src/ctrec.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **   Name:          ctrec.cpp
   5 **   Purpose:       Reconstruct an image from projections
   6 **   Programmer:    Kevin Rosenberg
   7 **   Date Started:  Aug 1984
   8 **
   9 **  This is part of the CTSim program
  10 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
  11 **
  12 **  $Id: ctrec.cpp,v 1.8 2000/06/13 16:20:31 kevin Exp $
  13 **
  14 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  15 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  16 **  published by the Free Software Foundation.
  17 **
  18 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  19 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  20 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  21 **  GNU General Public License for more details.
  22 **
  23 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  24 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  25 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  26 ******************************************************************************/
  27
  28 #include "ct.h"
  29 #include "timer.h"
  30
  31
  32 enum {O_INTERP, O_FILTER, O_FILTER_PARAM, O_BACKPROJ, O_VERBOSE, O_TRACE, O_HELP, O_DEBUG, O_VERSION};
  33
  34 static struct option my_options[] =
  35 {
  36   {"interp", 1, 0, O_INTERP},
  37   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  38   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  39   {"backproj", 1, 0, O_BACKPROJ},
  40   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  41   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  42   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  43   {"help", 0, 0, O_HELP},
  44   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  45   {0, 0, 0, 0}
  46 };
  47
  48
  49 void
  50 ctrec_usage (const char *program)
  51 {
  52   cout << "usage: " << fileBasename(program) << " raysum-file image-file nx-image ny-image [OPTIONS]" << endl;
  53   cout << "Image reconstruction from raysum projections" << endl;
  54   cout << endl;
  55   cout << "   raysum-file     Input raysum file" << endl;
  56   cout << "   image-file      Output image file in SDF2D format" << endl;
  57   cout << "   nx-image        Number of columns in output image" << endl;
  58   cout << "   ny-image        Number of rows in output image" << endl;
  59   cout << "   --interp        Interpolation method during backprojection" << endl;
  60   cout << "       nearest     Nearest neighbor interpolation" << endl;
  61   cout << "       linear      Linear interpolation" << endl;
  62 #if HAVE_BSPLINE_INTERP
  63   cout << "       bspline     B-spline interpolation" << endl;
  64 #endif
  65   cout << "    --filter       Filter name" << endl;
  66   cout << "       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting (default)" << endl;
  67   cout << "       abs_sinc      Abs * Sinc" << endl;
  68   cout << "       abs_cos       Abs * Cosine" << endl;
  69   cout << "       abs_hamming   Abs * Hamming" << endl;
  70   cout << "       shepp         Shepp-Logan" << endl;
  71   cout << "       bandlimit     Bandlimiting" << endl;
  72   cout << "       sinc          Sinc" << endl;
  73   cout << "       cos           Cosine" << endl;
  74   cout << "       triangle      Triangle" << endl;
  75   cout << "       hamming       Hamming" << endl;
  76   cout << "    --backproj     Backprojection Method" << endl;
  77   cout << "       trig        Trigometric functions at every point" << endl;
  78   cout << "       table       Trigometric functions with precalculated table" << endl;
  79   cout << "       diff        Difference method" << endl;
  80   cout << "       diff2       Optimized difference method (default)" << endl;
  81   cout << "       idiff2      Optimized difference method with integer math" << endl;
  82   cout << "    --filter-param Alpha level for Hamming filter" << endl;
  83   cout << "    --trace        Set tracing to level" << endl;
  84   cout << "         none      No tracing (default)" << endl;
  85   cout << "         text      Text level tracing" << endl;
  86   cout << "         phm       Trace phantom" << endl;
  87   cout << "         rays      Trace allrays" << endl;
  88   cout << "         plot      Trace plotting" << endl;
  89   cout << "         clipping  Trace clipping" << endl;
  90   cout << "    --verbose      Turn on verbose mode" << endl;
  91   cout << "    --debug        Turn on debug mode" << endl;
  92   cout << "    --version      Print version" << endl;
  93   cout << "    --help         Print this help message" << endl;
  94 }
  95
  96
  97 #ifdef HAVE_MPI
  98 static void ScatterProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, RAYSUM *rsGlobal, RAYSUM *rsLocal, const int debug);
  99 static void ReduceImageMPI (MPIWorld& mpiWorld, ImageFile* imLocal, ImageFile* imGlobal);
 100 #endif
 101
 102
 103 int
 104 ctrec_main (int argc, char * argv[])
 105 {
 106   ImageFile *imGlobal = NULL;
 107   RAYSUM *rsGlobal = NULL;
 108   char *rs_name, *im_filename = NULL;
 109   char remark[MAXREMARK];
 110   char filt_name[80];
 111   char *endptr;
 112   int opt_verbose = 0;
 113   int opt_debug = 0;
 114   int opt_trace = TRACE_NONE;
 115   double opt_filter_param = 1;
 116   FilterType opt_filter = FILTER_ABS_BANDLIMIT;
 117   InterpolationType opt_interp = I_LINEAR;
 118   int opt_interp_param = 1;
 119   BackprojType opt_backproj = O_BPROJ_DIFF2;
 120   int nx, ny;
 121 #ifdef HAVE_MPI
 122   ImageFile *imLocal;
 123   RAYSUM *rsLocal;
 124   int mpi_nview, mpi_ndet;
 125   double mpi_detinc, mpi_rotinc, mpi_phmlen;
 126   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 127 #endif
 128
 129   Timer timerProgram;
 130
 131 #ifdef HAVE_MPI
 132   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 133 #endif
 134     while (1) {
 135       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 136       char *endptr = NULL;
 137
 138       if (c == -1)
 139         break;
 140
 141       switch (c)
 142         {
 143         case O_INTERP:
 144           if ((opt_interp = opt_set_interpolation(optarg)) < 0) {
 145             ctrec_usage(argv[0]);
 146             return (1);
 147           }
 148           break;
 149         case O_FILTER:
 150           if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 151             ctrec_usage(argv[0]);
 152             return (1);
 153           }
 154           break;
 155         case O_BACKPROJ:
 156           if ((opt_backproj = opt_set_backproj(optarg)) < 0) {
 157               ctrec_usage(argv[0]);
 158               return (1);
 159           }
 160           break;
 161         case O_FILTER_PARAM:
 162           opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 163           if (endptr != optarg + strlen(optarg)) {
 164             ctrec_usage(argv[0]);
 165           }
 166           break;
 167         case O_VERBOSE:
 168           opt_verbose = 1;
 169           break;
 170         case O_DEBUG:
 171           opt_debug = 1;
 172           break;
 173         case O_TRACE:
 174           if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 175             ctrec_usage(argv[0]);
 176             return (1);
 177           }
 178           break;
 179         case O_VERSION:
 180 #ifdef VERSION
 181         cout <<  "Version " <<  VERSION << endl;
 182 #else
 183         cout << "Unknown version number" << endl;
 184 #endif
 185           exit(0);
 186         case O_HELP:
 187         case '?':
 188           ctrec_usage(argv[0]);
 189           return (0);
 190         default:
 191           ctrec_usage(argv[0]);
 192           return (1);
 193         }
 194     }
 195
 196     if (optind + 4 != argc) {
 197       ctrec_usage(argv[0]);
 198       return (1);
 199     }
 200
 201     rs_name = argv[optind];
 202
 203     im_filename = argv[optind + 1];
 204
 205     nx = strtol(argv[optind + 2], &endptr, 10);
 206     ny = strtol(argv[optind + 3], &endptr, 10);
 207
 208     if (opt_filter == FILTER_G_HAMMING || opt_filter == FILTER_ABS_G_HAMMING)
 209       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s: alpha = %.2f",
 210                name_of_filter (opt_filter), opt_filter_param);
 211     else
 212       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s", name_of_filter (opt_filter));
 213
 214     snprintf (remark, sizeof(remark), "Reconstruct: %dx%d, %s, %s, %s",
 215              nx, ny, filt_name, name_of_interpolation (opt_interp), name_of_backproj(opt_backproj));
 216
 217     if (opt_verbose)
 218       cout << "Remark: " << remark << endl;
 219 #ifdef HAVE_MPI
 220   }
 221 #endif
 222
 223 #ifdef HAVE_MPI
 224   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 225     rsGlobal = raysum_open (rs_name);
 226     raysum_read (rsGlobal);
 227     if (opt_verbose)
 228       raysum_print_info(rsGlobal);
 229
 230     mpi_ndet = rsGlobal->ndet;
 231     mpi_nview = rsGlobal->nview;
 232     mpi_detinc = rsGlobal->det_inc;
 233     mpi_phmlen = rsGlobal->phmlen;
 234     mpi_rotinc = rsGlobal->rot_inc;
 235   }
 236
 237   TimerCollectiveMPI timerBcast (mpiWorld.getComm());
 238   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 239   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 240   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 241   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter, 1, MPI::INT, 0);
 242   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_interp, 1, MPI::INT, 0);
 243   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter_param, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 244   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_interp_param, 1, MPI::INT, 0);
 245   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_backproj, 1, MPI::INT, 0);
 246   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 247   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_nview, 1, MPI::INT, 0);
 248   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_detinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 249   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_phmlen, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 250   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_rotinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 251   mpiWorld.getComm().Bcast (&nx, 1, MPI::INT, 0);
 252   mpiWorld.getComm().Bcast (&ny, 1, MPI::INT, 0);
 253   if (opt_verbose)
 254       timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 255
 256   mpiWorld.setTotalWorkUnits (mpi_nview);
 257
 258   rsLocal = raysum_create (NULL, mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(), mpi_ndet);
 259   rsLocal->ndet = mpi_ndet;
 260   rsLocal->nview = mpi_nview;
 261   rsLocal->det_inc = mpi_detinc;
 262   rsLocal->phmlen = mpi_phmlen;
 263   rsLocal->rot_inc = mpi_rotinc;
 264
 265   TimerCollectiveMPI timerScatter (mpiWorld.getComm());
 266   ScatterProjectionsMPI (mpiWorld, rsGlobal, rsLocal, opt_debug);
 267   if (opt_verbose)
 268       timerScatter.timerEndAndReport ("Time to scatter projections");
 269
 270   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 271     imGlobal = new ImageFile (im_filename, nx, ny);
 272     imGlobal->fileCreate();
 273   }
 274
 275   imLocal = new ImageFile (nx, ny);
 276 #else
 277   rsGlobal = raysum_open (rs_name);
 278   raysum_read (rsGlobal);
 279   if (opt_verbose)
 280     raysum_print_info(rsGlobal);
 281
 282   imGlobal = new ImageFile (im_filename, nx, ny);
 283   imGlobal->fileCreate();
 284 #endif
 285
 286 #ifdef HAVE_MPI
 287   TimerCollectiveMPI timerReconstruct (mpiWorld.getComm());
 288   proj_reconst (*imLocal, rsLocal, opt_filter, opt_filter_param, opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 289   if (opt_verbose)
 290       timerReconstruct.timerEndAndReport ("Time to reconstruct");
 291
 292   TimerCollectiveMPI timerReduce (mpiWorld.getComm());
 293   ReduceImageMPI (mpiWorld, imLocal, imGlobal);
 294   if (opt_verbose)
 295       timerReduce.timerEndAndReport ("Time to reduce image");
 296 #else
 297   proj_reconst (*imGlobal, rsGlobal, opt_filter, opt_filter_param, opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 298 #endif
 299
 300 #ifdef HAVE_MPI
 301   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 302 #endif
 303     {
 304       raysum_close (rsGlobal);
 305       double calctime = timerProgram.timerEnd();
 306       imGlobal->arrayDataWrite ();
 307       imGlobal->labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, rsGlobal->remark, rsGlobal->calctime);
 308       imGlobal->labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, remark, calctime);
 309       imGlobal->fileClose ();
 310       if (opt_verbose)
 311         cout << "Run time: " << calctime << " seconds" << endl;
 312     }
 313 #ifdef HAVE_MPI
 314   MPI::Finalize();
 315 #endif
 316
 317   return (0);
 318 }
 319
 320
 321 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 322 // MPI Support Routines
 323 //
 324 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 325
 326 #ifdef HAVE_MPI
 327 static void ScatterProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, RAYSUM *rsGlobal, RAYSUM *rsLocal, const int opt_debug)
 328 {
 329   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 330     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 331       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 332         mpiWorld.getComm().Send(&rsGlobal->view[iw]->ndet, 1, MPI::INT, iProc, 0);
 333         mpiWorld.getComm().Send(&rsGlobal->view[iw]->view_angle, 1, MPI::DOUBLE, iProc, 0);
 334         mpiWorld.getComm().Send(rsGlobal->view[iw]->detval, rsGlobal->ndet, MPI::FLOAT, iProc, 0);
 335       }
 336     }
 337   }
 338
 339   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++) {
 340     MPI::Status status;
 341     mpiWorld.getComm().Recv(&rsLocal->view[iw]->ndet, 1, MPI::INT, 0, 0, status);
 342     mpiWorld.getComm().Recv(&rsLocal->view[iw]->view_angle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0, status);
 343     mpiWorld.getComm().Recv(rsLocal->view[iw]->detval, rsLocal->ndet, MPI::FLOAT, 0, 0, status);
 344   }
 345   rsLocal->nview = mpiWorld.getMyLocalWorkUnits();
 346 }
 347
 348 static void
 349 ReduceImageMPI (MPIWorld& mpiWorld, ImageFile* imLocal, ImageFile* imGlobal)
 350 {
 351   ImageFileArray vLocal = imLocal->getArray();
 352
 353   for (int ix = 0; ix < imLocal->nx(); ix++) {
 354     void *recvbuf = NULL;
 355     if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 356       ImageFileArray vGlobal = imGlobal->getArray();
 357       recvbuf = vGlobal[ix];
 358     }
 359     mpiWorld.getComm().Reduce (vLocal[ix], recvbuf, imLocal->ny(), imLocal->getMPIDataType(), MPI::SUM, 0);
 360   }
 361 }
 362
 363 #endif
 364
 365
 366 #ifndef NO_MAIN
 367 int
 368 main (int argc, char* argv[])
 369 {
 370   return (ctrec_main(argc, argv));
 371 }
 372 #endif
 373