// Hough変換(直線)画像から抽出した直線と，元の２値画像を合成したグレイスケール画像を作成するプログラム
// （２値画像は，背景(黒)：MIN_GRAY_LEVEL，図形(白)：MAX_GRAY_LEVELのグレイスケール画像とする。）
// プログラム名：hough_inv.cpp

// Hough変換(直線)
//  図形画素(x, y)とするとき，
//    ρ = x * cosθ + y * sinθ     (1)
//  をθ-ρ平面上に曲線として表す。
//  すべての図形画素についてHough平面(θ-ρ)上に曲線で表し，重なりを度数で計算する。
//  ここで，0°≦θ＜180°，|ρ|≦sqrt(２値画像のピクセル数^2 ＋ ２値画像のライン数^2)
//
// Hough逆変換(直線)
//  θ-ρ平面上の点(θ,ρ)に対する直線は，(1)より
//    x = (ρ - y * sinθ) / cosθ
//    y = (ρ - x * cosθ) / sinθ
// となる。

#include "eps-header.hh"

// Hough変換(直線)された画像から直線を抽出し，処理済画像に入れる関数
void hough_inv_lines(
	class  image& src,			// 元画像クラス(入力)
	class  image& hgh,			// Hough変換(直線)されたHough画像クラス(入力)
	class  image& dst,			// 処理済画像クラス(出力)
	unsigned char th_line,		// Hough画像で直線とみなす閾値
	double reso_theta,			// 抽出する直線に対するθの解像度[°]
	double reso_rho)			// 抽出する直線に対するρの解像度[画素]
{
	if (src.p == NULL) {
		printf("Hough変換(直線)された画像がありません。");
		return;
	}

	printf("\nHough変換(直線)された画像から直線を抽出します。\n\n");

	int src_nr_lines  = src.get_nr_lines();		// 元画像のライン数   (縦の画素数)
	int src_nr_pixels = src.get_nr_pixels();	// 元画像のピクセル数 (横の画素数)

	int hgh_nr_lines  = hgh.get_nr_lines();		// Hough画像のライン数   (縦の画素数)
	int hgh_nr_pixels = hgh.get_nr_pixels();	// Hough画像のピクセル数 (横の画素数)

	double delta_theta = 180.0 / hgh_nr_pixels;		// θ°の精度
	double delta_rho   = hgh_nr_lines /
	                    (2.0 * sqrt((double)src_nr_pixels * (double)src_nr_pixels + (double)src_nr_lines * (double)src_nr_lines));		// ρ[画素]の精度

	int hgh_reso_theta = (int)(reso_theta / delta_theta + 0.5);
	int hgh_reso_rho   = (int)(reso_rho   / delta_rho   + 0.5);

	if (delta_theta <= 0.1 || 10.0 <= delta_theta) {
		printf("θ°の精度 %lfは，0.1以上10.0以下としてください。\n", delta_theta);
		return;
	}
	if (delta_rho <= 0.1 || 10.0 <= delta_rho) {
		printf("ρの精度 %lfは，0.1以上10.0以下としてください。\n", delta_rho);
		return;
	}
	printf("θ°(%5d≦θ＜%5d)の精度は，%5.2lfです。\n", 0, 180, delta_theta);
	printf("ρ　(%+5d≦ρ≦%+5d)の精度は，%5.2lfです。\n", -hgh_nr_lines / 2, hgh_nr_lines / 2, delta_rho);
	printf("Hough画像で，%d以上の点を直線の候補とします。\n", th_line);
	printf("抽出する直線に対するθの解像度は，%5.2lf°です。\n",   reso_theta);
	printf("                    ρの解像度は，%5.2lf画素です。\n", reso_rho);
	printf("\n");

	int dst_nr_lines  = src_nr_lines;	// 処理済画像のライン数   (縦の画素数)
	int dst_nr_pixels = src_nr_pixels;	// 処理済画像のピクセル数 (横の画素数)
	dst.gmake(dst_nr_lines, dst_nr_pixels);		// 処理済画像の配列を確保

	// 元の２値画像のうち図形(白)を灰色にして処理済画像にコピーする。
	for (int iy_dst = 0; iy_dst < dst_nr_lines; iy_dst ++) {
		for (int ix_dst = 0; ix_dst < dst_nr_pixels; ix_dst ++) {
			dst.p[iy_dst][ix_dst] = MIN_GRAY_LEVEL;
			if (src.p[iy_dst][ix_dst] == MAX_GRAY_LEVEL) {
				dst.p[iy_dst][ix_dst] = (MIN_GRAY_LEVEL + MAX_GRAY_LEVEL) / 2;
			}
		}
	}

	// Hough画像から直線を抽出する。
	int line_count = 0;
	while(true) {
		// 現時点のHough画像の最大値を求める。
		int max_hgh = hgh.p[0][0];
		int iy_hgh_max = 0;		// ρ方向
		int ix_hgh_max = 0;		// θ方向
		for (int iy_hgh = 0; iy_hgh < hgh_nr_lines; iy_hgh ++) {
			for (int ix_hgh = 0; ix_hgh < hgh_nr_pixels; ix_hgh ++) {
				if (max_hgh < hgh.p[iy_hgh][ix_hgh]) {
					max_hgh = hgh.p[iy_hgh][ix_hgh];
					iy_hgh_max = iy_hgh;
					ix_hgh_max = ix_hgh;
				}
			}
		}
		if (max_hgh < th_line) {
			printf("\nHough画像からの直線の抽出を終わります。\n");
			break;
		}
		printf("第%4d番目の直線を抽出しました。\n", line_count + 1);
		line_count ++;

		double theta =  ix_hgh_max * delta_theta;
		double rho   = (iy_hgh_max - (hgh_nr_lines / 2)) * delta_rho;
		printf("Hough平面上のθ=%8.2lf, ρ=%8.2lfで，最大値 %4d が抽出されました。\n", theta, rho, max_hgh);

		// 最大値周辺を指定された解像度に従って，その周囲領域をゼロにする。
		for (int iy_hgh = iy_hgh_max - (hgh_reso_rho / 2); iy_hgh < iy_hgh_max + (hgh_reso_rho / 2); iy_hgh ++) {
			for (int ix_hgh = ix_hgh_max - (hgh_reso_theta / 2); ix_hgh < ix_hgh_max + (hgh_reso_theta / 2); ix_hgh ++) {
				if (0 <= iy_hgh && iy_hgh < hgh_nr_lines &&
				    0 <= ix_hgh && ix_hgh < hgh_nr_pixels) {
					hgh.p[iy_hgh][ix_hgh] = 0;
				}
			}
		}

		// 処理済画像上に抽出された直線を描画する。
		double sin_val = sin(theta * PI / 180.0);
		double cos_val = cos(theta * PI / 180.0);
		if (45.0 <= theta && theta <= 135.0) {
			for (int ix_dst = 0; ix_dst < dst_nr_pixels; ix_dst ++) {
				int iy_dst = (int)((rho - ix_dst * cos_val) / sin_val + 0.5);
				if (0 <= iy_dst && iy_dst < dst_nr_lines) {
					dst.p[iy_dst][ix_dst] = MAX_GRAY_LEVEL;
				}
			}

		} else {
			for (int iy_dst = 0; iy_dst < dst_nr_lines; iy_dst ++) {
				int ix_dst = (int)((rho - iy_dst * sin_val) / cos_val + 0.5);
				if (0 <= ix_dst && ix_dst < dst_nr_pixels) {
					dst.p[iy_dst][ix_dst] = MAX_GRAY_LEVEL;
				}
			}
		}
	}
}

// プログラムの開始位置
int main()
{
	class image src;	// 元画像クラスを宣言
	class image hgh;	// Hough画像クラスを宣言
	class image dst;	// 処理済画像クラスを宣言

	printf("\n元の２値画像を入力してください。\n");
	src.gload();		// 元画像をBMPファイルから読み込む
						// BMPファイルを指定したい場合は，
						//   src.gload("パス付きBMPファイル名");
						// とする。

	printf("\nHough変換(直線)した画像を入力してください。\n");
	hgh.gload();		// Hough変換(直線)した画像をBMPファイルから読み込む
						// BMPファイルを指定したい場合は，
						//   hgh.gload("パス付きBMPファイル名");
						// とする。

	// Hough変換(直線)された画像から直線を抽出し，処理済画像に入れる
	hough_inv_lines(
		src,			// 元画像クラス(入力)
		hgh,			// Hough変換(直線)されたHough画像クラス(入力)
		dst,			// 処理済画像クラス(出力)
		100,			// Hough画像で直線とみなす閾値
		10.0,			// 抽出する直線に対するθの解像度[°]
		20.0);			// 抽出する直線に対するρの解像度[画素]


	printf("\n元の２値画像に抽出した直線を重ねた画像を出力します。\n");
	dst.gsave();		// 処理済画像をBMPファイルに保存する
						// BMPファイルを指定したい場合は，
						//   dst.gsave("パス付きBMPファイル名");
						// とする。
}