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[folded-ctf.git] / pi_referential.cc
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2 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
3 // This program is free software: you can redistribute it and/or modify  //
4 // it under the terms of the version 3 of the GNU General Public License //
5 // as published by the Free Software Foundation.                         //
6 //                                                                       //
7 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but   //
8 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of            //
9 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU      //
10 // General Public License for more details.                              //
11 //                                                                       //
12 // You should have received a copy of the GNU General Public License     //
13 // along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.  //
14 //                                                                       //
15 // Written by Francois Fleuret, (C) IDIAP                                //
16 // Contact <francois.fleuret@idiap.ch> for comments & bug reports        //
17 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
18
19 #include "pi_referential.h"
20 #include "global.h"
21 #include "rich_image.h"
22
23 void PiReferential::draw_frame(RGBImage *image,
24                                int registration_mode,
25                                int x1, int y1,
26                                int x2, int y2,
27                                int x3, int y3,
28                                int x4, int y4) {
29
30   int r, g, b;
31
32   switch(registration_mode) {
33
34   case PiReferential::RM_HEAD:
35     r = 0; g = 255; b = 0;
36     break;
37
38   case PiReferential::RM_HEAD_NO_POLARITY:
39     r = 128; g = 255; b = 128;
40     break;
41
42   case PiReferential::RM_BELLY:
43     r = 64; g = 0; b = 255;
44     break;
45
46   case PiReferential::RM_BELLY_NO_POLARITY:
47     r = 192; g = 128; b = 255;
48     break;
49
50   case PiReferential::RM_HEAD_BELLY:
51   case PiReferential::RM_HEAD_BELLY_EDGES:
52     r = 255; g = 0; b = 0;
53     break;
54
55   default:
56     cerr << "INCONSISTENCY" << endl;
57     abort();
58   }
59
60   if(global.pictures_for_article) {
61     r = 255; g = 255; b = 255;
62     image->draw_line(6, r, g, b, x1, y1, x2, y2);
63     image->draw_line(6, r, g, b, x2, y2, x3, y3);
64     image->draw_line(6, r, g, b, x3, y3, x4, y4);
65     image->draw_line(6, r, g, b, x4, y4, x1, y1);
66
67     r =   0; g =   0; b =   0;
68     image->draw_line(2, r, g, b, x1, y1, x2, y2);
69     image->draw_line(2, r, g, b, x2, y2, x3, y3);
70     image->draw_line(2, r, g, b, x3, y3, x4, y4);
71     image->draw_line(2, r, g, b, x4, y4, x1, y1);
72   } else {
73     //   int xc = (x1 + x2 + x3 + x4)/4, yc = (y1 + y2 + y3 + y4)/4;
74     //     image->draw_line(1, r, g, b, xc - delta, yc, xc + delta, yc);
75     //     image->draw_line(1, r, g, b, xc, yc - delta, xc, yc + delta);
76     image->draw_line(2, r, g, b, x1, y1, x2, y2);
77     image->draw_line(2, r, g, b, x2, y2, x3, y3);
78     image->draw_line(2, r, g, b, x3, y3, x4, y4);
79     image->draw_line(2, r, g, b, x4, y4, x1, y1);
80     //     image->draw_line(2, r, g, b,
81     //                      (2*xc + 5 * x1 + 5 * x2)/12, (2 * yc + 5 * y1 + 5 * y2)/12,
82     //                      (x1 + x2)/2, (y1 + y2)/2);
83     //     image->draw_line(6, r, g, b,
84     //                      (2*xc + 3 * x2 + 3 * x3)/8, (2 * yc + 3 * y2 + 3 * y3)/8,
85     //                      (x2 + x3)/2, (y2 + y3)/2
86     //                      );
87   }
88 }
89
90 void PiReferential::draw_window(RGBImage *image,
91                                 int registration_mode, Rectangle *window,
92                                 int filled) {
93   int r, g, b;
94
95   switch(registration_mode) {
96
97   case PiReferential::RM_HEAD:
98     r = 0; g = 255; b = 0;
99     break;
100
101   case PiReferential::RM_HEAD_NO_POLARITY:
102     r = 128; g = 255; b = 128;
103     break;
104
105   case PiReferential::RM_BELLY:
106     r = 64; g = 0; b = 255;
107     break;
108
109   case PiReferential::RM_BELLY_NO_POLARITY:
110     r = 192; g = 128; b = 255;
111     break;
112
113   case PiReferential::RM_HEAD_BELLY:
114   case PiReferential::RM_HEAD_BELLY_EDGES:
115     r = 255; g = 0; b = 0;
116     break;
117
118   default:
119     cerr << "INCONSISTENCY" << endl;
120     abort();
121   }
122
123   int xmin = int(window->xmin);
124   int ymin = int(window->ymin);
125   int xmax = int(window->xmax);
126   int ymax = int(window->ymax);
127
128   if(global.pictures_for_article) {
129     r = 255; g = 255; b = 255;
130     image->draw_line(6, r, g, b, xmin, ymin, xmax, ymin);
131     image->draw_line(6, r, g, b, xmax, ymin, xmax, ymax);
132     image->draw_line(6, r, g, b, xmax, ymax, xmin, ymax);
133     image->draw_line(6, r, g, b, xmin, ymax, xmin, ymin);
134
135 //     if(filled) {
136 //       int delta = 6;
137 //       for(int d = ymin - ymax; d <= xmax - xmin; d += delta) {
138 //         int x1 = xmin + d;
139 //         int y1 = ymin;
140 //         int x2 = xmin + d + ymax - ymin;
141 //         int y2 = ymax;
142 //         if(x1 < xmin) { y1 = y1 + (xmin - x1); x1 = xmin; }
143 //         if(x2 > xmax) { y2 = y2 - (x2 - xmax); x2 = xmax; }
144 //         image->draw_line(3, r, g, b, x1, y1, x2, y2);
145 //       }
146 //     }
147
148     r =   0; g =   0; b =   0;
149     image->draw_line(2, r, g, b, xmin, ymin, xmax, ymin);
150     image->draw_line(2, r, g, b, xmax, ymin, xmax, ymax);
151     image->draw_line(2, r, g, b, xmax, ymax, xmin, ymax);
152     image->draw_line(2, r, g, b, xmin, ymax, xmin, ymin);
153
154 //     if(filled) {
155 //       int delta = 6;
156 //       for(int d = ymin - ymax; d <= xmax - xmin; d += delta) {
157 //         int x1 = xmin + d;
158 //         int y1 = ymin;
159 //         int x2 = xmin + d + ymax - ymin;
160 //         int y2 = ymax;
161 //         if(x1 < xmin) { y1 = y1 + (xmin - x1); x1 = xmin; }
162 //         if(x2 > xmax) { y2 = y2 - (x2 - xmax); x2 = xmax; }
163 //         image->draw_line(1, r, g, b, x1, y1, x2, y2);
164 //       }
165 //     }
166   } else {
167     image->draw_line(2, r, g, b, xmin, ymin, xmax, ymin);
168     image->draw_line(2, r, g, b, xmax, ymin, xmax, ymax);
169     image->draw_line(2, r, g, b, xmax, ymax, xmin, ymax);
170     image->draw_line(2, r, g, b, xmin, ymax, xmin, ymin);
171     if(filled) {
172       int delta = 4;
173       for(int d = ymin - ymax; d <= xmax - xmin; d += delta) {
174         int x1 = xmin + d;
175         int y1 = ymin;
176         int x2 = xmin + d + ymax - ymin;
177         int y2 = ymax;
178         if(x1 < xmin) { y1 = y1 + (xmin - x1); x1 = xmin; }
179         if(x2 > xmax) { y2 = y2 - (x2 - xmax); x2 = xmax; }
180         image->draw_line(1, r, g, b, x1, y1, x2, y2);
181       }
182     }
183   }
184
185 }
186
187 void PiReferential::draw_edge_and_scale(RGBImage *image,
188                                         int registration_mode, Rectangle *window,
189                                         int _tag, int _edge_scale) {
190   const int ref_radius = 10;
191   int r, g, b;
192   int edges = 0;
193
194   switch(registration_mode) {
195
196   case PiReferential::RM_HEAD:
197     r = 0; g = 255; b = 0;
198     break;
199
200   case PiReferential::RM_HEAD_NO_POLARITY:
201     r = 128; g = 255; b = 128;
202     break;
203
204   case PiReferential::RM_BELLY:
205     r = 64; g = 0; b = 255;
206     break;
207
208   case PiReferential::RM_BELLY_NO_POLARITY:
209     r = 192; g = 128; b = 255;
210     break;
211
212   case PiReferential::RM_HEAD_BELLY_EDGES:
213     edges = 1;
214   case PiReferential::RM_HEAD_BELLY:
215     r = 255; g = 0; b = 0;
216     break;
217
218   default:
219     cerr << "INCONSISTENCY" << endl;
220     abort();
221   }
222
223   scalar_t xc = (window->xmin + window->xmax)/2;
224   scalar_t yc = (window->ymin + window->ymax)/2;
225   int radius = ref_radius * (1 << _edge_scale);
226
227   image->draw_ellipse(1, r, g, b, xc, yc, radius, radius, 0);
228
229   if(_tag >= RichImage::first_edge_tag && _tag < RichImage::first_edge_tag + RichImage::nb_edge_tags) {
230
231     scalar_t dx, dy;
232
233     switch(_tag - RichImage::first_edge_tag) {
234     case 0:
235       dx =  0; dy = -1;
236       break;
237
238     case 1:
239       dx =  1; dy = -1;
240       break;
241
242     case 2:
243       dx =  1; dy =  0;
244       break;
245
246     case 3:
247       dx =  1; dy =  1;
248       break;
249
250     case 4:
251       dx =  0; dy =  1;
252       break;
253
254     case 5:
255       dx = -1; dy =  1;
256       break;
257
258     case 6:
259       dx = -1; dy =  0;
260       break;
261
262     case 7:
263       dx = -1; dy = -1;
264       break;
265
266     default:
267       abort();
268     }
269
270     scalar_t l = sqrt(dx * dx + dy * dy);
271
272 //     dx = dx / l;
273 //     dy = dy / l;
274
275     if(edges) {
276       int delta = 3;
277       image->draw_ellipse(1, r, g, b, xc, yc, radius + delta, radius + delta, 0);
278     }
279
280     for(scalar_t u = 0; u <= radius; u += 0.1) {
281       scalar_t s = sqrt(radius * radius - (u * u * l * l))/l;
282       image->draw_line(2, r, g, b,
283                        int(xc + u * dx - s * dy), int(yc + u * dy + s * dx),
284                        int(xc + u * dx + s * dy), int(yc + u * dy - s * dx));
285     }
286
287 //     for(int y = yc - radius; y <= yc + radius; y++) {
288 //       for(int x = xc - radius; x <= xc + radius; x++) {
289 //         if(x >= 0 && x < image->width() && y >= 0 && y < image->height() &&
290 //            (x - xc) * dx + (y - yc) * dy >= 0) {
291 //           image->draw_point(r, g, b, x, y);
292 //         }
293 //       }
294 //     }
295
296   }
297
298   else if(_tag == RichImage::variance_tag) {
299     image->draw_ellipse(1, r, g, b, xc, yc, 8, 8, 0);
300   }
301
302   //   else if(_tag >= RichImage::first_gray_tag && _tag < RichImage::first_gray_tag + RichImage::nb_gray_tags) {
303   //   }
304 }
305
306 PiReferential::PiReferential(PoseCell *cell) {
307   scalar_t head_radius = sqrt(scalar_t(cell->_head_radius.min * cell->_head_radius.max));
308
309   _common_scale = global.scale_to_discrete_log_scale(head_radius / global.min_head_radius);
310
311   scalar_t discrete_scale_ratio = global.discrete_log_scale_to_scale(_common_scale);
312
313   //////////////////////////////////////////////////////////////////////
314   // Locations and scales
315
316   // Head location
317
318   _head_xc = cell->_head_xc.middle() * discrete_scale_ratio;
319   _head_yc = cell->_head_yc.middle() * discrete_scale_ratio;
320   _head_radius = cell->_head_radius.middle() * discrete_scale_ratio;
321   _head_window_scaling = _head_radius * 2.0;
322
323   // Body location
324
325   _body_xc = cell->_belly_xc.middle() * discrete_scale_ratio;
326   _body_yc = cell->_belly_yc.middle() * discrete_scale_ratio;
327
328   if((_head_xc - _body_xc) * cos(_body_tilt) + (_head_yc - _body_yc) * sin(_body_tilt) > 0) {
329     _body_tilt += M_PI;
330   }
331
332   // Belly location
333
334   const scalar_t belly_frame_factor = 2.0;
335
336   _belly_xc = _body_xc;
337   _belly_yc = _body_yc;
338   _belly_window_scaling = _head_window_scaling * belly_frame_factor;
339
340   // Head-belly location
341
342   _head_belly_xc = (_head_xc + _body_xc) * 0.5;
343   _head_belly_yc = (_head_yc + _body_yc) * 0.5;
344
345   //////////////////////////////////////////////////////////////////////
346   // Frames
347
348   if(_body_xc >= _head_xc) {
349     _horizontal_polarity = 1;
350   } else {
351     _horizontal_polarity = -1;
352   }
353
354   // Head frame
355
356   if(_horizontal_polarity < 0) {
357     _head_ux = _head_radius * 2.0;
358     _head_uy = 0;
359   } else {
360     _head_ux = - _head_radius * 2.0;
361     _head_uy = 0;
362   }
363
364   _head_vx = 0;
365   _head_vy = - _head_radius * 2.0;
366
367   _head_ux_nopolarity = _head_radius * 2.0;
368   _head_uy_nopolarity = 0;
369   _head_vx_nopolarity = 0;
370   _head_vy_nopolarity = - _head_radius * 2.0;
371
372   // Belly frame
373
374   _belly_ux = _head_ux * belly_frame_factor;
375   _belly_uy = _head_uy * belly_frame_factor;
376   _belly_vx = _head_vx * belly_frame_factor;
377   _belly_vy = _head_vy * belly_frame_factor;
378
379   _belly_ux_nopolarity = _head_ux_nopolarity * belly_frame_factor;
380   _belly_uy_nopolarity = _head_uy_nopolarity * belly_frame_factor;
381   _belly_vx_nopolarity = _head_vx_nopolarity * belly_frame_factor;
382   _belly_vy_nopolarity = _head_vy_nopolarity * belly_frame_factor;
383
384   // Head-belly frame
385
386   _head_belly_ux = 2 * (_head_xc - _head_belly_xc);
387   _head_belly_uy = 2 * (_head_yc - _head_belly_yc);
388
389   if(_horizontal_polarity < 0) {
390     _head_belly_vx =   _head_belly_uy;
391     _head_belly_vy = - _head_belly_ux;
392   } else {
393     _head_belly_vx = - _head_belly_uy;
394     _head_belly_vy =   _head_belly_ux;
395   }
396
397   scalar_t l = sqrt(_head_belly_vx * _head_belly_vx + _head_belly_vy * _head_belly_vy);
398
399   _head_belly_vx = _head_belly_vx/l * _head_radius * 2;
400   _head_belly_vy = _head_belly_vy/l * _head_radius * 2;
401   _head_belly_edge_shift = int(floor(- RichImage::nb_edge_tags * atan2(_head_belly_ux, _head_belly_uy) / (2 * M_PI) + 0.5));
402   _head_belly_edge_shift = (RichImage::nb_edge_tags + _head_belly_edge_shift) % RichImage::nb_edge_tags;
403
404   // Body frame
405
406 //   _body_ux =   cos(_body_tilt) * _body_radius_1 * 2.0;
407 //   _body_uy =   sin(_body_tilt) * _body_radius_1 * 2.0;
408 //   _body_vx = - sin(_body_tilt) * _body_radius_2 * 2.0;
409 //   _body_vy =   cos(_body_tilt) * _body_radius_2 * 2.0;
410
411 }
412
413 int PiReferential::common_scale() {
414   return _common_scale;
415 }
416
417 void PiReferential::register_rectangle(int registration_mode,
418                                        Rectangle *original,
419                                        Rectangle *result) {
420   scalar_t alpha, beta , xc, yc, w, h;
421
422   alpha = (original->xmin + original->xmax) * 0.5;
423   beta  = (original->ymin + original->ymax) * 0.5;
424
425   switch(registration_mode) {
426
427   case RM_HEAD:
428     {
429       xc = _head_xc + alpha * _head_ux + beta * _head_vx;
430       yc = _head_yc + alpha * _head_uy + beta * _head_vy;
431       w = (original->xmax - original->xmin) * _head_window_scaling;
432       h = (original->ymax - original->ymin) * _head_window_scaling;
433     }
434     break;
435
436   case RM_HEAD_NO_POLARITY:
437     {
438       xc = _head_xc + alpha * _head_ux_nopolarity + beta * _head_vx_nopolarity;
439       yc = _head_yc + alpha * _head_uy_nopolarity + beta * _head_vy_nopolarity;
440       w = (original->xmax - original->xmin) * _head_window_scaling;
441       h = (original->ymax - original->ymin) * _head_window_scaling;
442     }
443     break;
444
445   case RM_BELLY:
446     {
447       xc = _belly_xc + alpha * _belly_ux + beta * _belly_vx;
448       yc = _belly_yc + alpha * _belly_uy + beta * _belly_vy;
449       w = (original->xmax - original->xmin) * _belly_window_scaling;
450       h = (original->ymax - original->ymin) * _belly_window_scaling;
451     }
452     break;
453
454   case RM_BELLY_NO_POLARITY:
455     {
456       xc = _belly_xc + alpha * _belly_ux_nopolarity + beta * _belly_vx_nopolarity;
457       yc = _belly_yc + alpha * _belly_uy_nopolarity + beta * _belly_vy_nopolarity;
458       w = (original->xmax - original->xmin) * _belly_window_scaling;
459       h = (original->ymax - original->ymin) * _belly_window_scaling;
460     }
461     break;
462
463   case RM_HEAD_BELLY:
464   case RM_HEAD_BELLY_EDGES:
465     {
466       xc = _head_belly_xc + alpha * _head_belly_ux + beta * _head_belly_vx;
467       yc = _head_belly_yc + alpha * _head_belly_uy + beta * _head_belly_vy;
468       w = (original->xmax - original->xmin) * _head_window_scaling;
469       h = (original->ymax - original->ymin) * _head_window_scaling;
470     }
471     break;
472
473   default:
474     cerr << "Undefined registration mode." << endl;
475     abort();
476   }
477
478   result->xmin = xc - 0.5 * w;
479   result->ymin = yc - 0.5 * h;
480   result->xmax = xc + 0.5 * w;
481   result->ymax = yc + 0.5 * h;
482
483   ASSERT(result->xmin < result->xmax && result->ymin < result->ymax);
484 }
485
486 int PiReferential::register_edge(int registration_mode, int edge_type) {
487
488   if(edge_type >= RichImage::first_edge_tag &&
489      edge_type < RichImage::first_edge_tag + RichImage::nb_edge_tags) {
490
491     int e = edge_type - RichImage::first_edge_tag;
492
493     switch(registration_mode) {
494     case PiReferential::RM_HEAD_NO_POLARITY:
495     case PiReferential::RM_BELLY_NO_POLARITY:
496       break;
497
498     case PiReferential::RM_HEAD:
499     case PiReferential::RM_BELLY:
500     case PiReferential::RM_HEAD_BELLY:
501       if(_horizontal_polarity < 0) {
502         e = (RichImage::nb_edge_tags - e) % RichImage::nb_edge_tags;
503       }
504       break;
505
506     case PiReferential::RM_HEAD_BELLY_EDGES:
507       if(_horizontal_polarity < 0) {
508         e = (RichImage::nb_edge_tags - e) % RichImage::nb_edge_tags;
509       }
510       e += _head_belly_edge_shift;
511       break;
512
513     default:
514       cerr << "INCONSISTENCY" << endl;
515       abort();
516     }
517
518     e = e % RichImage::nb_edge_tags;
519
520     return RichImage::first_edge_tag + e;
521
522   }
523
524   else return edge_type;
525 }
526
527 void PiReferential::draw(RGBImage *image, int level) {
528   int x1, y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4;
529
530   if(level >= 1) {
531
532     // Draw the RM_BELLY reference frame
533
534     x1 = int(_belly_xc + _belly_ux + _belly_vx);
535     y1 = int(_belly_yc + _belly_uy + _belly_vy);
536     x2 = int(_belly_xc - _belly_ux + _belly_vx);
537     y2 = int(_belly_yc - _belly_uy + _belly_vy);
538     x3 = int(_belly_xc - _belly_ux - _belly_vx);
539     y3 = int(_belly_yc - _belly_uy - _belly_vy);
540     x4 = int(_belly_xc + _belly_ux - _belly_vx);
541     y4 = int(_belly_yc + _belly_uy - _belly_vy);
542
543     draw_frame(image, RM_BELLY, x1, y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4);
544
545     // Draw the RM_HEAD_BELLY reference frame
546
547     x1 = int(_head_belly_xc + _head_belly_ux + _head_belly_vx);
548     y1 = int(_head_belly_yc + _head_belly_uy + _head_belly_vy);
549     x2 = int(_head_belly_xc - _head_belly_ux + _head_belly_vx);
550     y2 = int(_head_belly_yc - _head_belly_uy + _head_belly_vy);
551     x3 = int(_head_belly_xc - _head_belly_ux - _head_belly_vx);
552     y3 = int(_head_belly_yc - _head_belly_uy - _head_belly_vy);
553     x4 = int(_head_belly_xc + _head_belly_ux - _head_belly_vx);
554     y4 = int(_head_belly_yc + _head_belly_uy - _head_belly_vy);
555
556     draw_frame(image, RM_HEAD_BELLY, x1, y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4);
557   }
558
559   // Draw the RM_HEAD reference frame
560
561   x1 = int(_head_xc + _head_ux + _head_vx);
562   y1 = int(_head_yc + _head_uy + _head_vy);
563   x2 = int(_head_xc - _head_ux + _head_vx);
564   y2 = int(_head_yc - _head_uy + _head_vy);
565   x3 = int(_head_xc - _head_ux - _head_vx);
566   y3 = int(_head_yc - _head_uy - _head_vy);
567   x4 = int(_head_xc + _head_ux - _head_vx);
568   y4 = int(_head_yc + _head_uy - _head_vy);
569
570   draw_frame(image, RM_HEAD, x1, y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4);
571 }
572
573 void PiReferential::print_registration_mode(ostream *out, int registration_mode) {
574   switch(registration_mode) {
575   case RM_HEAD:
576     (*out) << "RM_HEAD";
577     break;
578   case RM_HEAD_NO_POLARITY:
579     (*out) << "RM_HEAD_NO_POLARITY";
580     break;
581   case RM_BELLY:
582     (*out) << "RM_BELLY";
583     break;
584   case RM_BELLY_NO_POLARITY:
585     (*out) << "RM_BELLY_NO_POLARITY";
586     break;
587   case RM_HEAD_BELLY:
588     (*out) << "RM_HEAD_BELLY";
589     break;
590   case RM_HEAD_BELLY_EDGES:
591     (*out) << "RM_HEAD_BELLY_EDGES";
592     break;
593   default:
594     abort();
595   }
596 }