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 1.6 2000/06/09 11:03:08 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 (MPIWorld& mpiWorld, 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 (int argc, char * 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_nview, mpi_ndet;
 123   double mpi_detinc, mpi_rotinc, mpi_phmlen;
 124   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 125   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 126 #endif
 127
 128 #ifdef HAVE_MPI
 129   time_start = MPI::Wtime();
 130 #else
 131   time_start = td_current_sec();
 132 #endif
 133
 134 #ifdef HAVE_MPI
 135   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 136 #endif
 137     while (1) {
 138       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 139       char *endptr = NULL;
 140
 141       if (c == -1)
 142         break;
 143
 144       switch (c)
 145         {
 146         case O_INTERP:
 147           if ((opt_interp = opt_set_interpolation(optarg)) < 0) {
 148             ctrec_usage(argv[0]);
 149             return (1);
 150           }
 151           break;
 152         case O_FILTER:
 153           if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 154             ctrec_usage(argv[0]);
 155             return (1);
 156           }
 157           break;
 158         case O_BACKPROJ:
 159           if ((opt_backproj = opt_set_backproj(optarg)) < 0) {
 160               ctrec_usage(argv[0]);
 161               return (1);
 162           }
 163           break;
 164         case O_FILTER_PARAM:
 165           opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 166           if (endptr != optarg + strlen(optarg)) {
 167             ctrec_usage(argv[0]);
 168           }
 169           break;
 170         case O_VERBOSE:
 171           opt_verbose = 1;
 172           break;
 173         case O_DEBUG:
 174           opt_debug = 1;
 175           break;
 176         case O_TRACE:
 177           if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 178             ctrec_usage(argv[0]);
 179             return (1);
 180           }
 181           break;
 182         case O_VERSION:
 183 #ifdef VERSION
 184           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 185 #else
 186           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 187 #endif
 188           exit(0);
 189         case O_HELP:
 190         case '?':
 191           ctrec_usage(argv[0]);
 192           return (0);
 193         default:
 194           ctrec_usage(argv[0]);
 195           return (1);
 196         }
 197     }
 198
 199     if (optind + 4 != argc) {
 200       ctrec_usage(argv[0]);
 201       return (1);
 202     }
 203
 204     rs_name = argv[optind];
 205
 206     im_filename = argv[optind + 1];
 207
 208     nx = strtol(argv[optind + 2], &endptr, 10);
 209     ny = strtol(argv[optind + 3], &endptr, 10);
 210
 211     if (opt_filter == FILTER_G_HAMMING || opt_filter == FILTER_ABS_G_HAMMING)
 212       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s: alpha = %.2f",
 213                name_of_filter (opt_filter), opt_filter_param);
 214     else
 215       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s", name_of_filter (opt_filter));
 216
 217     snprintf (remark, sizeof(remark), "Reconstruct: %dx%d, %s, %s, %s",
 218              nx, ny, filt_name, name_of_interpolation (opt_interp), name_of_backproj(opt_backproj));
 219
 220     if (opt_verbose)
 221       fprintf (stdout, "%s\n", remark);
 222 #ifdef HAVE_MPI
 223   }
 224 #endif
 225
 226 #ifdef HAVE_MPI
 227   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 228     rs_global = raysum_open (rs_name);
 229     raysum_read (rs_global);
 230     if (opt_verbose)
 231       print_raysum_info(rs_global);
 232
 233     mpi_ndet = rs_global->ndet;
 234     mpi_nview = rs_global->nview;
 235     mpi_detinc = rs_global->det_inc;
 236     mpi_phmlen = rs_global->phmlen;
 237     mpi_rotinc = rs_global->rot_inc;
 238   }
 239
 240   mpi_t1 = MPI::Wtime();
 241   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 242   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 243   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 244   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter, 1, MPI::INT, 0);
 245   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_interp, 1, MPI::INT, 0);
 246   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter_param, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 247   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_interp_param, 1, MPI::INT, 0);
 248   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_backproj, 1, MPI::INT, 0);
 249   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 250   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_nview, 1, MPI::INT, 0);
 251   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_detinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 252   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_phmlen, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 253   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_rotinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 254   mpiWorld.getComm().Bcast (&nx, 1, MPI::INT, 0);
 255   mpiWorld.getComm().Bcast (&ny, 1, MPI::INT, 0);
 256   if (opt_verbose) {
 257     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 258     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 259     mpiWorld.getComm().Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 260     if (mpiWorld.getRank() == 0)
 261       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 262   }
 263
 264   mpiWorld.setTotalWorkUnits (mpi_nview);
 265
 266   rs_local = raysum_create (NULL, mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(), mpi_ndet);
 267
 268   rs_local->ndet = mpi_ndet;
 269   rs_local->nview = mpi_nview;
 270   rs_local->det_inc = mpi_detinc;
 271   rs_local->phmlen = mpi_phmlen;
 272   rs_local->rot_inc = mpi_rotinc;
 273
 274   if (opt_verbose)
 275     mpi_t1 = MPI::Wtime();
 276   mpi_scatter_rs(mpiWorld, rs_global, rs_local, opt_debug);
 277   if (opt_verbose) {
 278     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 279     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 280     mpiWorld.getComm().Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 281     if (mpiWorld.getRank() == 0)
 282       printf("Time to scatter rs = %f secs, Max time = %f sec\n", mpi_t, mpi_t_g);
 283   }
 284
 285   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 286     im_global = new ImageFile (im_filename, nx, ny);
 287     im_global->fileCreate();
 288   }
 289
 290   im_local = new ImageFile (nx, ny);
 291 #else
 292   rs_global = raysum_open (rs_name);
 293   raysum_read (rs_global);
 294   if (opt_verbose)
 295     print_raysum_info(rs_global);
 296
 297   im_global = new ImageFile (im_filename, nx, ny);
 298   im_global->fileCreate();
 299 #endif
 300
 301 #ifdef HAVE_MPI
 302   mpi_t1 = MPI::Wtime();
 303   proj_reconst (*im_local, rs_local, opt_filter, opt_filter_param,
 304                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 305
 306   mpi_t2 = MPI::Wtime();
 307   mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 308   mpiWorld.getComm().Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 309   if (mpiWorld.getRank() == 0 && opt_verbose)
 310     printf("Time to reconstruct = %f, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 311 #else
 312   proj_reconst (*im_global, rs_global, opt_filter, opt_filter_param,
 313                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 314 #endif
 315
 316 #ifdef HAVE_MPI
 317   if (opt_verbose)
 318     mpi_t1 = MPI::Wtime();
 319
 320   int nxLocal = im_local->nx();
 321   int nyLocal = im_local->ny();
 322   ImageFileArray vLocal = im_local->getArray();
 323   ImageFileArray vGlobal = NULL;
 324   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 325     vGlobal = im_global->getArray();
 326
 327   for (int ix = 0; ix < nxLocal; ix++) {
 328     void *recvbuf = NULL;
 329     if (mpiWorld.getRank() == 0)
 330       recvbuf = vGlobal[ix];
 331
 332     mpiWorld.getComm().Reduce(vLocal[ix], recvbuf, nyLocal, im_local->getMPIDataType(), MPI::SUM, 0);
 333   }
 334
 335   if (opt_verbose) {
 336     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 337     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 338     mpiWorld.getComm().Reduce (&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 339     if (mpiWorld.getRank() == 0)
 340       printf("Time to reduce image = %f secs, max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 341   }
 342
 343   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 344       time_end = MPI::Wtime();
 345 #else
 346   time_end = td_current_sec();
 347 #endif
 348
 349
 350 #ifdef HAVE_MPI
 351   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 352 #endif
 353     {
 354       raysum_close (rs_global);
 355       double calctime = time_end - time_start;
 356       im_global->arrayDataWrite ();
 357       im_global->labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, rs_global->remark, rs_global->calctime);
 358       im_global->labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, remark, calctime);
 359       im_global->fileClose ();
 360       if (opt_verbose)
 361         cout << "Time active = " << calctime << " sec" << endl;
 362     }
 363
 364 #ifdef HAVE_MPI
 365         MPI::Finalize();
 366 #endif
 367
 368         return (0);
 369 }
 370
 371
 372 #ifdef HAVE_MPI
 373 static void mpi_scatter_rs (MPIWorld& mpiWorld, RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int opt_debug)
 374 {
 375   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 376     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 377       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 378         mpiWorld.getComm().Send(&rs_global->view[iw]->ndet, 1, MPI::INT, iProc, 0);
 379         mpiWorld.getComm().Send(&rs_global->view[iw]->view_angle, 1, MPI::DOUBLE, iProc, 0);
 380         mpiWorld.getComm().Send(rs_global->view[iw]->detval, rs_global->ndet, MPI::FLOAT, iProc, 0);
 381       }
 382     }
 383   }
 384
 385   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++) {
 386     MPI::Status status;
 387
 388     mpiWorld.getComm().Recv(&rs_local->view[iw]->ndet, 1, MPI::INT, 0, 0, status);
 389     mpiWorld.getComm().Recv(&rs_local->view[iw]->view_angle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0, status);
 390     mpiWorld.getComm().Recv(rs_local->view[iw]->detval, rs_local->ndet, MPI::FLOAT, 0, 0, status);
 391   }
 392   rs_local->nview = mpiWorld.getMyLocalWorkUnits();
 393 }
 394
 395 #endif
 396
 397 static void print_raysum_info(const RAYSUM *rs)
 398 {
 399   printf ("Number of detectors: %d\n", rs->ndet);
 400   printf ("    Number of views: %d\n", rs->nview);
 401   printf ("             Remark: %s\n", rs->remark);
 402   printf ("             phmlen: %f\n", rs->phmlen);
 403   printf ("          det_start: %f\n", rs->det_start);
 404   printf ("            det_inc: %f\n", rs->det_inc);
 405   printf ("          rot_start: %f\n", rs->rot_start);
 406   printf ("            rot_inc: %f\n", rs->rot_inc);
 407 }
 408
 409 #ifndef NO_MAIN
 410 int
 411 main (int argc, char* argv[])
 412 {
 413   return (ctrec_main(argc, argv));
 414 }
 415 #endif
 416