src/ctrec.c

   1 /*****************************************************************************
   2 **  This is part of the CTSim program
   3 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
   4 **
   5 **  $Id: ctrec.c,v 1.12 2000/05/24 22:50:04 kevin Exp $
   6 **  $Log: ctrec.c,v $
   7 **  Revision 1.12  2000/05/24 22:50:04  kevin
   8 **  Added support for new SGP library
   9 **
  10 **  Revision 1.11  2000/05/16 04:33:59  kevin
  11 **  Improved option processing
  12 **
  13 **  Revision 1.10  2000/05/11 01:06:30  kevin
  14 **  Changed sprintf to snprintf
  15 **
  16 **  Revision 1.9  2000/05/08 20:02:32  kevin
  17 **  ANSI C changes
  18 **
  19 **  Revision 1.8  2000/05/04 18:16:34  kevin
  20 **  renamed filter definitions
  21 **
  22 **  Revision 1.7  2000/05/03 08:49:50  kevin
  23 **  Code cleanup
  24 **
  25 **  Revision 1.6  2000/05/02 15:31:47  kevin
  26 **  code cleaning
  27 **
  28 **  Revision 1.5  2000/04/30 11:41:06  kevin
  29 **  Cleaned up debugging code
  30 **
  31 **  Revision 1.4  2000/04/30 10:13:27  kevin
  32 **  Fixed MPI bugs
  33 **
  34 **  Revision 1.3  2000/04/30 04:06:13  kevin
  35 **  Update Raysum i/o routines
  36 **  Fix MPI bug in ctrec (scatter_raysum) that referenced rs_global
  37 **
  38 **  Revision 1.2  2000/04/29 23:24:56  kevin
  39 **  *** empty log message ***
  40 **
  41 **  Revision 1.1.1.1  2000/04/28 13:02:44  kevin
  42 **  Initial CVS import for first public release
  43 **
  44 **
  45 **
  46 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  47 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  48 **  published by the Free Software Foundation.
  49 **
  50 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  51 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  52 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  53 **  GNU General Public License for more details.
  54 **
  55 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  56 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  57 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  58 ******************************************************************************/
  59
  60 /* FILE
  61  *   ctrec.c            Reconstruct an image from raysums
  62  *
  63  * DATE
  64  *   Aug 84
  65  *   Jul 99  -- Converted to ANSI C
  66  *              Added MPI parallel processing
  67  */
  68
  69 #include "ct.h"
  70
  71 enum {O_INTERP, O_FILTER, O_FILTER_PARAM, O_BACKPROJ, O_VERBOSE, O_TRACE, O_HELP, O_DEBUG, O_VERSION};
  72
  73 static struct option my_options[] =
  74 {
  75   {"interp", 1, 0, O_INTERP},
  76   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  77   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  78   {"backproj", 1, 0, O_BACKPROJ},
  79   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  80   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  81   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  82   {"help", 0, 0, O_HELP},
  83   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  84   {0, 0, 0, 0}
  85 };
  86
  87 void
  88 ctrec_usage (const char *program)
  89 {
  90   fprintf(stdout,"usage: %s raysum-file image-file nx-image ny-image [OPTIONS]\n", kbasename(program));
  91   fprintf(stdout,"Image reconstruction from raysum projections\n");
  92   fprintf(stdout,"\n");
  93   fprintf(stdout,"   raysum-file     Input raysum file\n");
  94   fprintf(stdout,"   image-file      Output image file in SDF2D format\n");
  95   fprintf(stdout,"   nx-image        Number of columns in output image\n");
  96   fprintf(stdout,"   ny-image        Number of rows in output image\n");
  97   fprintf(stdout,"   --interp        Interpolation method during backprojection\n");
  98   fprintf(stdout,"       nearest     Nearest neighbor interpolation\n");
  99   fprintf(stdout,"       linear      Linear interpolation\n");
 100   fprintf(stdout,"       bspline     B-spline interpolation\n");
 101   fprintf(stdout,"    --filter       Filter name\n");
 102   fprintf(stdout,"       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting (default)\n");
 103   fprintf(stdout,"       abs_sinc      Abs * Sinc\n");
 104   fprintf(stdout,"       abs_cos       Abs * Cosine\n");
 105   fprintf(stdout,"       abs_hamming   Abs * Hamming\n");
 106   fprintf(stdout,"       shepp         Shepp-Logan\n");
 107   fprintf(stdout,"       bandlimit     Bandlimiting\n");
 108   fprintf(stdout,"       sinc          Sinc\n");
 109   fprintf(stdout,"       cos           Cosine\n");
 110   fprintf(stdout,"       triangle      Triangle\n");
 111   fprintf(stdout,"       hamming       Hamming\n");
 112   fprintf(stdout,"    --backproj     Backprojection Method\n");
 113   fprintf(stdout,"       trig        Trigometric functions at every point\n");
 114   fprintf(stdout,"       table       Trigometric functions with precalculated table\n");
 115   fprintf(stdout,"       diff        Difference method\n");
 116   fprintf(stdout,"       diff2       Optimized difference method (default)\n");
 117   fprintf(stdout,"       idiff2      Optimized difference method with integer math\n");
 118   fprintf(stdout,"    --filter-param Alpha level for Hamming filter\n");
 119   fprintf(stdout,"    --trace        Set tracing to level\n");
 120   fprintf(stdout,"         none      No tracing (default)\n");
 121   fprintf(stdout,"         text      Text level tracing\n");
 122   fprintf(stdout,"         phm       Trace phantom\n");
 123   fprintf(stdout,"         rays      Trace allrays\n");
 124   fprintf(stdout,"         plot      Trace plotting\n");
 125   fprintf(stdout,"         clipping  Trace clipping\n");
 126   fprintf(stdout,"    --verbose      Turn on verbose mode\n");
 127   fprintf(stdout,"    --debug        Turn on debug mode\n");
 128   fprintf(stdout,"    --version      Print version\n");
 129   fprintf(stdout,"    --help         Print this help message\n");
 130 }
 131
 132
 133 #ifdef MPI_CT
 134 static void mpi_scatter_rs (RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int debug);
 135 #endif
 136
 137 static void print_raysum_info(const RAYSUM *rs);
 138
 139 int
 140 ctrec_main (const int argc, char *const argv[])
 141 {
 142   IMAGE *im_global = NULL;
 143   RAYSUM *rs_global = NULL;
 144   char *rs_name, *im_filename = NULL;
 145   char remark[MAXREMARK];
 146   char filt_name[80];
 147   int nx, ny;
 148   double time_start = 0, time_end = 0;
 149   char *endptr;
 150   int opt_verbose = 0;
 151   int opt_debug = 0;
 152   int opt_trace = TRACE_NONE;
 153   double opt_filter_param = 1;
 154   int opt_filter = FILTER_ABS_BANDLIMIT;
 155   int opt_interp = I_LINEAR;
 156   int opt_interp_param = 1;
 157   BackprojType opt_backproj = O_BPROJ_DIFF2;
 158 #ifdef MPI_CT
 159   IMAGE *im_local;
 160   RAYSUM *rs_local;
 161   int mpi_argc = argc;
 162   char **mpi_argv = (char **) argv;
 163   int mpi_nview, mpi_ndet;
 164   double mpi_detinc, mpi_rotinc, mpi_phmlen;
 165   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 166   int ix;
 167
 168   MPI_Init(&mpi_argc, &mpi_argv);
 169   MPI_Comm_dup (MPI_COMM_WORLD, &mpi_ct.comm);
 170   MPI_Comm_size(mpi_ct.comm, &mpi_ct.nproc);
 171   MPI_Comm_rank(mpi_ct.comm, &mpi_ct.my_rank);
 172
 173   if (mpi_ct.nproc > MPI_MAX_PROCESS) {
 174     sys_error(ERR_FATAL, "Number of mpi processes (%d) exceeds max processes (%d)",
 175               mpi_ct.nproc, MPI_MAX_PROCESS);
 176     exit(1);
 177   }
 178 #endif
 179
 180 #ifdef MPI_CT
 181   time_start = MPI_Wtime();
 182 #else
 183   time_start = td_current_sec();
 184 #endif
 185
 186 #ifdef MPI_CT
 187   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 188 #endif
 189     while (1) {
 190       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 191       char *endptr = NULL;
 192
 193       if (c == -1)
 194         break;
 195
 196       switch (c)
 197         {
 198         case O_INTERP:
 199           if ((opt_interp = opt_set_interpolation(optarg)) < 0) {
 200             ctrec_usage(argv[0]);
 201             return (1);
 202           }
 203           break;
 204         case O_FILTER:
 205           if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 206             ctrec_usage(argv[0]);
 207             return (1);
 208           }
 209           break;
 210         case O_BACKPROJ:
 211           if ((opt_backproj = opt_set_backproj(optarg)) < 0) {
 212               ctrec_usage(argv[0]);
 213               return (1);
 214           }
 215           break;
 216         case O_FILTER_PARAM:
 217           opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 218           if (endptr != optarg + strlen(optarg)) {
 219             ctrec_usage(argv[0]);
 220           }
 221           break;
 222         case O_VERBOSE:
 223           opt_verbose = 1;
 224           break;
 225         case O_DEBUG:
 226           opt_debug = 1;
 227           break;
 228         case O_TRACE:
 229           if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 230             ctrec_usage(argv[0]);
 231             return (1);
 232           }
 233           break;
 234         case O_VERSION:
 235 #ifdef VERSION
 236           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 237 #else
 238           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 239 #endif
 240           exit(0);
 241         case O_HELP:
 242         case '?':
 243           ctrec_usage(argv[0]);
 244           return (0);
 245         default:
 246           ctrec_usage(argv[0]);
 247           return (1);
 248         }
 249     }
 250
 251     if (optind + 4 != argc) {
 252       ctrec_usage(argv[0]);
 253       return (1);
 254     }
 255
 256     rs_name = argv[optind];
 257
 258     im_filename = argv[optind + 1];
 259
 260     nx = strtol(argv[optind + 2], &endptr, 10);
 261     ny = strtol(argv[optind + 3], &endptr, 10);
 262
 263     if (opt_filter == FILTER_G_HAMMING || opt_filter == FILTER_ABS_G_HAMMING)
 264       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s: alpha = %.2f",
 265                name_of_filter (opt_filter), opt_filter_param);
 266     else
 267       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s", name_of_filter (opt_filter));
 268
 269     snprintf (remark, sizeof(remark), "Reconstruct: %dx%d, %s, %s, %s",
 270              nx, ny, filt_name, name_of_interpolation (opt_interp), name_of_backproj(opt_backproj));
 271
 272     if (opt_verbose)
 273       fprintf (stdout, "%s\n", remark);
 274 #ifdef MPI_CT
 275   }
 276 #endif
 277
 278 #ifdef MPI_CT
 279   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 280     rs_global = raysum_open (rs_name);
 281     raysum_read (rs_global);
 282     if (opt_verbose)
 283       print_raysum_info(rs_global);
 284
 285     mpi_ndet = rs_global->ndet;
 286     mpi_nview = rs_global->nview;
 287     mpi_detinc = rs_global->det_inc;
 288     mpi_phmlen = rs_global->phmlen;
 289     mpi_rotinc = rs_global->rot_inc;
 290   }
 291
 292   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 293   MPI_Bcast(&opt_verbose, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 294   MPI_Bcast(&opt_debug, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 295   MPI_Bcast(&opt_trace, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 296   MPI_Bcast(&opt_filter, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 297   MPI_Bcast(&opt_interp, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 298   MPI_Bcast(&opt_filter_param, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 299   MPI_Bcast(&opt_interp_param, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 300   MPI_Bcast(&opt_backproj, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 301   MPI_Bcast(&mpi_ndet, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 302   MPI_Bcast(&mpi_nview, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 303   MPI_Bcast(&mpi_detinc, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 304   MPI_Bcast(&mpi_phmlen, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 305   MPI_Bcast(&mpi_rotinc, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 306   MPI_Bcast(&nx, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 307   MPI_Bcast(&ny, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 308   if (opt_verbose) {
 309     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 310     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 311     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 312     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 313       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 314   }
 315
 316   mpi_ct_calc_work_units(mpi_nview);
 317
 318   rs_local = raysum_create (NULL, mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], mpi_ndet);
 319
 320   rs_local->ndet = mpi_ndet;
 321   rs_local->nview = mpi_nview;
 322   rs_local->det_inc = mpi_detinc;
 323   rs_local->phmlen = mpi_phmlen;
 324   rs_local->rot_inc = mpi_rotinc;
 325
 326   if (opt_verbose)
 327     mpi_t1 = MPI_Wtime();
 328   mpi_scatter_rs(rs_global, rs_local, opt_debug);
 329   if (opt_verbose) {
 330     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 331     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 332     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 333     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 334       printf("Time to scatter rs = %f secs, Max time = %f sec\n", mpi_t, mpi_t_g);
 335   }
 336
 337   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 338     im_global = image_create (im_filename, nx, ny);
 339     sdf_add_label (LT_HISTORY, rs_global->remark, rs_global->calctime, im_global->dfp_2d->dfp);
 340     sdf_add_empty_label (im_global->dfp_2d->dfp);
 341   }
 342   im_local = image_create (NULL, nx, ny);
 343
 344 #else
 345   rs_global = raysum_open (rs_name);
 346   raysum_read (rs_global);
 347   if (opt_verbose)
 348     print_raysum_info(rs_global);
 349
 350   im_global = image_create (im_filename, nx, ny);
 351   sdf_add_label (LT_HISTORY, rs_global->remark, rs_global->calctime, im_global->dfp_2d->dfp);
 352   sdf_add_empty_label (im_global->dfp_2d->dfp);
 353 #endif
 354
 355 #ifdef MPI_CT
 356   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 357   image_reconst (im_local, rs_local, opt_filter, opt_filter_param,
 358                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 359   mpi_t2 = MPI_Wtime();
 360   mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 361   MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 362   if (mpi_ct.my_rank == 0 && opt_verbose)
 363     printf("Time to reconstruct = %f, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 364 #else
 365   image_reconst (im_global, rs_global, opt_filter, opt_filter_param,
 366                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 367 #endif
 368
 369 #ifdef MPI_CT
 370   if (opt_verbose)
 371     mpi_t1 = MPI_Wtime();
 372
 373   for (ix = 0; ix < im_local->nx; ix++) {
 374     void *recvbuf = NULL;
 375     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 376       recvbuf = im_global->v[ix];
 377
 378     MPI_Reduce(im_local->v[ix], recvbuf, im_local->ny, MPI_FLOAT, MPI_SUM, 0, mpi_ct.comm);
 379   }
 380
 381   if (opt_verbose) {
 382     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 383     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 384     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 385     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 386       printf("Time to reduce image = %f secs, max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 387   }
 388
 389   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 390       time_end = MPI_Wtime();
 391 #else
 392   time_end = td_current_sec();
 393 #endif
 394
 395
 396 #ifdef MPI_CT
 397   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 398 #endif
 399     {
 400       raysum_close (rs_global);
 401       strncpy (im_global->remark, remark, sizeof(im_global->remark));
 402       im_global->calctime = time_end - time_start;
 403       image_save (im_global);
 404       if (opt_verbose)
 405           fprintf (stdout, "Time active = %.2f\n", im_global->calctime);
 406     }
 407
 408 #ifdef MPI_CT
 409         MPI_Finalize();
 410 #endif
 411
 412         return (0);
 413 }
 414
 415
 416 #ifdef MPI_CT
 417 static void mpi_scatter_rs (RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int opt_debug)
 418 {
 419   int iproc;
 420   int end_work_unit;
 421   int iw = 0;
 422
 423   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 424     for (iproc = 0; iproc < mpi_ct.nproc; iproc++) {
 425       end_work_unit = mpi_ct.start_work_unit[iproc] + mpi_ct.local_work_units[iproc]  - 1;
 426
 427       for (iw = mpi_ct.start_work_unit[iproc]; iw <= end_work_unit; iw++) {
 428         MPI_Send(&rs_global->view[iw]->ndet, 1, MPI_INT, iproc, 0, mpi_ct.comm);
 429         MPI_Send(&rs_global->view[iw]->view_angle, 1, MPI_DOUBLE, iproc, 0, mpi_ct.comm);
 430         MPI_Send(rs_global->view[iw]->detval, rs_global->ndet, MPI_FLOAT, iproc, 0, mpi_ct.comm);
 431       }
 432     }
 433   }
 434
 435   if (opt_debug)
 436     fprintf(stdout, "Receiving rs data in process %d\n", mpi_ct.my_rank);
 437
 438   end_work_unit = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank] - 1;
 439   for (iw = 0; iw <= end_work_unit; iw++) {
 440     MPI_Status status;
 441
 442     MPI_Recv(&rs_local->view[iw]->ndet, 1, MPI_INT, 0, 0, mpi_ct.comm, &status);
 443     MPI_Recv(&rs_local->view[iw]->view_angle, 1, MPI_DOUBLE, 0, 0, mpi_ct.comm, &status);
 444     MPI_Recv(rs_local->view[iw]->detval, rs_local->ndet, MPI_FLOAT, 0, 0, mpi_ct.comm, &status);
 445   }
 446   rs_local->nview = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank];
 447   if (opt_debug) {
 448     MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);
 449     fprintf(stdout, "Done with mpi_scatter_rs in process %2d\n", mpi_ct.my_rank);
 450   }
 451 }
 452
 453 #endif
 454
 455 static void print_raysum_info(const RAYSUM *rs)
 456 {
 457   printf ("Number of detectors: %d\n", rs->ndet);
 458   printf ("    Number of views: %d\n", rs->nview);
 459   printf ("             Remark: %s\n", rs->remark);
 460   printf ("             phmlen: %f\n", rs->phmlen);
 461   printf ("          det_start: %f\n", rs->det_start);
 462   printf ("            det_inc: %f\n", rs->det_inc);
 463   printf ("          rot_start: %f\n", rs->rot_start);
 464   printf ("            rot_inc: %f\n", rs->rot_inc);
 465 }
 466
 467 #ifndef NO_MAIN
 468 int
 469 main (const int argc, char *const argv[])
 470 {
 471   return (ctrec_main(argc, argv));
 472 }
 473 #endif
 474