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