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 1.4 2000/06/08 16:43:10 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
  30 enum {O_INTERP, O_FILTER, O_FILTER_PARAM, O_BACKPROJ, O_VERBOSE, O_TRACE, O_HELP, O_DEBUG, O_VERSION};
  31
  32 static struct option my_options[] =
  33 {
  34   {"interp", 1, 0, O_INTERP},
  35   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  36   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  37   {"backproj", 1, 0, O_BACKPROJ},
  38   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  39   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  40   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  41   {"help", 0, 0, O_HELP},
  42   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  43   {0, 0, 0, 0}
  44 };
  45
  46 void
  47 ctrec_usage (const char *program)
  48 {
  49   fprintf(stdout,"usage: %s raysum-file image-file nx-image ny-image [OPTIONS]\n", kbasename(program));
  50   fprintf(stdout,"Image reconstruction from raysum projections\n");
  51   fprintf(stdout,"\n");
  52   fprintf(stdout,"   raysum-file     Input raysum file\n");
  53   fprintf(stdout,"   image-file      Output image file in SDF2D format\n");
  54   fprintf(stdout,"   nx-image        Number of columns in output image\n");
  55   fprintf(stdout,"   ny-image        Number of rows in output image\n");
  56   fprintf(stdout,"   --interp        Interpolation method during backprojection\n");
  57   fprintf(stdout,"       nearest     Nearest neighbor interpolation\n");
  58   fprintf(stdout,"       linear      Linear interpolation\n");
  59 #if HAVE_BSPLINE_INTERP
  60   fprintf(stdout,"       bspline     B-spline interpolation\n");
  61 #endif
  62   fprintf(stdout,"    --filter       Filter name\n");
  63   fprintf(stdout,"       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting (default)\n");
  64   fprintf(stdout,"       abs_sinc      Abs * Sinc\n");
  65   fprintf(stdout,"       abs_cos       Abs * Cosine\n");
  66   fprintf(stdout,"       abs_hamming   Abs * Hamming\n");
  67   fprintf(stdout,"       shepp         Shepp-Logan\n");
  68   fprintf(stdout,"       bandlimit     Bandlimiting\n");
  69   fprintf(stdout,"       sinc          Sinc\n");
  70   fprintf(stdout,"       cos           Cosine\n");
  71   fprintf(stdout,"       triangle      Triangle\n");
  72   fprintf(stdout,"       hamming       Hamming\n");
  73   fprintf(stdout,"    --backproj     Backprojection Method\n");
  74   fprintf(stdout,"       trig        Trigometric functions at every point\n");
  75   fprintf(stdout,"       table       Trigometric functions with precalculated table\n");
  76   fprintf(stdout,"       diff        Difference method\n");
  77   fprintf(stdout,"       diff2       Optimized difference method (default)\n");
  78   fprintf(stdout,"       idiff2      Optimized difference method with integer math\n");
  79   fprintf(stdout,"    --filter-param Alpha level for Hamming filter\n");
  80   fprintf(stdout,"    --trace        Set tracing to level\n");
  81   fprintf(stdout,"         none      No tracing (default)\n");
  82   fprintf(stdout,"         text      Text level tracing\n");
  83   fprintf(stdout,"         phm       Trace phantom\n");
  84   fprintf(stdout,"         rays      Trace allrays\n");
  85   fprintf(stdout,"         plot      Trace plotting\n");
  86   fprintf(stdout,"         clipping  Trace clipping\n");
  87   fprintf(stdout,"    --verbose      Turn on verbose mode\n");
  88   fprintf(stdout,"    --debug        Turn on debug mode\n");
  89   fprintf(stdout,"    --version      Print version\n");
  90   fprintf(stdout,"    --help         Print this help message\n");
  91 }
  92
  93
  94 #ifdef HAVE_MPI
  95 static void mpi_scatter_rs (RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int debug);
  96 #endif
  97
  98 static void print_raysum_info(const RAYSUM *rs);
  99
 100 int
 101 ctrec_main (const int argc, char *const argv[])
 102 {
 103   ImageFile *im_global = NULL;
 104   RAYSUM *rs_global = NULL;
 105   char *rs_name, *im_filename = NULL;
 106   char remark[MAXREMARK];
 107   char filt_name[80];
 108   double time_start = 0, time_end = 0;
 109   char *endptr;
 110   int opt_verbose = 0;
 111   int opt_debug = 0;
 112   int opt_trace = TRACE_NONE;
 113   double opt_filter_param = 1;
 114   FilterType opt_filter = FILTER_ABS_BANDLIMIT;
 115   InterpolationType opt_interp = I_LINEAR;
 116   int opt_interp_param = 1;
 117   BackprojType opt_backproj = O_BPROJ_DIFF2;
 118   int nx, ny;
 119 #ifdef HAVE_MPI
 120   ImageFile *im_local;
 121   RAYSUM *rs_local;
 122   int mpi_argc = argc;
 123   char **mpi_argv = (char **) argv;
 124   int mpi_nview, mpi_ndet;
 125   double mpi_detinc, mpi_rotinc, mpi_phmlen;
 126   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 127
 128   MPI::Init (mpi_argc, mpi_argv);
 129   mpi_ct.comm = MPI::COMM_WORLD.Dup();
 130   mpi_ct.nproc = mpi_ct.comm.Get_size();
 131   mpi_ct.my_rank = mpi_ct.comm.Get_rank();
 132
 133   if (mpi_ct.nproc > CT_MPI_MAX_PROCESS) {
 134     sys_error(ERR_FATAL, "Number of mpi processes (%d) exceeds max processes (%d)",
 135               mpi_ct.nproc, CT_MPI_MAX_PROCESS);
 136     exit(1);
 137   }
 138 #endif
 139
 140 #ifdef HAVE_MPI
 141   time_start = MPI::Wtime();
 142 #else
 143   time_start = td_current_sec();
 144 #endif
 145
 146 #ifdef HAVE_MPI
 147   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 148 #endif
 149     while (1) {
 150       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 151       char *endptr = NULL;
 152
 153       if (c == -1)
 154         break;
 155
 156       switch (c)
 157         {
 158         case O_INTERP:
 159           if ((opt_interp = opt_set_interpolation(optarg)) < 0) {
 160             ctrec_usage(argv[0]);
 161             return (1);
 162           }
 163           break;
 164         case O_FILTER:
 165           if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 166             ctrec_usage(argv[0]);
 167             return (1);
 168           }
 169           break;
 170         case O_BACKPROJ:
 171           if ((opt_backproj = opt_set_backproj(optarg)) < 0) {
 172               ctrec_usage(argv[0]);
 173               return (1);
 174           }
 175           break;
 176         case O_FILTER_PARAM:
 177           opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 178           if (endptr != optarg + strlen(optarg)) {
 179             ctrec_usage(argv[0]);
 180           }
 181           break;
 182         case O_VERBOSE:
 183           opt_verbose = 1;
 184           break;
 185         case O_DEBUG:
 186           opt_debug = 1;
 187           break;
 188         case O_TRACE:
 189           if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 190             ctrec_usage(argv[0]);
 191             return (1);
 192           }
 193           break;
 194         case O_VERSION:
 195 #ifdef VERSION
 196           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 197 #else
 198           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 199 #endif
 200           exit(0);
 201         case O_HELP:
 202         case '?':
 203           ctrec_usage(argv[0]);
 204           return (0);
 205         default:
 206           ctrec_usage(argv[0]);
 207           return (1);
 208         }
 209     }
 210
 211     if (optind + 4 != argc) {
 212       ctrec_usage(argv[0]);
 213       return (1);
 214     }
 215
 216     rs_name = argv[optind];
 217
 218     im_filename = argv[optind + 1];
 219
 220     nx = strtol(argv[optind + 2], &endptr, 10);
 221     ny = strtol(argv[optind + 3], &endptr, 10);
 222
 223     if (opt_filter == FILTER_G_HAMMING || opt_filter == FILTER_ABS_G_HAMMING)
 224       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s: alpha = %.2f",
 225                name_of_filter (opt_filter), opt_filter_param);
 226     else
 227       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s", name_of_filter (opt_filter));
 228
 229     snprintf (remark, sizeof(remark), "Reconstruct: %dx%d, %s, %s, %s",
 230              nx, ny, filt_name, name_of_interpolation (opt_interp), name_of_backproj(opt_backproj));
 231
 232     if (opt_verbose)
 233       fprintf (stdout, "%s\n", remark);
 234 #ifdef HAVE_MPI
 235   }
 236 #endif
 237
 238 #ifdef HAVE_MPI
 239   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 240     rs_global = raysum_open (rs_name);
 241     raysum_read (rs_global);
 242     if (opt_verbose)
 243       print_raysum_info(rs_global);
 244
 245     mpi_ndet = rs_global->ndet;
 246     mpi_nview = rs_global->nview;
 247     mpi_detinc = rs_global->det_inc;
 248     mpi_phmlen = rs_global->phmlen;
 249     mpi_rotinc = rs_global->rot_inc;
 250   }
 251
 252   mpi_t1 = MPI::Wtime();
 253   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 254   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 255   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 256   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_filter, 1, MPI::INT, 0);
 257   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_interp, 1, MPI::INT, 0);
 258   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_filter_param, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 259   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_interp_param, 1, MPI::INT, 0);
 260   mpi_ct.comm.Bcast (&opt_backproj, 1, MPI::INT, 0);
 261   mpi_ct.comm.Bcast (&mpi_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 262   mpi_ct.comm.Bcast (&mpi_nview, 1, MPI::INT, 0);
 263   mpi_ct.comm.Bcast (&mpi_detinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 264   mpi_ct.comm.Bcast (&mpi_phmlen, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 265   mpi_ct.comm.Bcast (&mpi_rotinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 266   mpi_ct.comm.Bcast (&nx, 1, MPI::INT, 0);
 267   mpi_ct.comm.Bcast (&ny, 1, MPI::INT, 0);
 268   if (opt_verbose) {
 269     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 270     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 271     mpi_ct.comm.Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 272     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 273       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 274   }
 275
 276   mpi_ct_calc_work_units(mpi_nview);
 277
 278   rs_local = raysum_create (NULL, mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], mpi_ndet);
 279
 280   rs_local->ndet = mpi_ndet;
 281   rs_local->nview = mpi_nview;
 282   rs_local->det_inc = mpi_detinc;
 283   rs_local->phmlen = mpi_phmlen;
 284   rs_local->rot_inc = mpi_rotinc;
 285
 286   if (opt_verbose)
 287     mpi_t1 = MPI::Wtime();
 288   mpi_scatter_rs(rs_global, rs_local, opt_debug);
 289   if (opt_verbose) {
 290     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 291     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 292     mpi_ct.comm.Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 293     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 294       printf("Time to scatter rs = %f secs, Max time = %f sec\n", mpi_t, mpi_t_g);
 295   }
 296
 297   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 298     im_global = new ImageFile (im_filename, nx, ny);
 299     im_global->adf.fileCreate();
 300   }
 301
 302   im_local = new ImageFile (nx, ny);
 303 #else
 304   rs_global = raysum_open (rs_name);
 305   raysum_read (rs_global);
 306   if (opt_verbose)
 307     print_raysum_info(rs_global);
 308
 309   im_global = new ImageFile (im_filename, nx, ny);
 310   im_global->adf.fileCreate();
 311 #endif
 312
 313 #ifdef HAVE_MPI
 314   mpi_t1 = MPI::Wtime();
 315   proj_reconst (*im_local, rs_local, opt_filter, opt_filter_param,
 316                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 317
 318   mpi_t2 = MPI::Wtime();
 319   mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 320   mpi_ct.comm.Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 321   if (mpi_ct.my_rank == 0 && opt_verbose)
 322     printf("Time to reconstruct = %f, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 323 #else
 324   proj_reconst (*im_global, rs_global, opt_filter, opt_filter_param,
 325                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 326 #endif
 327
 328 #ifdef HAVE_MPI
 329   if (opt_verbose)
 330     mpi_t1 = MPI::Wtime();
 331
 332   int nxLocal = im_local->adf.nx();
 333   int nyLocal = im_local->adf.ny();
 334   ImageFileArray vLocal = im_local->getArray();
 335   ImageFileArray vGlobal = NULL;
 336   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 337     vGlobal = im_global->getArray();
 338
 339   for (int ix = 0; ix < nxLocal; ix++) {
 340     void *recvbuf = NULL;
 341     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 342       recvbuf = vGlobal[ix];
 343
 344     mpi_ct.comm.Reduce(vLocal[ix], recvbuf, nyLocal, im_local->getMPIDataType(), MPI::SUM, 0);
 345   }
 346
 347   if (opt_verbose) {
 348     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 349     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 350     mpi_ct.comm.Reduce (&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 351     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 352       printf("Time to reduce image = %f secs, max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 353   }
 354
 355   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 356       time_end = MPI::Wtime();
 357 #else
 358   time_end = td_current_sec();
 359 #endif
 360
 361
 362 #ifdef HAVE_MPI
 363   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 364 #endif
 365     {
 366       raysum_close (rs_global);
 367       double calctime = time_end - time_start;
 368       im_global->adf.arrayDataWrite ();
 369       im_global->adf.labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, rs_global->remark, rs_global->calctime);
 370       im_global->adf.labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, remark, calctime);
 371       im_global->adf.fileClose ();
 372       if (opt_verbose)
 373         cout << "Time active = " << calctime << " sec" << endl;
 374     }
 375
 376 #ifdef HAVE_MPI
 377         MPI::Finalize();
 378 #endif
 379
 380         return (0);
 381 }
 382
 383
 384 #ifdef HAVE_MPI
 385 static void mpi_scatter_rs (RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int opt_debug)
 386 {
 387   int iproc;
 388   int end_work_unit;
 389   int iw = 0;
 390
 391   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 392     for (iproc = 0; iproc < mpi_ct.nproc; iproc++) {
 393       end_work_unit = mpi_ct.start_work_unit[iproc] + mpi_ct.local_work_units[iproc]  - 1;
 394
 395       for (iw = mpi_ct.start_work_unit[iproc]; iw <= end_work_unit; iw++) {
 396         mpi_ct.comm.Send(&rs_global->view[iw]->ndet, 1, MPI::INT, iproc, 0);
 397         mpi_ct.comm.Send(&rs_global->view[iw]->view_angle, 1, MPI::DOUBLE, iproc, 0);
 398         mpi_ct.comm.Send(rs_global->view[iw]->detval, rs_global->ndet, MPI::FLOAT, iproc, 0);
 399       }
 400     }
 401   }
 402
 403   if (opt_debug)
 404     fprintf(stdout, "Receiving rs data in process %d\n", mpi_ct.my_rank);
 405
 406   end_work_unit = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank] - 1;
 407   for (iw = 0; iw <= end_work_unit; iw++) {
 408     MPI::Status status;
 409
 410     mpi_ct.comm.Recv(&rs_local->view[iw]->ndet, 1, MPI::INT, 0, 0, status);
 411     mpi_ct.comm.Recv(&rs_local->view[iw]->view_angle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0, status);
 412     mpi_ct.comm.Recv(rs_local->view[iw]->detval, rs_local->ndet, MPI::FLOAT, 0, 0, status);
 413   }
 414   rs_local->nview = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank];
 415   if (opt_debug) {
 416     mpi_ct.comm.Barrier();
 417     fprintf(stdout, "Done with mpi_scatter_rs in process %2d\n", mpi_ct.my_rank);
 418   }
 419 }
 420
 421 #endif
 422
 423 static void print_raysum_info(const RAYSUM *rs)
 424 {
 425   printf ("Number of detectors: %d\n", rs->ndet);
 426   printf ("    Number of views: %d\n", rs->nview);
 427   printf ("             Remark: %s\n", rs->remark);
 428   printf ("             phmlen: %f\n", rs->phmlen);
 429   printf ("          det_start: %f\n", rs->det_start);
 430   printf ("            det_inc: %f\n", rs->det_inc);
 431   printf ("          rot_start: %f\n", rs->rot_start);
 432   printf ("            rot_inc: %f\n", rs->rot_inc);
 433 }
 434
 435 #ifndef NO_MAIN
 436 int
 437 main (const int argc, char *const argv[])
 438 {
 439   return (ctrec_main(argc, argv));
 440 }
 441 #endif
 442