include/ct.h

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **   Name:          ct.h
   5 **   Purpose:       Master header file for CTSim
   6 **   Programmer:    Kevin Rosenberg
   7 **   Date Started:  Aug 1984
   8 **
   9 **  This is part of the CTSim program
  10 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
  11 **
  12 **  $Id: ct.h,v 1.19 2000/06/19 19:04:05 kevin Exp $
  13 **
  14 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  15 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  16 **  published by the Free Software Foundation.
  17 **
  18 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  19 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  20 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  21 **  GNU General Public License for more details.
  22 **
  23 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  24 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  25 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  26 ******************************************************************************/
  27
  28 #ifndef CT_H
  29 #define CT_H
  30
  31 #ifdef _WIN32
  32   typedef long off_t;
  33   #define HAVE_STRING_H 1
  34   #include <fcntl.h>
  35   #define snprintf _snprintf
  36   #define vsnprintf _vsnprintf
  37   #define strcasecmp stricmp
  38   #define strncasecmp strnicmp
  39 #endif
  40
  41 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  42   #include <config.h>
  43 #endif
  44 #ifdef HAVE_PNG
  45   #include "png.h"
  46 #endif
  47 #ifdef HAVE_G2_H
  48 extern "C" {
  49 #include "g2.h"
  50 }
  51 #ifdef HAVE_X11
  52 extern "C" {
  53 #include "g2_X11.h"
  54 }
  55 #endif
  56 #endif
  57 #ifdef HAVE_STDIO_H
  58 #include <stdio.h>
  59 #endif
  60 #ifdef HAVE_STRING_H
  61 #include <string.h>
  62 #endif
  63 #ifdef HAVE_STDDEF_H
  64 #include <stddef.h>
  65 #endif
  66 #ifdef HAVE_STDLIB_H
  67 #include <stdlib.h>
  68 #endif
  69 #ifdef HAVE_STDARG_H
  70 #include <stdarg.h>
  71 #endif
  72 #ifdef  HAVE_SYS_TYPES_H
  73 #include <sys/types.h>
  74 #endif
  75 #ifdef HAVE_SYS_STAT_H
  76 #include <sys/stat.h>
  77 #endif
  78 #ifdef HAVE_CTYPE_H
  79 #include <ctype.h>
  80 #endif
  81 #ifdef HAVE_MATH_H
  82 #include <math.h>
  83 #endif
  84 #ifdef HAVE_SYS_FCNTL_H
  85 #include <sys/fcntl.h>
  86 #endif
  87 #ifdef HAVE_FCNTL_H
  88 #include <fcntl.h>
  89 #endif
  90 #if defined(HAVE_GETOPT_H) || defined(HAVE_GETOPT_LONG)
  91 #include <getopt.h>
  92 #endif
  93 #ifdef HAVE_UNISTD_H
  94 #include <unistd.h>
  95 #endif
  96 #ifdef HAVE_SETJMP_H
  97 #include <setjmp.h>
  98 #endif
  99 #ifdef HAVE_SYS_PARAM_H
 100 #include <sys/param.h>          /* for htonl on FreeBSD */
 101 #endif
 102 #ifdef HAVE_NETINET_IN_H
 103 #include <netinet/in.h>         /* for htonl on Linux/Solaris */
 104 #endif
 105 #ifdef HAVE_INTTYPES_H
 106 #include <inttypes.h>           /* for htonl on Solaris */
 107 #endif
 108 #ifdef HAVE_STDINT_H
 109 #include <stdint.h>             /* Standard ints on Linux */
 110 #endif
 111
 112 #ifdef HAVE_MPI
 113 #include "mpi++.h"
 114 #include "mpiworld.h"
 115 #endif
 116
 117 #include "ctsupport.h"
 118 #include "byteorder.h"
 119
 120 #ifdef HAVE_SGP
 121   #include "ezplot.h"
 122   #include "sgp.h"
 123 #endif
 124
 125 #include <fstream>
 126 #include <iostream>
 127 #include <sstream>
 128 #include <string>
 129 #include <iterator>
 130 #include <algorithm>
 131 #include <exception>
 132 #include <stdexcept>
 133
 134 using namespace std;
 135
 136 #include "array2d.h"
 137 #include "imagefile.h"
 138 #include "phantom.h"
 139 #include "projections.h"
 140 #include "scanner.h"
 141
 142 //----------------------------------------------------------------------//
 143 //                              USER SYMBOLS                            //
 144 //----------------------------------------------------------------------//
 145
 146 // Filter types
 147 static const char O_FILTER_ABS_BANDLIMIT_STR[]= "abs_bandlimit";
 148 static const char O_FILTER_ABS_SINC_STR[]=      "abs_sinc";
 149 static const char O_FILTER_ABS_COS_STR[]=       "abs_cos";
 150 static const char O_FILTER_ABS_HAMMING_STR[]=   "abs_hamming";
 151 static const char O_FILTER_SHEPP_STR[]=         "shepp";
 152 static const char O_FILTER_BANDLIMIT_STR[]=     "bandlimit";
 153 static const char O_FILTER_SINC_STR[]=          "sinc";
 154 static const char O_FILTER_COS_STR[]=           "cos";
 155 static const char O_FILTER_HAMMING_STR[]=       "hamming";
 156 static const char O_FILTER_TRIANGLE_STR[]=      "triangle";
 157
 158 typedef enum {
 159   FILTER_BANDLIMIT,
 160   FILTER_SINC,
 161   FILTER_G_HAMMING,
 162   FILTER_COSINE,
 163   FILTER_TRIANGLE,
 164   FILTER_ABS_BANDLIMIT,         // filter times |x|
 165   FILTER_ABS_SINC,
 166   FILTER_ABS_G_HAMMING,
 167   FILTER_ABS_COSINE,
 168   FILTER_SHEPP
 169 } FilterType;
 170
 171
 172 // Function domains
 173 static const char D_FREQ_STR[]=    "freq";
 174 static const char D_SPATIAL_STR[]= "spatial";
 175
 176 typedef enum {
 177   D_FREQ = 1,
 178   D_SPATIAL
 179 } DomainType;
 180
 181
 182 /* interpolation methods */
 183 static const char O_INTERP_NEAREST_STR[]=  "nearest";
 184 static const char O_INTERP_LINEAR_STR[]=   "linear";
 185 static const char O_INTERP_BSPLINE_STR[]=  "bspline";
 186
 187 #undef HAVE_BSPLINE_INTERP
 188 typedef enum {          // Interpolation methods
 189     I_NEAREST = 1,      // Nearest neighbor
 190 #if HAVE_BSPLINE_INTERP
 191     I_BSPLINE,
 192     I_1BSPLINE,      // 1st order B-Spline
 193     I_2BSPLINE,
 194     I_3BSPLINE,
 195 #endif
 196     I_LINEAR        // Linear interpolation
 197 } InterpolationType;
 198
 199
 200 // Trace levels
 201 static const char O_TRACE_NONE_STR[]=     "none";
 202 static const char O_TRACE_TEXT_STR[]=     "text";
 203 static const char O_TRACE_PHM_STR[]=      "phm";
 204 static const char O_TRACE_RAYS_STR[]=     "rays";
 205 static const char O_TRACE_PLOT_STR[]=     "plot";
 206 static const char O_TRACE_CLIPPING_STR[]= "clipping";
 207
 208 enum {
 209   TRACE_NONE,           /* No tracing */
 210   TRACE_TEXT,           /* Minimal status */
 211   TRACE_PHM,            /* Show phantom */
 212   TRACE_RAYS,           /* Show all rays */
 213   TRACE_PLOT,           /* Plot raysums */
 214   TRACE_CLIPPING        /* Plot clipping */
 215 };
 216
 217 // Standard phantomsa
 218 static const char O_PHM_HERMAN_STR[]=    "herman";
 219 static const char O_PHM_ROWLAND_STR[]=   "rowland";
 220 static const char O_PHM_BROWLAND_STR[]=  "browland";
 221 static const char O_PHM_UNITPULSE_STR[]= "unitpulse";
 222 typedef enum {
 223   O_PHM_HERMAN,               /* Herman head phantom */
 224   O_PHM_ROWLAND,              /* Rowland head phantom */
 225   O_PHM_BROWLAND,             /* Bordered Rowland head phantom */
 226   O_PHM_UNITPULSE             /* Unit pulse phantom */
 227 } PhantomType;
 228
 229 // Backproject types
 230 static const char O_BPROJ_TRIG_STR[]=     "trig";
 231 static const char O_BPROJ_TABLE_STR[]=    "table";
 232 static const char O_BPROJ_DIFF_STR[]=     "diff";
 233 static const char O_BPROJ_DIFF2_STR[]=    "diff2";
 234 static const char O_BPROJ_IDIFF2_STR[]=   "idiff2";
 235
 236 typedef  enum {
 237   O_BPROJ_TRIG,
 238   O_BPROJ_TABLE,
 239   O_BPROJ_DIFF,
 240   O_BPROJ_DIFF2,
 241   O_BPROJ_IDIFF2
 242 } BackprojType;
 243
 244 // Convolution symmetries
 245 typedef enum {
 246     FUNC_EVEN = 1,    // function types, f[-n] = f[n]
 247     FUNC_ODD,         // f[-n] = -f[n]
 248     FUNC_BOTH         // function has both odd & even components
 249 } FunctionSymmetry;
 250
 251
 252
 253 #include "backprojectors.h"
 254
 255
 256 /*************************************************************************
 257  *  FUNCTION DECLARATIONS
 258  ************************************************************************/
 259
 260 // convolve.cpp
 261 double convolve (const double f1[], const double f2[], const double dx, const int n, const int np, const FunctionSymmetry func_type);
 262
 263 // dialogs.cpp
 264 bool phm_add_pelem_kb (Phantom& phm);
 265 const Phantom& phm_select (Phantom& phm);
 266 int interpolation_select (void);
 267 int filter_select (double *filter_param);
 268
 269 // filter.cpp
 270 double *filter_generate (const FilterType filt_type, double bw, double xmin, double xmax, int n, double param, const DomainType domain, int numint);
 271 double filter_spatial_response_calc (int filt_type, double x, double bw, double param, int n);
 272 double filter_spatial_response_analytic (int filt_type, double x, double bw, double param);
 273 double filter_frequency_response (int filt_type, double u, double bw, double param);
 274 double sinc (double x, double mult);
 275 double integral_abscos(double u, double w);
 276
 277 // options.cpp
 278 int opt_set_trace(const char *optarg);
 279 const char *name_of_phantom(const int phmid);
 280 int opt_set_phantom(const char *optarg);
 281 InterpolationType opt_set_interpolation(const char *optarg);
 282 const char *name_of_interpolation(int interp_type);
 283 FilterType opt_set_filter(const char *optarg);
 284 const char *name_of_filter(const int filter);
 285 DomainType opt_set_filter_domain(const char *optarg);
 286 const char *name_of_filter_domain(const DomainType domain);
 287 BackprojType opt_set_backproj(const char *optarg);
 288 const char *name_of_backproj(const BackprojType backproj);
 289
 290 // From phm2image.cpp
 291 void phm_to_imagefile (const Phantom& phm, ImageFile& im, const int col_start, const int col_count, const int nsample, const int trace);
 292
 293 // image.cpp
 294 void image_filter_response(ImageFile& im, const DomainType domain, double bw, const FilterType filt_type, double filt_param, const int opt_trace);
 295 int image_display (const ImageFile& im);
 296 int image_display_scale (const ImageFile& im, const int scale, const double pmin, const double pmax);
 297
 298 // From reconstr.cpp
 299 ImageFile& proj_reconst (ImageFile& im, Projections& rs, const FilterType filt_type, double filt_param, InterpolationType interp_type, int interp_param, const BackprojType backproj_type, int const ir_trace);
 300
 301 #endif
 302