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 1.1 2000/04/28 13:02:44 kevin Exp $
   6 **  $Log: ctrec.c,v $
   7 **  Revision 1.1  2000/04/28 13:02:44  kevin
   8 **  Initial revision
   9 **
  10 **
  11 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  12 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  13 **  published by the Free Software Foundation.
  14 **
  15 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  16 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  18 **  GNU General Public License for more details.
  19 **
  20 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  21 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  22 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  23 ******************************************************************************/
  24 /* FILE
  25  *   ctrec.c            Reconstruct an image from raysums
  26  *
  27  * DATE
  28  *   Aug 84
  29  *   Jul 99  -- Converted to ANSI C
  30  *              Added MPI parallel processing
  31  */
  32
  33 #include "ct.h"
  34
  35 #define O_INTERP       1
  36 #define O_FILTER       2
  37 #define O_FILTER_PARAM 3
  38 #define O_BACKPROJ     4
  39 #define O_VERBOSE      5
  40 #define O_TRACE        6
  41 #define O_HELP         7
  42 #define O_DEBUG        8
  43 #define O_VERSION      9
  44
  45 static struct option my_options[] =
  46 {
  47   {"interp", 1, 0, O_INTERP},
  48   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  49   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  50   {"backproj", 1, 0, O_BACKPROJ},
  51   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  52   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  53   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  54   {"help", 0, 0, O_HELP},
  55   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  56   {0, 0, 0, 0}
  57 };
  58
  59 void
  60 usage (const char *program)
  61 {
  62   fprintf(stdout,"usage: %s raysum-file image-file nx-image ny-image [OPTIONS]\n", kbasename(program));
  63   fprintf(stdout,"Image reconstruction from raysum projections\n");
  64   fprintf(stdout,"\n");
  65   fprintf(stdout,"   raysum-file     Input raysum file\n");
  66   fprintf(stdout,"   image-file      Output image file in SDF2D format\n");
  67   fprintf(stdout,"   nx-image        Number of columns in output image\n");
  68   fprintf(stdout,"   ny-image        Number of rows in output image\n");
  69   fprintf(stdout,"   --interp        Interpolation method during backprojection\n");
  70   fprintf(stdout,"       nearest     Nearest neighbor interpolation\n");
  71   fprintf(stdout,"       linear      Linear interpolation\n");
  72   fprintf(stdout,"       bspline     B-spline interpolation\n");
  73   fprintf(stdout,"    --filter       Filter name\n");
  74   fprintf(stdout,"       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting (default)\n");
  75   fprintf(stdout,"       abs_sinc      Abs * Sinc\n");
  76   fprintf(stdout,"       abs_cos       Abs * Cosine\n");
  77   fprintf(stdout,"       abs_hamming   Abs * Hamming\n");
  78   fprintf(stdout,"       shepp         Shepp-Logan\n");
  79   fprintf(stdout,"       bandlimit     Bandlimiting\n");
  80   fprintf(stdout,"       sinc          Sinc\n");
  81   fprintf(stdout,"       cos           Cosine\n");
  82   fprintf(stdout,"       triangle      Triangle\n");
  83   fprintf(stdout,"       hamming       Hamming\n");
  84   fprintf(stdout,"    --backproj     Backprojection Method\n");
  85   fprintf(stdout,"       trig        Trigometric functions at every point\n");
  86   fprintf(stdout,"       table       Trigometric functions with precalculated table\n");
  87   fprintf(stdout,"       diff        Difference method\n");
  88   fprintf(stdout,"       diff2       Optimized difference method (default)\n");
  89   fprintf(stdout,"       idiff2      Optimized difference method with integer math\n");
  90   fprintf(stdout,"    --filter-param Alpha level for Hamming filter\n");
  91   fprintf(stdout,"    --trace        Set tracing to level\n");
  92   fprintf(stdout,"         none      No tracing (default)\n");
  93   fprintf(stdout,"         status    Status tracing\n");
  94   fprintf(stdout,"         pic       Trace picture\n");
  95   fprintf(stdout,"         rays      Trace allrays\n");
  96   fprintf(stdout,"         plot      Trace plotting\n");
  97   fprintf(stdout,"         clipping  Trace clipping\n");
  98   fprintf(stdout,"    --verbose      Turn on verbose mode\n");
  99   fprintf(stdout,"    --debug        Turn on debug mode\n");
 100   fprintf(stdout,"    --version      Print version\n");
 101   fprintf(stdout,"    --help         Print this help message\n");
 102   exit(1);
 103 }
 104
 105
 106 #ifdef MPI_CT
 107 void mpi_scatter_rs (RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int debug);
 108 #endif
 109 void print_raysum_info(const RAYSUM *rs);
 110
 111 int
 112 main (const int argc, char *const argv[])
 113 {
 114   IMAGE *im_global;
 115   RAYSUM *rs_global;
 116   char *rs_name, *im_filename;
 117   char remark[MAXREMARK];
 118   char filt_name[80];
 119   int nx, ny;
 120   double time_start, time_end;
 121   char *endptr;
 122   int opt_verbose = 0;
 123   int opt_debug = 0;
 124   int opt_trace = TRACE_NONE;
 125   double opt_filter_param;
 126   int opt_filter = W_A_BANDLIMIT;
 127   int opt_interp = I_LINEAR;
 128   int opt_interp_param = 1;
 129   int opt_backproj = O_BPROJ_DIFF2;
 130 #ifdef MPI_CT
 131   IMAGE *im_local;
 132   RAYSUM *rs_local;
 133   int mpi_argc = argc;
 134   char **mpi_argv = (char **) argv;
 135   int mpi_nview, mpi_ndet;
 136   double mpi_detinc, mpi_rotinc, mpi_piclen;
 137   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 138   int ix;
 139
 140   MPI_Init(&mpi_argc, &mpi_argv);
 141   MPI_Comm_dup (MPI_COMM_WORLD, &mpi_ct.comm);
 142   MPI_Comm_size(mpi_ct.comm, &mpi_ct.nproc);
 143   MPI_Comm_rank(mpi_ct.comm, &mpi_ct.my_rank);
 144
 145   if (mpi_ct.nproc > MPI_MAX_PROCESS) {
 146     sys_error(ERR_FATAL, "Number of mpi processes (%d) exceeds max processes (%d)",
 147               mpi_ct.nproc, MPI_MAX_PROCESS);
 148     exit(1);
 149   }
 150 #endif
 151
 152 #ifdef MPI_CT
 153   time_start = MPI_Wtime();
 154 #else
 155   time_start = td_current_sec();
 156 #endif
 157
 158 #ifdef MPI_CT
 159   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 160 #endif
 161     while (1) {
 162       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 163       char *endptr = NULL;
 164
 165       if (c == -1)
 166         break;
 167
 168       switch (c)
 169         {
 170         case O_INTERP:
 171           opt_interp = opt_set_interpolation(optarg, argv[0]);
 172           break;
 173         case O_FILTER:
 174           opt_filter = opt_set_filter(optarg, argv[0]);
 175           break;
 176         case O_BACKPROJ:
 177           opt_backproj = opt_set_backproj(optarg, argv[0]);
 178           break;
 179         case O_FILTER_PARAM:
 180           opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 181           if (endptr != optarg + strlen(optarg)) {
 182             usage(argv[0]);
 183             exit(1);
 184           }
 185           break;
 186         case O_VERBOSE:
 187           opt_verbose = 1;
 188           break;
 189         case O_DEBUG:
 190           opt_debug = 1;
 191           break;
 192         case O_TRACE:
 193           opt_trace = opt_set_trace(optarg, argv[0]);
 194           break;
 195         case O_VERSION:
 196 #ifdef VERSION
 197           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 198 #else
 199           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 200 #endif
 201           exit(0);
 202         case O_HELP:
 203         case '?':
 204           usage(argv[0]);
 205           exit(0);
 206         default:
 207           usage(argv[0]);
 208           exit(1);
 209         }
 210     }
 211
 212     if (optind + 4 != argc) {
 213       usage(argv[0]);
 214       exit(1);
 215     }
 216
 217     rs_name = argv[optind];
 218
 219     im_filename = argv[optind + 1];
 220
 221     nx = strtol(argv[optind + 2], &endptr, 10);
 222     ny = strtol(argv[optind + 3], &endptr, 10);
 223
 224     if (opt_filter == W_G_HAMMING || opt_filter == W_AG_HAMMING)
 225       sprintf (filt_name, "%s: alpha = %.2f",
 226                filter_name_of (opt_filter), opt_filter_param);
 227     else
 228       sprintf (filt_name, "%s", filter_name_of (opt_filter));
 229
 230     sprintf (remark,
 231              "Reconstruct: %dx%d, %s, %s, %s",
 232              nx, ny, filt_name, interp_name_of (opt_interp), name_of_backproj(opt_backproj));
 233
 234     if (opt_verbose)
 235       fprintf (stdout, "%s\n", remark);
 236 #ifdef MPI_CT
 237   }
 238 #endif
 239
 240 #ifdef MPI_CT
 241   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 242     if (file_exists(rs_name) == FALSE) {
 243       fprintf (stderr, "File %s does not exist\n", rs_name);
 244       exit(1);
 245     }
 246     rs_global = raysum_open (rs_name);
 247     raysum_read (rs_global);
 248     print_raysum_info(rs_global);
 249     if (opt_verbose) {
 250       printf ("Number of detectors: %d\n", rs_global->ndet);
 251       printf ("    Number of views: %d\n", rs_global->nview);
 252       printf ("             Remark: %s\n", rs_global->remark);
 253     }
 254
 255     mpi_ndet = rs_global->ndet;
 256     mpi_nview = rs_global->nview;
 257     mpi_detinc = rs_global->det_inc;
 258     mpi_piclen = rs_global->piclen;
 259     mpi_rotinc = rs_global->rot_inc;
 260   }
 261
 262
 263   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 264   MPI_Bcast(&opt_verbose, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 265   MPI_Bcast(&opt_debug, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 266   MPI_Bcast(&opt_trace, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 267   MPI_Bcast(&opt_filter, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 268   MPI_Bcast(&opt_interp, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 269   MPI_Bcast(&opt_filter_param, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 270   MPI_Bcast(&opt_interp_param, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 271   MPI_Bcast(&opt_backproj, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 272   MPI_Bcast(&mpi_ndet, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 273   MPI_Bcast(&mpi_nview, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 274   MPI_Bcast(&mpi_detinc, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 275   MPI_Bcast(&mpi_piclen, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 276   MPI_Bcast(&mpi_rotinc, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 277   MPI_Bcast(&nx, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 278   MPI_Bcast(&ny, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 279   if (opt_verbose) {
 280     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 281     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 282     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 283     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 284       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 285   }
 286
 287   mpi_ct_calc_work_units(mpi_nview);
 288
 289   rs_local = raysum_create (NULL, mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], mpi_ndet, TRUE);
 290   //  rs_local->ndet = mpi_ndet;
 291   //  rs_local->nview = mpi_nview;
 292   rs_local->det_inc = mpi_detinc;
 293   rs_local->piclen = mpi_piclen;
 294   rs_local->rot_inc = mpi_rotinc;
 295
 296   if (opt_debug)
 297     fprintf(stderr, "Bcast'd rs vars, my nview=%d, local_work_units=%d, start_work_units=%d (process %d)\n",
 298             mpi_nview, mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], mpi_ct.start_work_unit[mpi_ct.my_rank], mpi_ct.my_rank);
 299
 300   if (opt_verbose)
 301     mpi_t1 = MPI_Wtime();
 302   mpi_scatter_rs(rs_global, rs_local, opt_debug);
 303   if (opt_verbose) {
 304     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 305     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 306     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 307     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 308       printf("Time to scatter rs = %f secs, Max time = %f sec\n", mpi_t, mpi_t_g);
 309   }
 310
 311   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 312     im_global = image_create (im_filename, nx, ny);
 313     sdf_add_label (LT_HISTORY, rs_global->remark, rs_global->calctime, im_global->dfp_2d->dfp);
 314     sdf_add_empty_label (im_global->dfp_2d->dfp);
 315   }
 316   im_local = image_create (NULL, nx, ny);
 317
 318 #else
 319   rs_global = raysum_open (rs_name);
 320   raysum_read (rs_global);
 321   if (opt_debug)
 322     print_raysum_info(rs_global);
 323
 324   im_global = image_create (im_filename, nx, ny);
 325   sdf_add_label (LT_HISTORY, rs_global->remark, rs_global->calctime, im_global->dfp_2d->dfp);
 326   sdf_add_empty_label (im_global->dfp_2d->dfp);
 327 #endif
 328
 329 #ifdef MPI_CT
 330   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 331   image_reconst (im_local, rs_local, opt_filter, opt_filter_param,
 332                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 333   mpi_t2 = MPI_Wtime();
 334   mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 335   MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 336   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 337     printf("Time to reconstruct = %f, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 338   }
 339 #else
 340   image_reconst (im_global, rs_global, opt_filter, opt_filter_param,
 341                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 342 #endif
 343
 344 #ifdef MPI_CT
 345   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 346     raysum_close (rs_global);
 347   }
 348
 349   if (opt_verbose)
 350     mpi_t1 = MPI_Wtime();
 351   for (ix = 0; ix < im_local->nx; ix++) {
 352     MPI_Reduce(im_local->v[ix], im_global->v[ix],
 353                im_local->ny, MPI_FLOAT, MPI_SUM, 0, mpi_ct.comm);
 354   }
 355   if (opt_verbose) {
 356     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 357     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 358     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 359     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 360       printf("Time to reduce image = %f secs, max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 361   }
 362   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 363     strncpy (im_global->remark, remark, MAXREMARK);
 364     image_save (im_global);
 365     time_end = MPI_Wtime();
 366     im_global->calctime = time_end - time_start;
 367     if (opt_verbose)
 368       fprintf (stdout, "Time active = %.2f\n", im_global->calctime);
 369     }
 370 #else
 371   raysum_close (rs_global);
 372   strncpy (im_global->remark, remark, MAXREMARK);
 373   image_save (im_global);
 374
 375   time_end = td_current_sec();
 376   im_global->calctime = time_end - time_start;
 377   if (opt_verbose)
 378     fprintf (stdout, "Time active = %.2f secs\n", im_global->calctime);
 379 #endif
 380
 381 #ifdef MPI_CT
 382         MPI_Finalize();
 383 #endif
 384
 385         return (0);
 386 }
 387
 388
 389 #ifdef MPI_CT
 390 void mpi_scatter_rs (RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int opt_debug)
 391 {
 392   int iproc;
 393   int end_work_unit;
 394   int iw;
 395
 396   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 397     for (iproc = 0; iproc < mpi_ct.nproc; iproc++) {
 398       end_work_unit = mpi_ct.start_work_unit[iproc]
 399         + mpi_ct.local_work_units[iproc]
 400         - 1;
 401
 402       if (opt_debug)
 403         fprintf(stdout, "Sending rs data to process %d\n", iproc);
 404
 405       for (iw = mpi_ct.start_work_unit[iproc]; iw <= end_work_unit; iw++) {
 406         MPI_Send(&rs_global->view[iw]->view_angle, 1, MPI_DOUBLE, iproc, 0, mpi_ct.comm);
 407         MPI_Send(&rs_global->view[iw]->ndet, 1, MPI_INT, iproc, 0, mpi_ct.comm);
 408         MPI_Send(rs_global->view[iw]->detval, rs_global->ndet, MPI_FLOAT, iproc, 0, mpi_ct.comm);
 409       }
 410     }
 411   }
 412
 413   end_work_unit = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank] - 1;
 414   for (iw = 0; iw <= end_work_unit; iw++) {
 415     MPI_Status status;
 416
 417     MPI_Recv(&rs_local->view[iw]->view_angle, 1, MPI_DOUBLE, 0, 0, mpi_ct.comm, &status);
 418     MPI_Recv(&rs_local->view[iw]->ndet, 1, MPI_INT, 0, 0, mpi_ct.comm, &status);
 419     MPI_Recv(rs_local->view[iw]->detval, rs_global->ndet, MPI_FLOAT, 0, 0, mpi_ct.comm, &status);
 420   }
 421   rs_local->nview = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank];
 422 }
 423
 424 #endif
 425
 426 void print_raysum_info(const RAYSUM *rs)
 427 {
 428   printf ("Number of detectors: %d\n", rs->ndet);
 429   printf ("    Number of views: %d\n", rs->nview);
 430   printf ("             Remark: %s\n", rs->remark);
 431   printf ("Piclen: %f\n", rs->piclen);
 432   printf ("det_start: %f\n", rs->det_start);
 433   printf ("det_inc: %f\n", rs->det_inc);
 434   printf ("rot_start: %f\n", rs->rot_start);
 435   printf ("rot_inc: %f\n", rs->rot_inc);
 436 }