source:trunk/GSASIIimage.py@230

Last change on this file since 230 was 230, checked in by vondreele, 11 years ago

• Property svn:keywords set to Date Author Revision URL Id
File size: 19.6 KB
Line
1#GSASII image calculations: ellipse fitting & image integration
2########### SVN repository information ###################
3# \$Date: 2011-01-07 19:27:24 +0000 (Fri, 07 Jan 2011) \$
4# \$Author: vondreele \$
5# \$Revision: 230 \$
6# \$URL: trunk/GSASIIimage.py \$
7# \$Id: GSASIIimage.py 230 2011-01-07 19:27:24Z vondreele \$
8########### SVN repository information ###################
9import math
10import wx
11import time
12import numpy as np
13import numpy.linalg as nl
14import GSASIIpath
15import GSASIIplot as G2plt
16import GSASIIlattice as G2lat
17
18# trig functions in degrees
19sind = lambda x: math.sin(x*math.pi/180.)
20asind = lambda x: 180.*math.asin(x)/math.pi
21tand = lambda x: math.tan(x*math.pi/180.)
22atand = lambda x: 180.*math.atan(x)/math.pi
23atan2d = lambda y,x: 180.*math.atan2(y,x)/math.pi
24cosd = lambda x: math.cos(x*math.pi/180.)
25acosd = lambda x: 180.*math.acos(x)/math.pi
26rdsq2d = lambda x,p: round(1.0/math.sqrt(x),p)
27#numpy versions
28npsind = lambda x: np.sin(x*np.pi/180.)
29npasind = lambda x: 180.*np.arcsin(x)/np.pi
30npcosd = lambda x: np.cos(x*np.pi/180.)
31nptand = lambda x: np.tan(x*np.pi/180.)
32npatand = lambda x: 180.*np.arctan(x)/np.pi
33npatan2d = lambda y,x: 180.*np.arctan2(y,x)/np.pi
34
35def pointInPolygon(pXY,xy):
36    #pXY - assumed closed 1st & last points are duplicates
37    Inside = False
38    N = len(pXY)
39    p1x,p1y = pXY[0]
40    for i in range(N+1):
41        p2x,p2y = pXY[i%N]
42        if (max(p1y,p2y) >= xy[1] > min(p1y,p2y)) and (xy[0] <= max(p1x,p2x)):
43            if p1y != p2y:
44                xinters = (xy[1]-p1y)*(p2x-p1x)/(p2y-p1y)+p1x
45            if p1x == p2x or xy[0] <= xinters:
46                Inside = not Inside
47        p1x,p1y = p2x,p2y
48    return Inside
49
50def makeMat(Angle,Axis):
51    #Make rotation matrix from Angle in degrees,Axis =0 for rotation about x, =1 for about y, etc.
52    cs = cosd(Angle)
53    ss = sind(Angle)
54    M = np.array(([1.,0.,0.],[0.,cs,-ss],[0.,ss,cs]),dtype=np.float32)
55    return np.roll(np.roll(M,Axis,axis=0),Axis,axis=1)
56
57def FitRing(ring):
58    Err,parms = FitCircle(ring)
59    Err /= len(ring)
60#    print 'circle error:','%8f'%(Err)
61    if Err > 20000.:
62        eparms = FitEllipse(ring)
63        if eparms:
64            parms = eparms
65    return parms
66
67def FitCircle(ring):
68
69    def makeParmsCircle(B):
70        cent = [-B[0]/2,-B[1]/2]
71        phi = 0.
72        sr1 = sr2 = math.sqrt(cent[0]**2+cent[1]**2-B[2])
73        return cent,phi,[sr1,sr2]
74
75    ring = np.array(ring)
76    x = np.asarray(ring.T[0])
77    y = np.asarray(ring.T[1])
78
79    M = np.array((x,y,np.ones_like(x)))
80    B = np.array(-(x**2+y**2))
81    result = nl.lstsq(M.T,B)
82    return result[1],makeParmsCircle(result[0])
83
84def FitEllipse(ring):
85
86    def makeParmsEllipse(B):
87        det = 4.*(1.-B[0]**2)-B[1]**2
88        if det < 0.:
89            print 'hyperbola!'
90            return 0
91        elif det == 0.:
92            print 'parabola!'
93            return 0
94        cent = [(B[1]*B[3]-2.*(1.-B[0])*B[2])/det, \
95            (B[1]*B[2]-2.*(1.+B[0])*B[3])/det]
96        phi = 0.5*atand(0.5*B[1]/B[0])
97
98        a = (1.+B[0])/cosd(2*phi)
99        b = 2.-a
100        f = (1.+B[0])*cent[0]**2+(1.-B[0])*cent[1]**2+B[1]*cent[0]*cent[1]-B[4]
101        if f/a < 0 or f/b < 0:
102            return 0
103        sr1 = math.sqrt(f/a)
104        sr2 = math.sqrt(f/b)
105        if sr1 > sr2:
106            sr1,sr2 = sr2,sr1
107            phi -= 90.
108            if phi < -90.:
109                phi += 180.
110        return cent,phi,[sr1,sr2]
111
112    ring = np.array(ring)
113    x = np.asarray(ring.T[0])
114    y = np.asarray(ring.T[1])
115    M = np.array((x**2-y**2,x*y,x,y,np.ones_like(x)))
116    B = np.array(-(x**2+y**2))
117    result = nl.lstsq(M.T,B)
118    return makeParmsEllipse(result[0])
119
120def FitDetector(rings,p0,wave):
121    from scipy.optimize import leastsq
122    def ellipseCalc(B,xyd,wave):
123        x = xyd[0]
124        y = xyd[1]
125        dsp = xyd[2]
126        dist,x0,y0,phi,tilt = B
127        tth = 2.0*npasind(wave/(2.*dsp))
128        ttth = nptand(tth)
130        stth = npsind(tth)
131        cosb = npcosd(tilt)
132        R1 = dist*stth*npcosd(tth)*cosb/(cosb**2-stth**2)
134        zdis = R1*ttth*nptand(tilt)
135        X = x-x0+zdis*npsind(phi)
136        Y = y-y0-zdis*npcosd(phi)
137        XR = X*npcosd(phi)-Y*npsind(phi)
138        YR = X*npsind(phi)+Y*npcosd(phi)
139        return (XR/R0)**2+(YR/R1)**2-1
140    result = leastsq(ellipseCalc,p0,args=(rings.T,wave))
141    return result[0]
142
143def ImageLocalMax(image,w,Xpix,Ypix):
144    w2 = w*2
145    size = len(image)
146    xpix = int(Xpix)            #get reference corner of pixel chosen
147    ypix = int(Ypix)
148    if (w < xpix < size-w) and (w < ypix < size-w) and image[ypix,xpix]:
149        Z = image[ypix-w:ypix+w,xpix-w:xpix+w]
150        Zmax = np.argmax(Z)
151        Zmin = np.argmin(Z)
152        xpix += Zmax%w2-w
153        ypix += Zmax/w2-w
154        return xpix,ypix,np.ravel(Z)[Zmax],np.ravel(Z)[Zmin]
155    else:
156        return 0,0,0,0
157
158def makeRing(dsp,ellipse,pix,reject,scalex,scaley,image):
160    cphi = cosd(phi)
161    sphi = sind(phi)
162    ring = []
163    for a in range(-180,180,2):
166        X = (cphi*x-sphi*y+cent[0])*scalex      #convert mm to pixels
167        Y = (sphi*x+cphi*y+cent[1])*scaley
168        X,Y,I,J = ImageLocalMax(image,pix,X,Y)
169        if I and J and I/J > reject:
170            X += .5                             #set to center of pixel
171            Y += .5
172            X /= scalex                         #convert to mm
173            Y /= scaley
174            ring.append([X,Y,dsp])
175    if len(ring) < 20:             #want more than 1/4 of a circle
176        return []
177    return ring
178
179def makeIdealRing(ellipse,azm=None):
181    cphi = cosd(phi)
182    sphi = sind(phi)
183    ring = []
184    if azm:
185        aR = azm[0],azm[1],1
186        if azm[1]-azm[0] > 180:
187            aR[2] = 2
188    else:
189        aR = 0,362,2
190    for a in range(aR[0],aR[1],aR[2]):
193        X = (cphi*x-sphi*y+cent[0])
194        Y = (sphi*x+cphi*y+cent[1])
195        ring.append([X,Y])
196    return ring
197
199    stth = sind(tth)
200    ctth = cosd(tth)
201    ttth = tand(tth)
203
206    if cosB > 1.:
207        return 0.,1.
208    else:
209        cosb = math.sqrt(1.-sinb**2)
210        ttth = tand(tth)
212        return zdis,cosB
213
214def GetEllipse(dsp,data):
215    dist = data['distance']
216    cent = data['center']
217    tilt = data['tilt']
218    phi = data['rotation']
220    tth = 2.0*asind(data['wavelength']/(2.*dsp))
221    ttth = tand(tth)
222    stth = sind(tth)
223    ctth = cosd(tth)
224    cosb = cosd(tilt)
230        elcent = [cent[0]-zdis*sind(phi),cent[1]+zdis*cosd(phi)]
232    else:
233        return False
234
235def GetDetectorXY(dsp,azm,data):
236    from scipy.optimize import fsolve
237    def func(xy,*args):
238       azm,phi,R0,R1,A,B = args
239       cp = cosd(phi)
240       sp = sind(phi)
241       x,y = xy
242       out = []
243       out.append(y-x*tand(azm))
244       out.append(R0**2*((x+A)*sp-(y+B)*cp)**2+R1**2*((x+A)*cp+(y+B)*sp)**2-(R0*R1)**2)
245       return out
247    cent = data['center']
248    tilt = data['tilt']
249    phi = data['rotation']
250    wave = data['wavelength']
251    dist = data['distance']
252    tth = 2.0*asind(wave/(2.*dsp))
253    ttth = tand(tth)
255    stth = sind(tth)
256    cosb = cosd(tilt)
257    R1 = dist*stth*cosd(tth)*cosb/(cosb**2-stth**2)
259    zdis = R1*ttth*tand(tilt)
260    A = zdis*sind(phi)
261    B = -zdis*cosd(phi)
263    xy = fsolve(func,xy0,args=(azm,phi,R0,R1,A,B))+cent
264    return xy
265
266def GetTthAzmDsp(x,y,data):
267    wave = data['wavelength']
268    dist = data['distance']
269    cent = data['center']
270    tilt = data['tilt']
271    phi = data['rotation']
272    dx = np.array(x-cent[0],dtype=np.float32)
273    dy = np.array(y-cent[1],dtype=np.float32)
274    X = np.array(([dx,dy,np.zeros_like(dx)]),dtype=np.float32).T
275    X = np.dot(X,makeMat(phi,2))
276    Z = np.dot(X,makeMat(tilt,0)).T[2]
277    tth = npatand(np.sqrt(dx**2+dy**2-Z**2)/(dist-Z))
278    dsp = wave/(2.*npsind(tth/2.))
279    azm = npatan2d(dy,dx)
280    return tth,azm,dsp
281
282def GetTth(x,y,data):
283    return GetTthAzmDsp(x,y,data)[0]
284
285def GetTthAzm(x,y,data):
286    return GetTthAzmDsp(x,y,data)[0:2]
287
288def GetDsp(x,y,data):
289    return GetTthAzmDsp(x,y,data)[2]
290
291def GetAzm(x,y,data):
292    return GetTthAzmDsp(x,y,data)[1]
293
294def ImageCompress(image,scale):
295    if scale == 1:
296        return image
297    else:
298        return image[::scale,::scale]
299
300def ImageCalibrate(self,data):
301    import copy
302    import ImageCalibrants as calFile
303    print 'image calibrate'
304    ring = data['ring']
305    pixelSize = data['pixelSize']
306    scalex = 1000./pixelSize[0]
307    scaley = 1000./pixelSize[1]
308    pixLimit = data['pixLimit']
309    cutoff = data['cutoff']
310    if len(ring) < 5:
311        print 'not enough inner ring points for ellipse'
312        return False
313
314    #fit start points on inner ring
315    data['ellipses'] = []
316    outE = FitRing(ring)
317    if outE:
318        print 'start ellipse:',outE
319        ellipse = outE
320    else:
321        return False
322
323    #setup 180 points on that ring for "good" fit
324    Ring = makeRing(1.0,ellipse,pixLimit,cutoff,scalex,scaley,self.ImageZ)
325    if Ring:
326        ellipse = FitRing(Ring)
327        Ring = makeRing(1.0,ellipse,pixLimit,cutoff,scalex,scaley,self.ImageZ)    #do again
328        ellipse = FitRing(Ring)
329    else:
330        print '1st ring not sufficiently complete to proceed'
331        return False
332    print 'inner ring:',ellipse
333    data['center'] = copy.copy(ellipse[0])           #not right!! (but useful for now)
334    data['ellipses'].append(ellipse[:]+('r',))
335    G2plt.PlotImage(self)
336
337    #setup for calibration
338    data['rings'] = []
339    data['ellipses'] = []
340    if not data['calibrant']:
341        print 'no calibration material selected'
342        return True
343
344    Bravais,cell,skip,limits = calFile.Calibrants[data['calibrant']]
345    A = G2lat.cell2A(cell)
346    wave = data['wavelength']
347    cent = data['center']
349    HKL = G2lat.GenHBravais(limits[0],Bravais,A)[skip:]
350    dsp = HKL[0][3]
351    tth = 2.0*asind(wave/(2.*dsp))
352    ttth = tand(tth)
353    data['distance'] = dist = calcDist(radii,tth)
356    cent1 = []
357    cent2 = []
358    xSum = 0
359    ySum = 0
360    zxSum = 0
361    zySum = 0
362    phiSum = 0
363    tiltSum = 0
364    distSum = 0
365    Zsum = 0
366    for i,H in enumerate(HKL):
367        dsp = H[3]
368        tth = 2.0*asind(0.5*wave/dsp)
369        stth = sind(tth)
370        ctth = cosd(tth)
371        ttth = tand(tth)
377        zsinp = zdis*sind(phi)
378        zcosp = zdis*cosd(phi)
379        cent = data['center']
380        elcent = [cent[0]+zsinp,cent[1]-zcosp]
382        Ring = makeRing(dsp,ellipse,pixLimit,cutoff,scalex,scaley,self.ImageZ)
383        if Ring:
384            numZ = len(Ring)
385            data['rings'].append(np.array(Ring))
386            ellipse = FitRing(Ring)
388            if abs(phi) > 45. and phi < 0.:
389                phi += 180.
391            distR = 1.-dist/data['distance']
392            if distR > 0.001:
393                print 'Wavelength too large?'
394            elif distR < -0.001:
395                print 'Wavelength too small?'
396            else:
398                    print 'Bad fit for ring # %i. Try reducing Pixel search range'%(i)
399                    return False
401            Tilt = acosd(cosB)          # 0 <= tilt <= 90
402            zsinp = zdis*sind(ellipse[1])
403            zcosp = zdis*cosd(ellipse[1])
404            cent1.append(np.array([elcent[0]+zsinp,elcent[1]-zcosp]))
405            cent2.append(np.array([elcent[0]-zsinp,elcent[1]+zcosp]))
406            if i:
407                d1 = cent1[-1]-cent1[-2]        #get shift of 2 possible center solutions
408                d2 = cent2[-1]-cent2[-2]
409                if np.dot(d2,d2) > np.dot(d1,d1):  #right solution is the larger shift
410                    data['center'] = cent1[-1]
411                else:
412                    data['center'] = cent2[-1]
413                Zsum += numZ
414                phiSum += numZ*phi
415                distSum += numZ*dist
416                xSum += numZ*data['center'][0]
417                ySum += numZ*data['center'][1]
418                tiltSum += numZ*abs(Tilt)
419            cent = data['center']
420            print ('for ring # %2i dist %.3f rotate %6.2f tilt %6.2f Xcent %.3f Ycent %.3f Npts %d'
421                %(i,dist,phi,Tilt,cent[0],cent[1],numZ))
422            data['ellipses'].append(copy.deepcopy(ellipse+('r',)))
423            G2plt.PlotImage(self)
424        else:
425            break
426    fullSize = len(self.ImageZ)/scalex
428        print 'Are all usable rings (>25% visible) used? Try reducing Min ring I/Ib'
429    if not Zsum:
430        print 'Only one ring fitted. Check your wavelength.'
431        return False
432    cent = data['center'] = [xSum/Zsum,ySum/Zsum]
433    wave = data['wavelength']
434    dist = data['distance'] = distSum/Zsum
435
436    #possible error if no. of rings < 3! Might need trap here
437    d1 = cent1[-1]-cent1[1]             #compare last ring to 2nd ring
438    d2 = cent2[-1]-cent2[1]
439    Zsign = 1
440    len1 = math.sqrt(np.dot(d1,d1))
441    len2 = math.sqrt(np.dot(d2,d2))
442    t1 = d1/len1
443    t2 = d2/len2
444    if len2 > len1:
445        if -135. < atan2d(t2[1],t2[0]) < 45.:
446            Zsign = -1
447    else:
448        if -135. < atan2d(t1[1],t1[0]) < 45.:
449            Zsign = -1
450
451    tilt = data['tilt'] = Zsign*tiltSum/Zsum
452    phi = data['rotation'] = phiSum/Zsum
453    rings = np.concatenate((data['rings']),axis=0)
454    p0 = [dist,cent[0],cent[1],phi,tilt]
455    result = FitDetector(rings,p0,wave)
456    data['distance'] = result[0]
457    data['center'] = result[1:3]
458    data['rotation'] = np.mod(result[3],360.0)
459    data['tilt'] = result[4]
460    N = len(data['ellipses'])
461    data['ellipses'] = []           #clear away individual ellipse fits
462    for H in HKL[:N]:
463        ellipse = GetEllipse(H[3],data)
464        data['ellipses'].append(copy.deepcopy(ellipse+('b',)))
465    G2plt.PlotImage(self)
466    return True
467
469    import numpy.ma as ma
471    #transforms 2D image from x,y space to 2-theta,azimuth space based on detector orientation
472    pixelSize = data['pixelSize']
473    scalex = pixelSize[0]/1000.
474    scaley = pixelSize[1]/1000.
475
476    tay,tax = np.mgrid[iLim[0]+0.5:iLim[1]+.5,jLim[0]+.5:jLim[1]+.5]         #bin centers not corners
477    tax = np.asfarray(tax*scalex,dtype=np.float32)
478    tay = np.asfarray(tay*scaley,dtype=np.float32)
479    nI = iLim[1]-iLim[0]
480    nJ = jLim[1]-jLim[0]
485    for polygon in polygons:
488            tax.flatten(),tay.flatten(),len(polygon),polygon,tamp)))
489    if tam.shape: tam = np.reshape(tam,(nI,nJ))
490    for X,Y,diam in spots:
492    return GetTthAzm(tax,tay,data),tam           #2-theta & azimuth arrays & position mask
493
495    import numpy.ma as ma
499    nJ = len(image)
500    nI = len(image[0])
501    TA = np.reshape(TA,(2,nI,nJ))
502    TA = np.dstack((ma.getdata(TA[1]),ma.getdata(TA[0])))    #azimuth, 2-theta
503    tax,tay = np.dsplit(TA,2)    #azimuth, 2-theta
504    for tth,thick in rings:
506    for tth,azm,thick in arcs:
514    del(tam)
515    return tax,tay,taz
516
518    import histogram2d as h2d
519    print 'Begin image integration'
520    LUtth = data['IOtth']
521    if data['fullIntegrate']:
522        LRazm = [-180,180]
523    else:
524        LRazm = data['LRazimuth']
525    numAzms = data['outAzimuths']
526    numChans = data['outChannels']
527    Dtth = (LUtth[1]-LUtth[0])/numChans
528    Dazm = (LRazm[1]-LRazm[0])/numAzms
529    NST = np.zeros(shape=(numAzms,numChans),dtype=np.int,order='F')
530    H0 = np.zeros(shape=(numAzms,numChans),order='F',dtype=np.float32)
531    imageN = len(image)
532    nBlks = (imageN-1)/1024+1
533    dlg = wx.ProgressDialog("Elapsed time","2D image integration",nBlks*nBlks*3+3,
534        style = wx.PD_ELAPSED_TIME|wx.PD_AUTO_HIDE)
535    try:
536        t0 = time.time()
537        Nup = 0
538        dlg.Update(Nup)
539        for iBlk in range(nBlks):
540            iBeg = iBlk*1024
541            iFin = min(iBeg+1024,imageN)
542            for jBlk in range(nBlks):
543                jBeg = jBlk*1024
544                jFin = min(jBeg+1024,imageN)
545                print 'Process map block',iBlk,jBlk,iBeg,iFin,jBeg,jFin
546                TA,tam = Make2ThetaAzimuthMap(data,masks,(iBeg,iFin),(jBeg,jFin))           #2-theta & azimuth arrays & create position mask
547                Nup += 1
548                dlg.Update(Nup)
549                Block = image[iBeg:iFin,jBeg:jFin]
551                del TA,tam
552                Nup += 1
553                dlg.Update(Nup)
554                NST,H0 = h2d.histogram2d(len(tax),tax,tay,taz,numAzms,numChans,LRazm,LUtth,Dazm,Dtth,NST,H0)
555                del tax,tay,taz
556                Nup += 1
557                dlg.Update(Nup)
558        H0 = np.nan_to_num(np.divide(H0,NST))
559        del NST
560        if Dtth:
561            H2 = [tth for tth in np.linspace(LUtth[0],LUtth[1],numChans+1)]
562        else:
563            H2 = LUtth
564        if Dazm:
565            H1 = [azm for azm in np.linspace(LRazm[0],LRazm[1],numAzms+1)]
566        else:
567            H1 = LRazm
568        Nup += 1
569        dlg.Update(Nup)
570        t1 = time.time()
571    finally:
572        dlg.Destroy()
573    print 'Integration complete'
574    print "Elapsed time:","%8.3f"%(t1-t0), "s"
575    return H0,H1,H2
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.