src/ctrec.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 **  This is part of the CTSim program
   3 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
   4 **
   5 **  $Id: ctrec.cpp,v 1.3 2000/06/07 10:12:05 kevin Exp $
   6 **  $Log: ctrec.cpp,v $
   7 **  Revision 1.3  2000/06/07 10:12:05  kevin
   8 **  Upgraded from MPI to MPI++
   9 **
  10 **  Revision 1.2  2000/06/07 07:43:19  kevin
  11 **  Converted to IF data files and C++
  12 **
  13 **  Revision 1.1  2000/06/07 02:29:05  kevin
  14 **  Initial C++ versions
  15 **
  16 **  Revision 1.13  2000/06/05 01:33:25  kevin
  17 **  BSpline changes
  18 **
  19 **  Revision 1.12  2000/05/24 22:50:04  kevin
  20 **  Added support for new SGP library
  21 **
  22 **  Revision 1.11  2000/05/16 04:33:59  kevin
  23 **  Improved option processing
  24 **
  25 **  Revision 1.10  2000/05/11 01:06:30  kevin
  26 **  Changed sprintf to snprintf
  27 **
  28 **  Revision 1.9  2000/05/08 20:02:32  kevin
  29 **  ANSI C changes
  30 **
  31 **  Revision 1.8  2000/05/04 18:16:34  kevin
  32 **  renamed filter definitions
  33 **
  34 **  Revision 1.7  2000/05/03 08:49:50  kevin
  35 **  Code cleanup
  36 **
  37 **  Revision 1.6  2000/05/02 15:31:47  kevin
  38 **  code cleaning
  39 **
  40 **  Revision 1.5  2000/04/30 11:41:06  kevin
  41 **  Cleaned up debugging code
  42 **
  43 **  Revision 1.4  2000/04/30 10:13:27  kevin
  44 **  Fixed MPI bugs
  45 **
  46 **  Revision 1.3  2000/04/30 04:06:13  kevin
  47 **  Update Raysum i/o routines
  48 **  Fix MPI bug in ctrec (scatter_raysum) that referenced rs_global
  49 **
  50 **  Revision 1.2  2000/04/29 23:24:56  kevin
  51 **  *** empty log message ***
  52 **
  53 **  Revision 1.1.1.1  2000/04/28 13:02:44  kevin
  54 **  Initial CVS import for first public release
  55 **
  56 **
  57 **
  58 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  59 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  60 **  published by the Free Software Foundation.
  61 **
  62 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  63 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  64 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  65 **  GNU General Public License for more details.
  66 **
  67 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  68 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  69 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  70 ******************************************************************************/
  71
  72 /* FILE
  73  *   ctrec.c            Reconstruct an image from raysums
  74  *
  75  * DATE
  76  *   Aug 84
  77  *   Jul 99  -- Converted to ANSI C
  78  *              Added MPI parallel processing
  79  */
  80
  81 #include "ct.h"
  82
  83 enum {O_INTERP, O_FILTER, O_FILTER_PARAM, O_BACKPROJ, O_VERBOSE, O_TRACE, O_HELP, O_DEBUG, O_VERSION};
  84
  85 static struct option my_options[] =
  86 {
  87   {"interp", 1, 0, O_INTERP},
  88   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  89   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  90   {"backproj", 1, 0, O_BACKPROJ},
  91   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  92   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  93   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  94   {"help", 0, 0, O_HELP},
  95   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  96   {0, 0, 0, 0}
  97 };
  98
  99 void
 100 ctrec_usage (const char *program)
 101 {
 102   fprintf(stdout,"usage: %s raysum-file image-file nx-image ny-image [OPTIONS]\n", kbasename(program));
 103   fprintf(stdout,"Image reconstruction from raysum projections\n");
 104   fprintf(stdout,"\n");
 105   fprintf(stdout,"   raysum-file     Input raysum file\n");
 106   fprintf(stdout,"   image-file      Output image file in SDF2D format\n");
 107   fprintf(stdout,"   nx-image        Number of columns in output image\n");
 108   fprintf(stdout,"   ny-image        Number of rows in output image\n");
 109   fprintf(stdout,"   --interp        Interpolation method during backprojection\n");
 110   fprintf(stdout,"       nearest     Nearest neighbor interpolation\n");
 111   fprintf(stdout,"       linear      Linear interpolation\n");
 112 #if HAVE_BSPLINE_INTERP
 113   fprintf(stdout,"       bspline     B-spline interpolation\n");
 114 #endif
 115   fprintf(stdout,"    --filter       Filter name\n");
 116   fprintf(stdout,"       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting (default)\n");
 117   fprintf(stdout,"       abs_sinc      Abs * Sinc\n");
 118   fprintf(stdout,"       abs_cos       Abs * Cosine\n");
 119   fprintf(stdout,"       abs_hamming   Abs * Hamming\n");
 120   fprintf(stdout,"       shepp         Shepp-Logan\n");
 121   fprintf(stdout,"       bandlimit     Bandlimiting\n");
 122   fprintf(stdout,"       sinc          Sinc\n");
 123   fprintf(stdout,"       cos           Cosine\n");
 124   fprintf(stdout,"       triangle      Triangle\n");
 125   fprintf(stdout,"       hamming       Hamming\n");
 126   fprintf(stdout,"    --backproj     Backprojection Method\n");
 127   fprintf(stdout,"       trig        Trigometric functions at every point\n");
 128   fprintf(stdout,"       table       Trigometric functions with precalculated table\n");
 129   fprintf(stdout,"       diff        Difference method\n");
 130   fprintf(stdout,"       diff2       Optimized difference method (default)\n");
 131   fprintf(stdout,"       idiff2      Optimized difference method with integer math\n");
 132   fprintf(stdout,"    --filter-param Alpha level for Hamming filter\n");
 133   fprintf(stdout,"    --trace        Set tracing to level\n");
 134   fprintf(stdout,"         none      No tracing (default)\n");
 135   fprintf(stdout,"         text      Text level tracing\n");
 136   fprintf(stdout,"         phm       Trace phantom\n");
 137   fprintf(stdout,"         rays      Trace allrays\n");
 138   fprintf(stdout,"         plot      Trace plotting\n");
 139   fprintf(stdout,"         clipping  Trace clipping\n");
 140   fprintf(stdout,"    --verbose      Turn on verbose mode\n");
 141   fprintf(stdout,"    --debug        Turn on debug mode\n");
 142   fprintf(stdout,"    --version      Print version\n");
 143   fprintf(stdout,"    --help         Print this help message\n");
 144 }
 145
 146
 147 #ifdef HAVE_MPI
 148 static void mpi_scatter_rs (RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int debug);
 149 #endif
 150
 151 static void print_raysum_info(const RAYSUM *rs);
 152
 153 int
 154 ctrec_main (const int argc, char *const argv[])
 155 {
 156   ImageFile *im_global = NULL;
 157   RAYSUM *rs_global = NULL;
 158   char *rs_name, *im_filename = NULL;
 159   char remark[MAXREMARK];
 160   char filt_name[80];
 161   double time_start = 0, time_end = 0;
 162   char *endptr;
 163   int opt_verbose = 0;
 164   int opt_debug = 0;
 165   int opt_trace = TRACE_NONE;
 166   double opt_filter_param = 1;
 167   FilterType opt_filter = FILTER_ABS_BANDLIMIT;
 168   InterpolationType opt_interp = I_LINEAR;
 169   int opt_interp_param = 1;
 170   BackprojType opt_backproj = O_BPROJ_DIFF2;
 171   int nx, ny;
 172 #ifdef HAVE_MPI
 173   ImageFile *im_local;
 174   RAYSUM *rs_local;
 175   int mpi_argc = argc;
 176   char **mpi_argv = (char **) argv;
 177   int mpi_nview, mpi_ndet;
 178   double mpi_detinc, mpi_rotinc, mpi_phmlen;
 179   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 180
 181   MPI::Init (mpi_argc, mpi_argv);
 182   mpi_ct.comm = MPI::COMM_WORLD.Dup();
 183   mpi_ct.nproc = mpi_ct.comm.Get_size();
 184   mpi_ct.my_rank = mpi_ct.comm.Get_rank();
 185
 186   if (mpi_ct.nproc > CT_MPI_MAX_PROCESS) {
 187     sys_error(ERR_FATAL, "Number of mpi processes (%d) exceeds max processes (%d)",
 188               mpi_ct.nproc, CT_MPI_MAX_PROCESS);
 189     exit(1);
 190   }
 191 #endif
 192
 193 #ifdef HAVE_MPI
 194   time_start = MPI::Wtime();
 195 #else
 196   time_start = td_current_sec();
 197 #endif
 198
 199 #ifdef HAVE_MPI
 200   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 201 #endif
 202     while (1) {
 203       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 204       char *endptr = NULL;
 205
 206       if (c == -1)
 207         break;
 208
 209       switch (c)
 210         {
 211         case O_INTERP:
 212           if ((opt_interp = opt_set_interpolation(optarg)) < 0) {
 213             ctrec_usage(argv[0]);
 214             return (1);
 215           }
 216           break;
 217         case O_FILTER:
 218           if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 219             ctrec_usage(argv[0]);
 220             return (1);
 221           }
 222           break;
 223         case O_BACKPROJ:
 224           if ((opt_backproj = opt_set_backproj(optarg)) < 0) {
 225               ctrec_usage(argv[0]);
 226               return (1);
 227           }
 228           break;
 229         case O_FILTER_PARAM:
 230           opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 231           if (endptr != optarg + strlen(optarg)) {
 232             ctrec_usage(argv[0]);
 233           }
 234           break;
 235         case O_VERBOSE:
 236           opt_verbose = 1;
 237           break;
 238         case O_DEBUG:
 239           opt_debug = 1;
 240           break;
 241         case O_TRACE:
 242           if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 243             ctrec_usage(argv[0]);
 244             return (1);
 245           }
 246           break;
 247         case O_VERSION:
 248 #ifdef VERSION
 249           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 250 #else
 251           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 252 #endif
 253           exit(0);
 254         case O_HELP:
 255         case '?':
 256           ctrec_usage(argv[0]);
 257           return (0);
 258         default:
 259           ctrec_usage(argv[0]);
 260           return (1);
 261         }
 262     }
 263
 264     if (optind + 4 != argc) {
 265       ctrec_usage(argv[0]);
 266       return (1);
 267     }
 268
 269     rs_name = argv[optind];
 270
 271     im_filename = argv[optind + 1];
 272
 273     nx = strtol(argv[optind + 2], &endptr, 10);
 274     ny = strtol(argv[optind + 3], &endptr, 10);
 275
 276     if (opt_filter == FILTER_G_HAMMING || opt_filter == FILTER_ABS_G_HAMMING)
 277       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s: alpha = %.2f",
 278                name_of_filter (opt_filter), opt_filter_param);
 279     else
 280       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s", name_of_filter (opt_filter));
 281
 282     snprintf (remark, sizeof(remark), "Reconstruct: %dx%d, %s, %s, %s",
 283              nx, ny, filt_name, name_of_interpolation (opt_interp), name_of_backproj(opt_backproj));
 284
 285     if (opt_verbose)
 286       fprintf (stdout, "%s\n", remark);
 287 #ifdef HAVE_MPI
 288   }
 289 #endif
 290
 291 #ifdef HAVE_MPI
 292   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 293     rs_global = raysum_open (rs_name);
 294     raysum_read (rs_global);
 295     if (opt_verbose)
 296       print_raysum_info(rs_global);
 297
 298     mpi_ndet = rs_global->ndet;
 299     mpi_nview = rs_global->nview;
 300     mpi_detinc = rs_global->det_inc;
 301     mpi_phmlen = rs_global->phmlen;
 302     mpi_rotinc = rs_global->rot_inc;
 303   }
 304
 305   mpi_t1 = MPI::Wtime();
 306   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 307   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 308   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 309   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_filter, 1, MPI::INT, 0);
 310   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_interp, 1, MPI::INT, 0);
 311   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_filter_param, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 312   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_interp_param, 1, MPI::INT, 0);
 313   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_backproj, 1, MPI::INT, 0);
 314   mpi_ct.comm.Bcast (&mpi_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 315   mpi_ct.comm.Bcast (&mpi_nview, 1, MPI::INT, 0);
 316   mpi_ct.comm.Bcast (&mpi_detinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 317   mpi_ct.comm.Bcast (&mpi_phmlen, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 318   mpi_ct.comm.Bcast (&mpi_rotinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 319   mpi_ct.comm.Bcast (&nx, 1, MPI::INT, 0);
 320   mpi_ct.comm.Bcast (&ny, 1, MPI::INT, 0);
 321   if (opt_verbose) {
 322     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 323     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 324     mpi_ct.comm.Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 325     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 326       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 327   }
 328
 329   mpi_ct_calc_work_units(mpi_nview);
 330
 331   rs_local = raysum_create (NULL, mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], mpi_ndet);
 332
 333   rs_local->ndet = mpi_ndet;
 334   rs_local->nview = mpi_nview;
 335   rs_local->det_inc = mpi_detinc;
 336   rs_local->phmlen = mpi_phmlen;
 337   rs_local->rot_inc = mpi_rotinc;
 338
 339   if (opt_verbose)
 340     mpi_t1 = MPI::Wtime();
 341   mpi_scatter_rs(rs_global, rs_local, opt_debug);
 342   if (opt_verbose) {
 343     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 344     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 345     mpi_ct.comm.Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 346     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 347       printf("Time to scatter rs = %f secs, Max time = %f sec\n", mpi_t, mpi_t_g);
 348   }
 349
 350   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 351     im_global = new ImageFile (im_filename, nx, ny);
 352     im_global->adf.fileCreate();
 353   }
 354   im_local = new ImageFile (nx, ny);
 355
 356 #else
 357   rs_global = raysum_open (rs_name);
 358   raysum_read (rs_global);
 359   if (opt_verbose)
 360     print_raysum_info(rs_global);
 361
 362   im_global = new ImageFile (im_filename, nx, ny);
 363   im_global->adf.fileCreate();
 364
 365 #endif
 366
 367 #ifdef HAVE_MPI
 368   mpi_t1 = MPI::Wtime();
 369   proj_reconst (*im_local, rs_local, opt_filter, opt_filter_param,
 370                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 371   mpi_t2 = MPI::Wtime();
 372   mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 373   mpi_ct.comm.Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 374   if (mpi_ct.my_rank == 0 && opt_verbose)
 375     printf("Time to reconstruct = %f, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 376 #else
 377   proj_reconst (*im_global, rs_global, opt_filter, opt_filter_param,
 378                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 379 #endif
 380
 381 #ifdef HAVE_MPI
 382   if (opt_verbose)
 383     mpi_t1 = MPI::Wtime();
 384
 385   int nxLocal = im_local->adf.nx();
 386   int nyLocal = im_local->adf.ny();
 387   ImageFileArray vLocal = im_local->getArray();
 388   ImageFileArray vGlobal = im_global->getArray();
 389
 390   for (int ix = 0; ix < nxLocal; ix++) {
 391     void *recvbuf = NULL;
 392     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 393       recvbuf = vGlobal[ix];
 394
 395     mpi_ct.comm.Reduce(vLocal[ix], recvbuf, nyLocal, MPI::FLOAT, MPI::SUM, 0);
 396   }
 397
 398   if (opt_verbose) {
 399     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 400     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 401     mpi_ct.comm.Reduce (&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 402     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 403       printf("Time to reduce image = %f secs, max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 404   }
 405
 406   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 407       time_end = MPI::Wtime();
 408 #else
 409   time_end = td_current_sec();
 410 #endif
 411
 412
 413 #ifdef HAVE_MPI
 414   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 415 #endif
 416     {
 417       raysum_close (rs_global);
 418       double calctime = time_end - time_start;
 419       im_global->adf.arrayDataWrite ();
 420       im_global->adf.labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, rs_global->remark, rs_global->calctime);
 421       im_global->adf.labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, remark, calctime);
 422       im_global->adf.fileClose ();
 423       if (opt_verbose)
 424         cout << "Time active = " << calctime << " sec" << endl;
 425     }
 426
 427 #ifdef HAVE_MPI
 428         MPI::Finalize();
 429 #endif
 430
 431         return (0);
 432 }
 433
 434
 435 #ifdef HAVE_MPI
 436 static void mpi_scatter_rs (RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int opt_debug)
 437 {
 438   int iproc;
 439   int end_work_unit;
 440   int iw = 0;
 441
 442   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 443     for (iproc = 0; iproc < mpi_ct.nproc; iproc++) {
 444       end_work_unit = mpi_ct.start_work_unit[iproc] + mpi_ct.local_work_units[iproc]  - 1;
 445
 446       for (iw = mpi_ct.start_work_unit[iproc]; iw <= end_work_unit; iw++) {
 447         mpi_ct.comm.Send(&rs_global->view[iw]->ndet, 1, MPI::INT, iproc, 0);
 448         mpi_ct.comm.Send(&rs_global->view[iw]->view_angle, 1, MPI::DOUBLE, iproc, 0);
 449         mpi_ct.comm.Send(rs_global->view[iw]->detval, rs_global->ndet, MPI::FLOAT, iproc, 0);
 450       }
 451     }
 452   }
 453
 454   if (opt_debug)
 455     fprintf(stdout, "Receiving rs data in process %d\n", mpi_ct.my_rank);
 456
 457   end_work_unit = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank] - 1;
 458   for (iw = 0; iw <= end_work_unit; iw++) {
 459     MPI::Status status;
 460
 461     mpi_ct.comm.Recv(&rs_local->view[iw]->ndet, 1, MPI::INT, 0, 0, status);
 462     mpi_ct.comm.Recv(&rs_local->view[iw]->view_angle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0, status);
 463     mpi_ct.comm.Recv(rs_local->view[iw]->detval, rs_local->ndet, MPI::FLOAT, 0, 0, status);
 464   }
 465   rs_local->nview = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank];
 466   if (opt_debug) {
 467     mpi_ct.comm.Barrier();
 468     fprintf(stdout, "Done with mpi_scatter_rs in process %2d\n", mpi_ct.my_rank);
 469   }
 470 }
 471
 472 #endif
 473
 474 static void print_raysum_info(const RAYSUM *rs)
 475 {
 476   printf ("Number of detectors: %d\n", rs->ndet);
 477   printf ("    Number of views: %d\n", rs->nview);
 478   printf ("             Remark: %s\n", rs->remark);
 479   printf ("             phmlen: %f\n", rs->phmlen);
 480   printf ("          det_start: %f\n", rs->det_start);
 481   printf ("            det_inc: %f\n", rs->det_inc);
 482   printf ("          rot_start: %f\n", rs->rot_start);
 483   printf ("            rot_inc: %f\n", rs->rot_inc);
 484 }
 485
 486 #ifndef NO_MAIN
 487 int
 488 main (const int argc, char *const argv[])
 489 {
 490   return (ctrec_main(argc, argv));
 491 }
 492 #endif
 493