint<float> tr,tl,br,bl;
00410 param.transMatrix.multiply(tpoint<float>(0,0),tl);
00411 param.transMatrix.multiply(tpoint<float>((float)src.lastColumn(),0),
00412 tr);
00413 param.transMatrix.multiply(tpoint<float>(0,(float)src.lastRow()),bl);
00414 param.transMatrix.multiply(tpoint<float>((float)src.lastColumn(),
00415 (float)src.lastRow()),br);
00416
00417 point theMin,theMax;
00418 theMin.x = iround(min(min(tr.x,tl.x),min(br.x,bl.x)));
00419 theMax.x = iround(max(max(tr.x,tl.x),max(br.x,bl.x)));
00420 theMin.y = iround(min(min(tr.y,tl.y),min(br.y,bl.y)));
00421 theMax.y = iround(max(max(tr.y,tl.y),max(br.y,bl.y)));
00422
00423 dest.resize(theMax.y-theMin.y+1,theMax.x-theMin.x+1,
00424 value_type(),false,false);
00425
00426
00427
00428
00429 hMatrix3D<float> matT;
00430 matT.translate(hPoint3D<float>((float)theMin.x,(float)theMin.y,0));
00431 mat.multiply(matT);
00432
00433 offset = theMin;
00434 }
00435
00436 tpoint<float> q;
00437 tpoint3D<float> p;
00438 const float sizex(static_cast<float>(dest.columns()));
00439 const float sizey(static_cast<float>(dest.rows()));
00440
00441 float t2,a,b,c,d,r22,tmp;
00442 t2 = mat.at(2,3);
00443 r22 = mat.at(2,2);
00444
00445 a = t2*mat.at(3,0)-mat.at(3,3)*mat.at(2,0);
00446 b = t2*mat.at(3,1)-mat.at(3,3)*mat.at(2,1);
00447
00448 c = mat.at(3,2)*mat.at(2,0) - mat.at(3,0)*r22;
00449 d = mat.at(3,2)*mat.at(2,1) - mat.at(3,1)*r22;
00450
00451 const fastMatrix fmat(mat);
00452
00453 for (p.y=0;p.y<sizey;++p.y) {
00454 for (p.x=0;p.x<sizex;++p.x) {
00455 tmp = (c*p.x + d*p.y +r22);
00456 if (tmp == 0) {
00457 dest.at(static_cast<int>(p.y),
00458 static_cast<int>(p.x)) = value_type(0);
00459 } else {
00460 p.z = (a*p.x+b*p.y-t2)/tmp;
00461 transf(p,q,fmat);
00462 dest.at(static_cast<int>(p.y),
00463 static_cast<int>(p.x)) = inpol.interpolate(src,q.y,q.x);
00464 }
00465 }
00466 }
00467
00468 return true;
00469 }
00470
00471
00472 };
00473
00474
00475
00476
00477
00478
00479
00480 template<class T>
00481 class interpolatorCollection {
00482 public:
00483
00484 #ifdef _LTI_GNUC_2
00485 geometricTransform::helper< nearestNeighborInterpolator<T> > nearest;
00486 geometricTransform::helper< bilinearInterpolator<T> > bilinear;
00487 geometricTransform::helper< biquadraticInterpolator<T> > biquadratic;
00488 geometricTransform::helper< genericInterpolator<T> > bicubic;
00489 #else
00490 helper< nearestNeighborInterpolator<T> > nearest;
00491 helper< bilinearInterpolator<T> > bilinear;
00492 helper< biquadraticInterpolator<T> > biquadratic;
00493 helper< genericInterpolator<T> > bicubic;
00494 #endif
00495 interpolatorCollection() {};
00496
00497 interpolatorCollection(const parameters& par)
00498 : nearest(par),bilinear(par),biquadratic(par),bicubic(par) {};
00499
00500 bool setParameters(const parameters& par) {
00501 return (nearest.setParameters(par) &&
00502 bilinear.setParameters(par) &&
00503 biquadratic.setParameters(par) &&
00504 bicubic.setParameters(par));
00505 }
00506 };
00507
00508
00509
00510
00511
00512
00513 interpolatorCollection<double> dcollect;
00514 interpolatorCollection<float> fcollect;
00515 interpolatorCollection<int> icollect;
00516 interpolatorCollection<ubyte> bcollect;
00517 interpolatorCollection<rgbPixel> ccollect;
00518
00519
00520
00521
00522
00523
00524
00525
00526
00527 inline const interpolatorCollection<double>&
00528 getCollection(double& a) const {
00529 a = 1.0;
00530 return dcollect;
00531 }
00532 inline const interpolatorCollection<float>& getCollection(float& a) const {
00533 a = 2.0;
00534 return fcollect;
00535 }
00536 inline const interpolatorCollection<int>& getCollection(int& a) const {
00537 a = 3;
00538 return icollect;
00539 }
00540 inline const interpolatorCollection<ubyte>& getCollection(ubyte& a) const {
00541 a = 4;
00542 return bcollect;
00543 }
00544 inline const interpolatorCollection<rgbPixel>&
00545 getCollection(rgbPixel& a) const {
00546 a = rgbPixel(5,5,5);
00547 return ccollect;
00548 }
00549
00550
00551
00552
00553
00554
00555 public:
00556
00557
00558
00559 geometricTransform();
00560
00561
00562
00563
00564 geometricTransform(const parameters& par);
00565
00566
00567
00568
00569
00570 geometricTransform(const geometricTransform& other);
00571
00572
00573
00574
00575 virtual ~geometricTransform();
00576
00577
00578
00579
00580 virtual const char* getTypeName() const;
00581
00582
00583
00584
00585
00586
00587
00588
00589
00590
00591
00592
00593
00594
00595
00596 template<class T>
00597 bool apply(tpoint<T>& srcdest) const {
00598 tpoint<T> src(srcdest);
00599 return apply(src,srcdest);
00600 }
00601
00602
00603
00604
00605
00606
00607
00608
00609 template<class T>
00610 bool apply(const tpoint<T>& src,tpoint<T>& dest) const {
00611
00612 const fastMatrix mat(getParameters().transMatrix);
00613 transf(src,dest,mat);
00614 return true;
00615 }
00616
00617
00618
00619
00620
00621
00622
00623
00624 template<class T>
00625 bool apply(tpointList<T>& srcdest) const {
00626
00627 typename tpointList<T>::iterator it,eit;
00628 tpoint<T> tmp;
00629
00630 it = srcdest.begin();
00631 eit = srcdest.end();
00632
00633 const fastMatrix mat(getParameters().transMatrix);
00634
00635 while(it!=eit) {
00636 transf(*it,tmp,mat);
00637 (*it).copy(tmp);
00638 ++it;
00639 }
00640 return true;
00641 }
00642
00643
00644
00645
00646
00647
00648
00649
00650 template<class T>
00651 bool apply(const tpointList<T>& src,
00652 tpointList<T>& dest) const {
00653 typename tpointList<T>::const_iterator it,eit;
00654 tpoint<T> tmp;
00655
00656 it = src.begin();
00657 eit = src.end();
00658 dest.clear();
00659
00660 const fastMatrix mat(getParameters().transMatrix);
00661
00662 while(it!=eit) {
00663 transf(*it,tmp,mat);
00664 dest.push_back(tmp);
00665 ++it;
00666 }
00667
00668 return true;
00669 }
00670
00671
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00681
00682
00683
00684
00685 template<class T>
00686 inline bool apply(matrix<T>& srcdest) const {
00687 matrix<T> dest;
00688 if (apply(srcdest,dest)) {
00689 dest.detach(srcdest);
00690 return true;
00691 }
00692 return false;
00693 }
00694
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00707
00708 template<class T>
00709 inline bool apply(const matrix<T>& src,
00710 matrix<T>& dest,
00711 point& offset) const {
00712 const parameters& param = getParameters();
00713 T tmp;
00714 switch(param.interpolator) {
00715 case NearestNeighborInterpolator: {
00716 return getCollection(tmp).nearest.tApply(src,dest,offset);
00717 } break;
00718 case BiquadraticInterpolator: {
00719 return getCollection(tmp).biquadratic.tApply(src,dest,offset);
00720 } break;
00721 case BicubicInterpolator: {
00722 return getCollection(tmp).bicubic.tApply(src,dest,offset);
00723 } break;
00724 default: {
00725 return getCollection(tmp).bilinear.tApply(src,dest,offset);
00726 }
00727 }
00728 return false;
00729 }
00730
00731
00732
00733
00734
00735
00736
00737
00738
00739 template<class T>
00740 inline bool apply(const matrix<T>& src,matrix<T>& dest) const {
00741 point offset;
00742 return apply(src,dest,offset);
00743 }
00744
00745
00746
00747
00748
00749
00750
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00753
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00770
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00777
00778
00779
00780
00781
00782
00783
00784 template<class T>
00785 bool scale(const matrix<T>& src,
00786 matrix<T>& dest,
00787 const tpoint<float>& factor) {
00788 parameters par(getParameters());
00789 par.clear();
00790 par.scale(factor);
00791 setParameters(par);
00792 return apply(src,dest);
00793 }
00794
00795
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00797
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00804
00805
00806
00807
00808 template<class T>
00809 bool scale(matrix<T>& srcdest,
00810 const tpoint<float>& factor) {
00811 matrix<T> tmp;
00812 if (scale(srcdest,tmp,factor)) {
00813 tmp.detach(srcdest);
00814 return true;
00815 }
00816 return false;
00817 }
00818
00819
00820
00821
00822
00823
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00828
00829
00830
00831
00832 template<class T>
00833 bool rotate(const matrix<T>& src,
00834 matrix<T>& dest,
00835 const double& angle,
00836 const point& center=point(std::numeric_limits<int>::max(),
00837 std::numeric_limits<int>::max())) {
00838
00839 tpoint3D<double> c;
00840 if ((center.x == std::numeric_limits<int>::max()) &&
00841 (center.y == std::numeric_limits<int>::max())) {
00842 c.x=src.columns()/2;
00843 c.y=src.rows()/2;
00844 } else {
00845 c.x=center.x;
00846 c.y=center.y;
00847 }
00848 c.z=0;
00849 tpoint3D<double> ax(0,0,1.0);
00850
00851 parameters par(getParameters());
00852 par.clear();
00853 par.rotate(c,ax,angle);
00854 setParameters(par);
00855
00856 return apply(src,dest);
00857 }
00858
00859
00860
00861
00862
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00864
00865
00866
00867
00868
00869
00870
00871 template<class T>
00872 bool rotate(matrix<T>& srcdest,
00873 const double& angle,
00874 const point& center=point(std::numeric_limits<int>::max(),
00875 std::numeric_limits<int>::max())) {
00876 matrix<T> tmp;
00877 if (rotate(srcdest,tmp,angle,center)) {
00878 tmp.detach(srcdest);
00879 return true;
00880 }
00881 return false;
00882 }
00883
00884
00885
00886
00887
00888
00889
00890 geometricTransform& copy(const geometricTransform& other);
00891
00892
00893
00894
00895 virtual functor* clone() const;
00896
00897
00898
00899
00900 const parameters& getParameters() const;
00901
00902
00903
00904
00905 virtual bool updateParameters();
00906
00907 };
00908 }
00909
00910 #endif