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