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