source: sasview/src/sas/sascalc/dataloader/manipulations.py @ ed2276f

ESS_GUIESS_GUI_DocsESS_GUI_batch_fittingESS_GUI_bumps_abstractionESS_GUI_iss1116ESS_GUI_iss879ESS_GUI_iss959ESS_GUI_openclESS_GUI_orderingESS_GUI_sync_sascalccostrafo411magnetic_scattrelease-4.2.2ticket-1009ticket-1094-headlessticket-1242-2d-resolutionticket-1243ticket-1249ticket885unittest-saveload
Last change on this file since ed2276f was ed2276f, checked in by GitHub <noreply@…>, 7 years ago

Merge branch 'master' into numpy_import

  • Property mode set to 100644
File size: 38.2 KB
Line 
1"""
2Data manipulations for 2D data sets.
3Using the meta data information, various types of averaging
4are performed in Q-space
5"""
6#####################################################################
7#This software was developed by the University of Tennessee as part of the
8#Distributed Data Analysis of Neutron Scattering Experiments (DANSE)
9#project funded by the US National Science Foundation.
10#See the license text in license.txt
11#copyright 2008, University of Tennessee
12######################################################################
13
14#TODO: copy the meta data from the 2D object to the resulting 1D object
15import math
16import numpy as np
17
18#from data_info import plottable_2D
19from data_info import Data1D
20
21
22def get_q(dx, dy, det_dist, wavelength):
23    """
24    :param dx: x-distance from beam center [mm]
25    :param dy: y-distance from beam center [mm]
26    :return: q-value at the given position
27    """
28    # Distance from beam center in the plane of detector
29    plane_dist = math.sqrt(dx * dx + dy * dy)
30    # Half of the scattering angle
31    theta = 0.5 * math.atan(plane_dist / det_dist)
32    return (4.0 * math.pi / wavelength) * math.sin(theta)
33
34
35def get_q_compo(dx, dy, det_dist, wavelength, compo=None):
36    """
37    This reduces tiny error at very large q.
38    Implementation of this func is not started yet.<--ToDo
39    """
40    if dy == 0:
41        if dx >= 0:
42            angle_xy = 0
43        else:
44            angle_xy = math.pi
45    else:
46        angle_xy = math.atan(dx / dy)
47
48    if compo == "x":
49        out = get_q(dx, dy, det_dist, wavelength) * math.cos(angle_xy)
50    elif compo == "y":
51        out = get_q(dx, dy, det_dist, wavelength) * math.sin(angle_xy)
52    else:
53        out = get_q(dx, dy, det_dist, wavelength)
54    return out
55
56
57def flip_phi(phi):
58    """
59    Correct phi to within the 0 <= to <= 2pi range
60
61    :return: phi in >=0 and <=2Pi
62    """
63    Pi = math.pi
64    if phi < 0:
65        phi_out = phi + (2 * Pi)
66    elif phi > (2 * Pi):
67        phi_out = phi - (2 * Pi)
68    else:
69        phi_out = phi
70    return phi_out
71
72
73def reader2D_converter(data2d=None):
74    """
75    convert old 2d format opened by IhorReader or danse_reader
76    to new Data2D format
77
78    :param data2d: 2d array of Data2D object
79    :return: 1d arrays of Data2D object
80
81    """
82    if data2d.data is None or data2d.x_bins is None or data2d.y_bins is None:
83        raise ValueError, "Can't convert this data: data=None..."
84    new_x = np.tile(data2d.x_bins, (len(data2d.y_bins), 1))
85    new_y = np.tile(data2d.y_bins, (len(data2d.x_bins), 1))
86    new_y = new_y.swapaxes(0, 1)
87
88    new_data = data2d.data.flatten()
89    qx_data = new_x.flatten()
90    qy_data = new_y.flatten()
91    q_data = np.sqrt(qx_data * qx_data + qy_data * qy_data)
92    if data2d.err_data == None or np.any(data2d.err_data <= 0):
93        new_err_data = np.sqrt(np.abs(new_data))
94
95    else:
96        new_err_data = data2d.err_data.flatten()
97    mask = np.ones(len(new_data), dtype=bool)
98
99    #TODO: make sense of the following two lines...
100    #from sas.sascalc.dataloader.data_info import Data2D
101    #output = Data2D()
102    output = data2d
103    output.data = new_data
104    output.err_data = new_err_data
105    output.qx_data = qx_data
106    output.qy_data = qy_data
107    output.q_data = q_data
108    output.mask = mask
109
110    return output
111
112
113class _Slab(object):
114    """
115    Compute average I(Q) for a region of interest
116    """
117    def __init__(self, x_min=0.0, x_max=0.0, y_min=0.0,
118                 y_max=0.0, bin_width=0.001):
119        # Minimum Qx value [A-1]
120        self.x_min = x_min
121        # Maximum Qx value [A-1]
122        self.x_max = x_max
123        # Minimum Qy value [A-1]
124        self.y_min = y_min
125        # Maximum Qy value [A-1]
126        self.y_max = y_max
127        # Bin width (step size) [A-1]
128        self.bin_width = bin_width
129        # If True, I(|Q|) will be return, otherwise,
130        # negative q-values are allowed
131        self.fold = False
132
133    def __call__(self, data2D):
134        return NotImplemented
135
136    def _avg(self, data2D, maj):
137        """
138        Compute average I(Q_maj) for a region of interest.
139        The major axis is defined as the axis of Q_maj.
140        The minor axis is the axis that we average over.
141
142        :param data2D: Data2D object
143        :param maj_min: min value on the major axis
144        :return: Data1D object
145        """
146        if len(data2D.detector) > 1:
147            msg = "_Slab._avg: invalid number of "
148            msg += " detectors: %g" % len(data2D.detector)
149            raise RuntimeError, msg
150
151        # Get data
152        data = data2D.data[np.isfinite(data2D.data)]
153        err_data = data2D.err_data[np.isfinite(data2D.data)]
154        qx_data = data2D.qx_data[np.isfinite(data2D.data)]
155        qy_data = data2D.qy_data[np.isfinite(data2D.data)]
156
157        # Build array of Q intervals
158        if maj == 'x':
159            if self.fold:
160                x_min = 0
161            else:
162                x_min = self.x_min
163            nbins = int(math.ceil((self.x_max - x_min) / self.bin_width))
164        elif maj == 'y':
165            if self.fold:
166                y_min = 0
167            else:
168                y_min = self.y_min
169            nbins = int(math.ceil((self.y_max - y_min) / self.bin_width))
170        else:
171            raise RuntimeError, "_Slab._avg: unrecognized axis %s" % str(maj)
172
173        x = np.zeros(nbins)
174        y = np.zeros(nbins)
175        err_y = np.zeros(nbins)
176        y_counts = np.zeros(nbins)
177
178        # Average pixelsize in q space
179        for npts in range(len(data)):
180            # default frac
181            frac_x = 0
182            frac_y = 0
183            # get ROI
184            if self.x_min <= qx_data[npts] and self.x_max > qx_data[npts]:
185                frac_x = 1
186            if self.y_min <= qy_data[npts] and self.y_max > qy_data[npts]:
187                frac_y = 1
188            frac = frac_x * frac_y
189
190            if frac == 0:
191                continue
192            # binning: find axis of q
193            if maj == 'x':
194                q_value = qx_data[npts]
195                min_value = x_min
196            if maj == 'y':
197                q_value = qy_data[npts]
198                min_value = y_min
199            if self.fold and q_value < 0:
200                q_value = -q_value
201            # bin
202            i_q = int(math.ceil((q_value - min_value) / self.bin_width)) - 1
203
204            # skip outside of max bins
205            if i_q < 0 or i_q >= nbins:
206                continue
207
208            #TODO: find better definition of x[i_q] based on q_data
209            # min_value + (i_q + 1) * self.bin_width / 2.0
210            x[i_q] += frac * q_value
211            y[i_q] += frac * data[npts]
212
213            if err_data == None or err_data[npts] == 0.0:
214                if data[npts] < 0:
215                    data[npts] = -data[npts]
216                err_y[i_q] += frac * frac * data[npts]
217            else:
218                err_y[i_q] += frac * frac * err_data[npts] * err_data[npts]
219            y_counts[i_q] += frac
220
221        # Average the sums
222        for n in range(nbins):
223            err_y[n] = math.sqrt(err_y[n])
224
225        err_y = err_y / y_counts
226        y = y / y_counts
227        x = x / y_counts
228        idx = (np.isfinite(y) & np.isfinite(x))
229
230        if not idx.any():
231            msg = "Average Error: No points inside ROI to average..."
232            raise ValueError, msg
233        return Data1D(x=x[idx], y=y[idx], dy=err_y[idx])
234
235
236class SlabY(_Slab):
237    """
238    Compute average I(Qy) for a region of interest
239    """
240    def __call__(self, data2D):
241        """
242        Compute average I(Qy) for a region of interest
243
244        :param data2D: Data2D object
245        :return: Data1D object
246        """
247        return self._avg(data2D, 'y')
248
249
250class SlabX(_Slab):
251    """
252    Compute average I(Qx) for a region of interest
253    """
254    def __call__(self, data2D):
255        """
256        Compute average I(Qx) for a region of interest
257        :param data2D: Data2D object
258        :return: Data1D object
259        """
260        return self._avg(data2D, 'x')
261
262
263class Boxsum(object):
264    """
265    Perform the sum of counts in a 2D region of interest.
266    """
267    def __init__(self, x_min=0.0, x_max=0.0, y_min=0.0, y_max=0.0):
268        # Minimum Qx value [A-1]
269        self.x_min = x_min
270        # Maximum Qx value [A-1]
271        self.x_max = x_max
272        # Minimum Qy value [A-1]
273        self.y_min = y_min
274        # Maximum Qy value [A-1]
275        self.y_max = y_max
276
277    def __call__(self, data2D):
278        """
279        Perform the sum in the region of interest
280
281        :param data2D: Data2D object
282        :return: number of counts, error on number of counts,
283            number of points summed
284        """
285        y, err_y, y_counts = self._sum(data2D)
286
287        # Average the sums
288        counts = 0 if y_counts == 0 else y
289        error = 0 if y_counts == 0 else math.sqrt(err_y)
290
291        # Added y_counts to return, SMK & PDB, 04/03/2013
292        return counts, error, y_counts
293
294    def _sum(self, data2D):
295        """
296        Perform the sum in the region of interest
297
298        :param data2D: Data2D object
299        :return: number of counts,
300            error on number of counts, number of entries summed
301        """
302        if len(data2D.detector) > 1:
303            msg = "Circular averaging: invalid number "
304            msg += "of detectors: %g" % len(data2D.detector)
305            raise RuntimeError, msg
306        # Get data
307        data = data2D.data[np.isfinite(data2D.data)]
308        err_data = data2D.err_data[np.isfinite(data2D.data)]
309        qx_data = data2D.qx_data[np.isfinite(data2D.data)]
310        qy_data = data2D.qy_data[np.isfinite(data2D.data)]
311
312        y = 0.0
313        err_y = 0.0
314        y_counts = 0.0
315
316        # Average pixelsize in q space
317        for npts in range(len(data)):
318            # default frac
319            frac_x = 0
320            frac_y = 0
321
322            # get min and max at each points
323            qx = qx_data[npts]
324            qy = qy_data[npts]
325
326            # get the ROI
327            if self.x_min <= qx and self.x_max > qx:
328                frac_x = 1
329            if self.y_min <= qy and self.y_max > qy:
330                frac_y = 1
331            #Find the fraction along each directions
332            frac = frac_x * frac_y
333            if frac == 0:
334                continue
335            y += frac * data[npts]
336            if err_data == None or err_data[npts] == 0.0:
337                if data[npts] < 0:
338                    data[npts] = -data[npts]
339                err_y += frac * frac * data[npts]
340            else:
341                err_y += frac * frac * err_data[npts] * err_data[npts]
342            y_counts += frac
343        return y, err_y, y_counts
344
345
346class Boxavg(Boxsum):
347    """
348    Perform the average of counts in a 2D region of interest.
349    """
350    def __init__(self, x_min=0.0, x_max=0.0, y_min=0.0, y_max=0.0):
351        super(Boxavg, self).__init__(x_min=x_min, x_max=x_max,
352                                     y_min=y_min, y_max=y_max)
353
354    def __call__(self, data2D):
355        """
356        Perform the sum in the region of interest
357
358        :param data2D: Data2D object
359        :return: average counts, error on average counts
360
361        """
362        y, err_y, y_counts = self._sum(data2D)
363
364        # Average the sums
365        counts = 0 if y_counts == 0 else y / y_counts
366        error = 0 if y_counts == 0 else math.sqrt(err_y) / y_counts
367
368        return counts, error
369
370
371def get_pixel_fraction_square(x, xmin, xmax):
372    """
373    Return the fraction of the length
374    from xmin to x.::
375
376           A            B
377       +-----------+---------+
378       xmin        x         xmax
379
380    :param x: x-value
381    :param xmin: minimum x for the length considered
382    :param xmax: minimum x for the length considered
383    :return: (x-xmin)/(xmax-xmin) when xmin < x < xmax
384
385    """
386    if x <= xmin:
387        return 0.0
388    if x > xmin and x < xmax:
389        return (x - xmin) / (xmax - xmin)
390    else:
391        return 1.0
392
393
394class CircularAverage(object):
395    """
396    Perform circular averaging on 2D data
397
398    The data returned is the distribution of counts
399    as a function of Q
400    """
401    def __init__(self, r_min=0.0, r_max=0.0, bin_width=0.0005):
402        # Minimum radius included in the average [A-1]
403        self.r_min = r_min
404        # Maximum radius included in the average [A-1]
405        self.r_max = r_max
406        # Bin width (step size) [A-1]
407        self.bin_width = bin_width
408
409    def __call__(self, data2D, ismask=False):
410        """
411        Perform circular averaging on the data
412
413        :param data2D: Data2D object
414        :return: Data1D object
415        """
416        # Get data W/ finite values
417        data = data2D.data[np.isfinite(data2D.data)]
418        q_data = data2D.q_data[np.isfinite(data2D.data)]
419        err_data = data2D.err_data[np.isfinite(data2D.data)]
420        mask_data = data2D.mask[np.isfinite(data2D.data)]
421
422        dq_data = None
423
424        # Get the dq for resolution averaging
425        if data2D.dqx_data != None and data2D.dqy_data != None:
426            # The pinholes and det. pix contribution present
427            # in both direction of the 2D which must be subtracted when
428            # converting to 1D: dq_overlap should calculated ideally at
429            # q = 0. Note This method works on only pinhole geometry.
430            # Extrapolate dqx(r) and dqy(phi) at q = 0, and take an average.
431            z_max = max(data2D.q_data)
432            z_min = min(data2D.q_data)
433            x_max = data2D.dqx_data[data2D.q_data[z_max]]
434            x_min = data2D.dqx_data[data2D.q_data[z_min]]
435            y_max = data2D.dqy_data[data2D.q_data[z_max]]
436            y_min = data2D.dqy_data[data2D.q_data[z_min]]
437            # Find qdx at q = 0
438            dq_overlap_x = (x_min * z_max - x_max * z_min) / (z_max - z_min)
439            # when extrapolation goes wrong
440            if dq_overlap_x > min(data2D.dqx_data):
441                dq_overlap_x = min(data2D.dqx_data)
442            dq_overlap_x *= dq_overlap_x
443            # Find qdx at q = 0
444            dq_overlap_y = (y_min * z_max - y_max * z_min) / (z_max - z_min)
445            # when extrapolation goes wrong
446            if dq_overlap_y > min(data2D.dqy_data):
447                dq_overlap_y = min(data2D.dqy_data)
448            # get dq at q=0.
449            dq_overlap_y *= dq_overlap_y
450
451            dq_overlap = np.sqrt((dq_overlap_x + dq_overlap_y) / 2.0)
452            # Final protection of dq
453            if dq_overlap < 0:
454                dq_overlap = y_min
455            dqx_data = data2D.dqx_data[np.isfinite(data2D.data)]
456            dqy_data = data2D.dqy_data[np.isfinite(data2D.data)] - dq_overlap
457            # def; dqx_data = dq_r dqy_data = dq_phi
458            # Convert dq 2D to 1D here
459            dqx = dqx_data * dqx_data
460            dqy = dqy_data * dqy_data
461            dq_data = np.add(dqx, dqy)
462            dq_data = np.sqrt(dq_data)
463
464        #q_data_max = np.max(q_data)
465        if len(data2D.q_data) == None:
466            msg = "Circular averaging: invalid q_data: %g" % data2D.q_data
467            raise RuntimeError, msg
468
469        # Build array of Q intervals
470        nbins = int(math.ceil((self.r_max - self.r_min) / self.bin_width))
471
472        x = np.zeros(nbins)
473        y = np.zeros(nbins)
474        err_y = np.zeros(nbins)
475        err_x = np.zeros(nbins)
476        y_counts = np.zeros(nbins)
477
478        for npt in range(len(data)):
479
480            if ismask and not mask_data[npt]:
481                continue
482
483            frac = 0
484
485            # q-value at the pixel (j,i)
486            q_value = q_data[npt]
487            data_n = data[npt]
488
489            ## No need to calculate the frac when all data are within range
490            if self.r_min >= self.r_max:
491                raise ValueError, "Limit Error: min > max"
492
493            if self.r_min <= q_value and q_value <= self.r_max:
494                frac = 1
495            if frac == 0:
496                continue
497            i_q = int(math.floor((q_value - self.r_min) / self.bin_width))
498
499            # Take care of the edge case at phi = 2pi.
500            if i_q == nbins:
501                i_q = nbins - 1
502            y[i_q] += frac * data_n
503            # Take dqs from data to get the q_average
504            x[i_q] += frac * q_value
505            if err_data == None or err_data[npt] == 0.0:
506                if data_n < 0:
507                    data_n = -data_n
508                err_y[i_q] += frac * frac * data_n
509            else:
510                err_y[i_q] += frac * frac * err_data[npt] * err_data[npt]
511            if dq_data != None:
512                # To be consistent with dq calculation in 1d reduction,
513                # we need just the averages (not quadratures) because
514                # it should not depend on the number of the q points
515                # in the qr bins.
516                err_x[i_q] += frac * dq_data[npt]
517            else:
518                err_x = None
519            y_counts[i_q] += frac
520
521        # Average the sums
522        for n in range(nbins):
523            if err_y[n] < 0:
524                err_y[n] = -err_y[n]
525            err_y[n] = math.sqrt(err_y[n])
526            #if err_x != None:
527            #    err_x[n] = math.sqrt(err_x[n])
528
529        err_y = err_y / y_counts
530        err_y[err_y == 0] = np.average(err_y)
531        y = y / y_counts
532        x = x / y_counts
533        idx = (np.isfinite(y)) & (np.isfinite(x))
534
535        if err_x != None:
536            d_x = err_x[idx] / y_counts[idx]
537        else:
538            d_x = None
539
540        if not idx.any():
541            msg = "Average Error: No points inside ROI to average..."
542            raise ValueError, msg
543
544        return Data1D(x=x[idx], y=y[idx], dy=err_y[idx], dx=d_x)
545
546
547class Ring(object):
548    """
549    Defines a ring on a 2D data set.
550    The ring is defined by r_min, r_max, and
551    the position of the center of the ring.
552
553    The data returned is the distribution of counts
554    around the ring as a function of phi.
555
556    Phi_min and phi_max should be defined between 0 and 2*pi
557    in anti-clockwise starting from the x- axis on the left-hand side
558    """
559    #Todo: remove center.
560    def __init__(self, r_min=0, r_max=0, center_x=0, center_y=0, nbins=36):
561        # Minimum radius
562        self.r_min = r_min
563        # Maximum radius
564        self.r_max = r_max
565        # Center of the ring in x
566        self.center_x = center_x
567        # Center of the ring in y
568        self.center_y = center_y
569        # Number of angular bins
570        self.nbins_phi = nbins
571
572
573    def __call__(self, data2D):
574        """
575        Apply the ring to the data set.
576        Returns the angular distribution for a given q range
577
578        :param data2D: Data2D object
579
580        :return: Data1D object
581        """
582        if data2D.__class__.__name__ not in ["Data2D", "plottable_2D"]:
583            raise RuntimeError, "Ring averaging only take plottable_2D objects"
584
585        Pi = math.pi
586
587        # Get data
588        data = data2D.data[np.isfinite(data2D.data)]
589        q_data = data2D.q_data[np.isfinite(data2D.data)]
590        err_data = data2D.err_data[np.isfinite(data2D.data)]
591        qx_data = data2D.qx_data[np.isfinite(data2D.data)]
592        qy_data = data2D.qy_data[np.isfinite(data2D.data)]
593
594        # Set space for 1d outputs
595        phi_bins = np.zeros(self.nbins_phi)
596        phi_counts = np.zeros(self.nbins_phi)
597        phi_values = np.zeros(self.nbins_phi)
598        phi_err = np.zeros(self.nbins_phi)
599
600        # Shift to apply to calculated phi values in order
601        # to center first bin at zero
602        phi_shift = Pi / self.nbins_phi
603
604        for npt in range(len(data)):
605            frac = 0
606            # q-value at the point (npt)
607            q_value = q_data[npt]
608            data_n = data[npt]
609
610            # phi-value at the point (npt)
611            phi_value = math.atan2(qy_data[npt], qx_data[npt]) + Pi
612
613            if self.r_min <= q_value and q_value <= self.r_max:
614                frac = 1
615            if frac == 0:
616                continue
617            # binning
618            i_phi = int(math.floor((self.nbins_phi) * \
619                                   (phi_value + phi_shift) / (2 * Pi)))
620
621            # Take care of the edge case at phi = 2pi.
622            if i_phi >= self.nbins_phi:
623                i_phi = 0
624            phi_bins[i_phi] += frac * data[npt]
625
626            if err_data == None or err_data[npt] == 0.0:
627                if data_n < 0:
628                    data_n = -data_n
629                phi_err[i_phi] += frac * frac * math.fabs(data_n)
630            else:
631                phi_err[i_phi] += frac * frac * err_data[npt] * err_data[npt]
632            phi_counts[i_phi] += frac
633
634        for i in range(self.nbins_phi):
635            phi_bins[i] = phi_bins[i] / phi_counts[i]
636            phi_err[i] = math.sqrt(phi_err[i]) / phi_counts[i]
637            phi_values[i] = 2.0 * math.pi / self.nbins_phi * (1.0 * i)
638
639        idx = (np.isfinite(phi_bins))
640
641        if not idx.any():
642            msg = "Average Error: No points inside ROI to average..."
643            raise ValueError, msg
644        #elif len(phi_bins[idx])!= self.nbins_phi:
645        #    print "resulted",self.nbins_phi- len(phi_bins[idx])
646        #,"empty bin(s) due to tight binning..."
647        return Data1D(x=phi_values[idx], y=phi_bins[idx], dy=phi_err[idx])
648
649
650def get_pixel_fraction(qmax, q_00, q_01, q_10, q_11):
651    """
652    Returns the fraction of the pixel defined by
653    the four corners (q_00, q_01, q_10, q_11) that
654    has q < qmax.::
655
656                q_01                q_11
657        y=1         +--------------+
658                    |              |
659                    |              |
660                    |              |
661        y=0         +--------------+
662                q_00                q_10
663
664                    x=0            x=1
665
666    """
667    # y side for x = minx
668    x_0 = get_intercept(qmax, q_00, q_01)
669    # y side for x = maxx
670    x_1 = get_intercept(qmax, q_10, q_11)
671
672    # x side for y = miny
673    y_0 = get_intercept(qmax, q_00, q_10)
674    # x side for y = maxy
675    y_1 = get_intercept(qmax, q_01, q_11)
676
677    # surface fraction for a 1x1 pixel
678    frac_max = 0
679
680    if x_0 and x_1:
681        frac_max = (x_0 + x_1) / 2.0
682    elif y_0 and y_1:
683        frac_max = (y_0 + y_1) / 2.0
684    elif x_0 and y_0:
685        if q_00 < q_10:
686            frac_max = x_0 * y_0 / 2.0
687        else:
688            frac_max = 1.0 - x_0 * y_0 / 2.0
689    elif x_0 and y_1:
690        if q_00 < q_10:
691            frac_max = x_0 * y_1 / 2.0
692        else:
693            frac_max = 1.0 - x_0 * y_1 / 2.0
694    elif x_1 and y_0:
695        if q_00 > q_10:
696            frac_max = x_1 * y_0 / 2.0
697        else:
698            frac_max = 1.0 - x_1 * y_0 / 2.0
699    elif x_1 and y_1:
700        if q_00 < q_10:
701            frac_max = 1.0 - (1.0 - x_1) * (1.0 - y_1) / 2.0
702        else:
703            frac_max = (1.0 - x_1) * (1.0 - y_1) / 2.0
704
705    # If we make it here, there is no intercept between
706    # this pixel and the constant-q ring. We only need
707    # to know if we have to include it or exclude it.
708    elif (q_00 + q_01 + q_10 + q_11) / 4.0 < qmax:
709        frac_max = 1.0
710
711    return frac_max
712
713
714def get_intercept(q, q_0, q_1):
715    """
716    Returns the fraction of the side at which the
717    q-value intercept the pixel, None otherwise.
718    The values returned is the fraction ON THE SIDE
719    OF THE LOWEST Q. ::
720
721            A           B
722        +-----------+--------+    <--- pixel size
723        0                    1
724        Q_0 -------- Q ----- Q_1   <--- equivalent Q range
725        if Q_1 > Q_0, A is returned
726        if Q_1 < Q_0, B is returned
727        if Q is outside the range of [Q_0, Q_1], None is returned
728
729    """
730    if q_1 > q_0:
731        if q > q_0 and q <= q_1:
732            return (q - q_0) / (q_1 - q_0)
733    else:
734        if q > q_1 and q <= q_0:
735            return (q - q_1) / (q_0 - q_1)
736    return None
737
738
739class _Sector(object):
740    """
741    Defines a sector region on a 2D data set.
742    The sector is defined by r_min, r_max, phi_min, phi_max,
743    and the position of the center of the ring
744    where phi_min and phi_max are defined by the right
745    and left lines wrt central line
746    and phi_max could be less than phi_min.
747
748    Phi is defined between 0 and 2*pi in anti-clockwise
749    starting from the x- axis on the left-hand side
750    """
751    def __init__(self, r_min, r_max, phi_min=0, phi_max=2 * math.pi, nbins=20):
752        self.r_min = r_min
753        self.r_max = r_max
754        self.phi_min = phi_min
755        self.phi_max = phi_max
756        self.nbins = nbins
757
758    def _agv(self, data2D, run='phi'):
759        """
760        Perform sector averaging.
761
762        :param data2D: Data2D object
763        :param run:  define the varying parameter ('phi' , 'q' , or 'q2')
764
765        :return: Data1D object
766        """
767        if data2D.__class__.__name__ not in ["Data2D", "plottable_2D"]:
768            raise RuntimeError, "Ring averaging only take plottable_2D objects"
769        Pi = math.pi
770
771        # Get the all data & info
772        data = data2D.data[np.isfinite(data2D.data)]
773        q_data = data2D.q_data[np.isfinite(data2D.data)]
774        err_data = data2D.err_data[np.isfinite(data2D.data)]
775        qx_data = data2D.qx_data[np.isfinite(data2D.data)]
776        qy_data = data2D.qy_data[np.isfinite(data2D.data)]
777        dq_data = None
778
779        # Get the dq for resolution averaging
780        if data2D.dqx_data != None and data2D.dqy_data != None:
781            # The pinholes and det. pix contribution present
782            # in both direction of the 2D which must be subtracted when
783            # converting to 1D: dq_overlap should calculated ideally at
784            # q = 0.
785            # Extrapolate dqy(perp) at q = 0
786            z_max = max(data2D.q_data)
787            z_min = min(data2D.q_data)
788            x_max = data2D.dqx_data[data2D.q_data[z_max]]
789            x_min = data2D.dqx_data[data2D.q_data[z_min]]
790            y_max = data2D.dqy_data[data2D.q_data[z_max]]
791            y_min = data2D.dqy_data[data2D.q_data[z_min]]
792            # Find qdx at q = 0
793            dq_overlap_x = (x_min * z_max - x_max * z_min) / (z_max - z_min)
794            # when extrapolation goes wrong
795            if dq_overlap_x > min(data2D.dqx_data):
796                dq_overlap_x = min(data2D.dqx_data)
797            dq_overlap_x *= dq_overlap_x
798            # Find qdx at q = 0
799            dq_overlap_y = (y_min * z_max - y_max * z_min) / (z_max - z_min)
800            # when extrapolation goes wrong
801            if dq_overlap_y > min(data2D.dqy_data):
802                dq_overlap_y = min(data2D.dqy_data)
803            # get dq at q=0.
804            dq_overlap_y *= dq_overlap_y
805
806            dq_overlap = np.sqrt((dq_overlap_x + dq_overlap_y) / 2.0)
807            if dq_overlap < 0:
808                dq_overlap = y_min
809            dqx_data = data2D.dqx_data[np.isfinite(data2D.data)]
810            dqy_data = data2D.dqy_data[np.isfinite(data2D.data)] - dq_overlap
811            # def; dqx_data = dq_r dqy_data = dq_phi
812            # Convert dq 2D to 1D here
813            dqx = dqx_data * dqx_data
814            dqy = dqy_data * dqy_data
815            dq_data = np.add(dqx, dqy)
816            dq_data = np.sqrt(dq_data)
817
818        #set space for 1d outputs
819        x = np.zeros(self.nbins)
820        y = np.zeros(self.nbins)
821        y_err = np.zeros(self.nbins)
822        x_err = np.zeros(self.nbins)
823        y_counts = np.zeros(self.nbins)
824
825        # Get the min and max into the region: 0 <= phi < 2Pi
826        phi_min = flip_phi(self.phi_min)
827        phi_max = flip_phi(self.phi_max)
828
829        for n in range(len(data)):
830            frac = 0
831
832            # q-value at the pixel (j,i)
833            q_value = q_data[n]
834            data_n = data[n]
835
836            # Is pixel within range?
837            is_in = False
838
839            # phi-value of the pixel (j,i)
840            phi_value = math.atan2(qy_data[n], qx_data[n]) + Pi
841
842            ## No need to calculate the frac when all data are within range
843            if self.r_min <= q_value and q_value <= self.r_max:
844                frac = 1
845            if frac == 0:
846                continue
847            #In case of two ROIs (symmetric major and minor regions)(for 'q2')
848            if run.lower() == 'q2':
849                ## For minor sector wing
850                # Calculate the minor wing phis
851                phi_min_minor = flip_phi(phi_min - Pi)
852                phi_max_minor = flip_phi(phi_max - Pi)
853                # Check if phis of the minor ring is within 0 to 2pi
854                if phi_min_minor > phi_max_minor:
855                    is_in = (phi_value > phi_min_minor or \
856                              phi_value < phi_max_minor)
857                else:
858                    is_in = (phi_value > phi_min_minor and \
859                              phi_value < phi_max_minor)
860
861            #For all cases(i.e.,for 'q', 'q2', and 'phi')
862            #Find pixels within ROI
863            if phi_min > phi_max:
864                is_in = is_in or (phi_value > phi_min or \
865                                   phi_value < phi_max)
866            else:
867                is_in = is_in or (phi_value >= phi_min  and \
868                                    phi_value < phi_max)
869
870            if not is_in:
871                frac = 0
872            if frac == 0:
873                continue
874            # Check which type of averaging we need
875            if run.lower() == 'phi':
876                temp_x = (self.nbins) * (phi_value - self.phi_min)
877                temp_y = (self.phi_max - self.phi_min)
878                i_bin = int(math.floor(temp_x / temp_y))
879            else:
880                temp_x = (self.nbins) * (q_value - self.r_min)
881                temp_y = (self.r_max - self.r_min)
882                i_bin = int(math.floor(temp_x / temp_y))
883
884            # Take care of the edge case at phi = 2pi.
885            if i_bin == self.nbins:
886                i_bin = self.nbins - 1
887
888            ## Get the total y
889            y[i_bin] += frac * data_n
890            x[i_bin] += frac * q_value
891            if err_data[n] == None or err_data[n] == 0.0:
892                if data_n < 0:
893                    data_n = -data_n
894                y_err[i_bin] += frac * frac * data_n
895            else:
896                y_err[i_bin] += frac * frac * err_data[n] * err_data[n]
897
898            if dq_data != None:
899                # To be consistent with dq calculation in 1d reduction,
900                # we need just the averages (not quadratures) because
901                # it should not depend on the number of the q points
902                # in the qr bins.
903                x_err[i_bin] += frac * dq_data[n]
904            else:
905                x_err = None
906            y_counts[i_bin] += frac
907
908        # Organize the results
909        for i in range(self.nbins):
910            y[i] = y[i] / y_counts[i]
911            y_err[i] = math.sqrt(y_err[i]) / y_counts[i]
912
913            # The type of averaging: phi,q2, or q
914            # Calculate x[i]should be at the center of the bin
915            if run.lower() == 'phi':
916                x[i] = (self.phi_max - self.phi_min) / self.nbins * \
917                    (1.0 * i + 0.5) + self.phi_min
918            else:
919                # We take the center of ring area, not radius.
920                # This is more accurate than taking the radial center of ring.
921                #delta_r = (self.r_max - self.r_min) / self.nbins
922                #r_inner = self.r_min + delta_r * i
923                #r_outer = r_inner + delta_r
924                #x[i] = math.sqrt((r_inner * r_inner + r_outer * r_outer) / 2)
925                x[i] = x[i] / y_counts[i]
926        y_err[y_err == 0] = np.average(y_err)
927        idx = (np.isfinite(y) & np.isfinite(y_err))
928        if x_err != None:
929            d_x = x_err[idx] / y_counts[idx]
930        else:
931            d_x = None
932        if not idx.any():
933            msg = "Average Error: No points inside sector of ROI to average..."
934            raise ValueError, msg
935        #elif len(y[idx])!= self.nbins:
936        #    print "resulted",self.nbins- len(y[idx]),
937        #"empty bin(s) due to tight binning..."
938        return Data1D(x=x[idx], y=y[idx], dy=y_err[idx], dx=d_x)
939
940
941class SectorPhi(_Sector):
942    """
943    Sector average as a function of phi.
944    I(phi) is return and the data is averaged over Q.
945
946    A sector is defined by r_min, r_max, phi_min, phi_max.
947    The number of bin in phi also has to be defined.
948    """
949    def __call__(self, data2D):
950        """
951        Perform sector average and return I(phi).
952
953        :param data2D: Data2D object
954        :return: Data1D object
955        """
956        return self._agv(data2D, 'phi')
957
958
959class SectorQ(_Sector):
960    """
961    Sector average as a function of Q for both symatric wings.
962    I(Q) is return and the data is averaged over phi.
963
964    A sector is defined by r_min, r_max, phi_min, phi_max.
965    r_min, r_max, phi_min, phi_max >0.
966    The number of bin in Q also has to be defined.
967    """
968    def __call__(self, data2D):
969        """
970        Perform sector average and return I(Q).
971
972        :param data2D: Data2D object
973
974        :return: Data1D object
975        """
976        return self._agv(data2D, 'q2')
977
978
979class Ringcut(object):
980    """
981    Defines a ring on a 2D data set.
982    The ring is defined by r_min, r_max, and
983    the position of the center of the ring.
984
985    The data returned is the region inside the ring
986
987    Phi_min and phi_max should be defined between 0 and 2*pi
988    in anti-clockwise starting from the x- axis on the left-hand side
989    """
990    def __init__(self, r_min=0, r_max=0, center_x=0, center_y=0):
991        # Minimum radius
992        self.r_min = r_min
993        # Maximum radius
994        self.r_max = r_max
995        # Center of the ring in x
996        self.center_x = center_x
997        # Center of the ring in y
998        self.center_y = center_y
999
1000    def __call__(self, data2D):
1001        """
1002        Apply the ring to the data set.
1003        Returns the angular distribution for a given q range
1004
1005        :param data2D: Data2D object
1006
1007        :return: index array in the range
1008        """
1009        if data2D.__class__.__name__ not in ["Data2D", "plottable_2D"]:
1010            raise RuntimeError, "Ring cut only take plottable_2D objects"
1011
1012        # Get data
1013        qx_data = data2D.qx_data
1014        qy_data = data2D.qy_data
1015        q_data = np.sqrt(qx_data * qx_data + qy_data * qy_data)
1016
1017        # check whether or not the data point is inside ROI
1018        out = (self.r_min <= q_data) & (self.r_max >= q_data)
1019        return out
1020
1021
1022class Boxcut(object):
1023    """
1024    Find a rectangular 2D region of interest.
1025    """
1026    def __init__(self, x_min=0.0, x_max=0.0, y_min=0.0, y_max=0.0):
1027        # Minimum Qx value [A-1]
1028        self.x_min = x_min
1029        # Maximum Qx value [A-1]
1030        self.x_max = x_max
1031        # Minimum Qy value [A-1]
1032        self.y_min = y_min
1033        # Maximum Qy value [A-1]
1034        self.y_max = y_max
1035
1036    def __call__(self, data2D):
1037        """
1038       Find a rectangular 2D region of interest.
1039
1040       :param data2D: Data2D object
1041       :return: mask, 1d array (len = len(data))
1042           with Trues where the data points are inside ROI, otherwise False
1043        """
1044        mask = self._find(data2D)
1045
1046        return mask
1047
1048    def _find(self, data2D):
1049        """
1050        Find a rectangular 2D region of interest.
1051
1052        :param data2D: Data2D object
1053
1054        :return: out, 1d array (length = len(data))
1055           with Trues where the data points are inside ROI, otherwise Falses
1056        """
1057        if data2D.__class__.__name__ not in ["Data2D", "plottable_2D"]:
1058            raise RuntimeError, "Boxcut take only plottable_2D objects"
1059        # Get qx_ and qy_data
1060        qx_data = data2D.qx_data
1061        qy_data = data2D.qy_data
1062
1063        # check whether or not the data point is inside ROI
1064        outx = (self.x_min <= qx_data) & (self.x_max > qx_data)
1065        outy = (self.y_min <= qy_data) & (self.y_max > qy_data)
1066
1067        return outx & outy
1068
1069
1070class Sectorcut(object):
1071    """
1072    Defines a sector (major + minor) region on a 2D data set.
1073    The sector is defined by phi_min, phi_max,
1074    where phi_min and phi_max are defined by the right
1075    and left lines wrt central line.
1076
1077    Phi_min and phi_max are given in units of radian
1078    and (phi_max-phi_min) should not be larger than pi
1079    """
1080    def __init__(self, phi_min=0, phi_max=math.pi):
1081        self.phi_min = phi_min
1082        self.phi_max = phi_max
1083
1084    def __call__(self, data2D):
1085        """
1086        Find a rectangular 2D region of interest.
1087
1088        :param data2D: Data2D object
1089
1090        :return: mask, 1d array (len = len(data))
1091
1092        with Trues where the data points are inside ROI, otherwise False
1093        """
1094        mask = self._find(data2D)
1095
1096        return mask
1097
1098    def _find(self, data2D):
1099        """
1100        Find a rectangular 2D region of interest.
1101
1102        :param data2D: Data2D object
1103
1104        :return: out, 1d array (length = len(data))
1105
1106        with Trues where the data points are inside ROI, otherwise Falses
1107        """
1108        if data2D.__class__.__name__ not in ["Data2D", "plottable_2D"]:
1109            raise RuntimeError, "Sectorcut take only plottable_2D objects"
1110        Pi = math.pi
1111        # Get data
1112        qx_data = data2D.qx_data
1113        qy_data = data2D.qy_data
1114
1115        # get phi from data
1116        phi_data = np.arctan2(qy_data, qx_data)
1117
1118        # Get the min and max into the region: -pi <= phi < Pi
1119        phi_min_major = flip_phi(self.phi_min + Pi) - Pi
1120        phi_max_major = flip_phi(self.phi_max + Pi) - Pi
1121        # check for major sector
1122        if phi_min_major > phi_max_major:
1123            out_major = (phi_min_major <= phi_data) + (phi_max_major > phi_data)
1124        else:
1125            out_major = (phi_min_major <= phi_data) & (phi_max_major > phi_data)
1126
1127        # minor sector
1128        # Get the min and max into the region: -pi <= phi < Pi
1129        phi_min_minor = flip_phi(self.phi_min) - Pi
1130        phi_max_minor = flip_phi(self.phi_max) - Pi
1131
1132        # check for minor sector
1133        if phi_min_minor > phi_max_minor:
1134            out_minor = (phi_min_minor <= phi_data) + \
1135                            (phi_max_minor >= phi_data)
1136        else:
1137            out_minor = (phi_min_minor <= phi_data) & \
1138                            (phi_max_minor >= phi_data)
1139        out = out_major + out_minor
1140
1141        return out
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.