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