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 1.7 2000/06/10 22:33:11 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     cout << "usage: " << kbasename(program) << " raysum-file image-file nx-image ny-image [OPTIONS]" << endl;
  50   cout << "Image reconstruction from raysum projections" << endl;
  51   cout << endl;
  52   cout << "   raysum-file     Input raysum file" << endl;
  53   cout << "   image-file      Output image file in SDF2D format" << endl;
  54   cout << "   nx-image        Number of columns in output image" << endl;
  55   cout << "   ny-image        Number of rows in output image" << endl;
  56   cout << "   --interp        Interpolation method during backprojection" << endl;
  57   cout << "       nearest     Nearest neighbor interpolation" << endl;
  58   cout << "       linear      Linear interpolation" << endl;
  59 #if HAVE_BSPLINE_INTERP
  60   cout << "       bspline     B-spline interpolation" << endl;
  61 #endif
  62   cout << "    --filter       Filter name" << endl;
  63   cout << "       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting (default)" << endl;
  64   cout << "       abs_sinc      Abs * Sinc" << endl;
  65   cout << "       abs_cos       Abs * Cosine" << endl;
  66   cout << "       abs_hamming   Abs * Hamming" << endl;
  67   cout << "       shepp         Shepp-Logan" << endl;
  68   cout << "       bandlimit     Bandlimiting" << endl;
  69   cout << "       sinc          Sinc" << endl;
  70   cout << "       cos           Cosine" << endl;
  71   cout << "       triangle      Triangle" << endl;
  72   cout << "       hamming       Hamming" << endl;
  73   cout << "    --backproj     Backprojection Method" << endl;
  74   cout << "       trig        Trigometric functions at every point" << endl;
  75   cout << "       table       Trigometric functions with precalculated table" << endl;
  76   cout << "       diff        Difference method" << endl;
  77   cout << "       diff2       Optimized difference method (default)" << endl;
  78   cout << "       idiff2      Optimized difference method with integer math" << endl;
  79   cout << "    --filter-param Alpha level for Hamming filter" << endl;
  80   cout << "    --trace        Set tracing to level" << endl;
  81   cout << "         none      No tracing (default)" << endl;
  82   cout << "         text      Text level tracing" << endl;
  83   cout << "         phm       Trace phantom" << endl;
  84   cout << "         rays      Trace allrays" << endl;
  85   cout << "         plot      Trace plotting" << endl;
  86   cout << "         clipping  Trace clipping" << endl;
  87   cout << "    --verbose      Turn on verbose mode" << endl;
  88   cout << "    --debug        Turn on debug mode" << endl;
  89   cout << "    --version      Print version" << endl;
  90   cout << "    --help         Print this help message" << endl;
  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
  99 int
 100 ctrec_main (int argc, char * argv[])
 101 {
 102   ImageFile *im_global = NULL;
 103   RAYSUM *rs_global = NULL;
 104   char *rs_name, *im_filename = NULL;
 105   char remark[MAXREMARK];
 106   char filt_name[80];
 107   double time_start = 0, time_end = 0;
 108   char *endptr;
 109   int opt_verbose = 0;
 110   int opt_debug = 0;
 111   int opt_trace = TRACE_NONE;
 112   double opt_filter_param = 1;
 113   FilterType opt_filter = FILTER_ABS_BANDLIMIT;
 114   InterpolationType opt_interp = I_LINEAR;
 115   int opt_interp_param = 1;
 116   BackprojType opt_backproj = O_BPROJ_DIFF2;
 117   int nx, ny;
 118 #ifdef HAVE_MPI
 119   ImageFile *im_local;
 120   RAYSUM *rs_local;
 121   int mpi_nview, mpi_ndet;
 122   double mpi_detinc, mpi_rotinc, mpi_phmlen;
 123   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 124   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 125 #endif
 126
 127 #ifdef HAVE_MPI
 128   time_start = MPI::Wtime();
 129 #else
 130   time_start = td_current_sec();
 131 #endif
 132
 133 #ifdef HAVE_MPI
 134   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 135 #endif
 136     while (1) {
 137       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 138       char *endptr = NULL;
 139
 140       if (c == -1)
 141         break;
 142
 143       switch (c)
 144         {
 145         case O_INTERP:
 146           if ((opt_interp = opt_set_interpolation(optarg)) < 0) {
 147             ctrec_usage(argv[0]);
 148             return (1);
 149           }
 150           break;
 151         case O_FILTER:
 152           if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 153             ctrec_usage(argv[0]);
 154             return (1);
 155           }
 156           break;
 157         case O_BACKPROJ:
 158           if ((opt_backproj = opt_set_backproj(optarg)) < 0) {
 159               ctrec_usage(argv[0]);
 160               return (1);
 161           }
 162           break;
 163         case O_FILTER_PARAM:
 164           opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 165           if (endptr != optarg + strlen(optarg)) {
 166             ctrec_usage(argv[0]);
 167           }
 168           break;
 169         case O_VERBOSE:
 170           opt_verbose = 1;
 171           break;
 172         case O_DEBUG:
 173           opt_debug = 1;
 174           break;
 175         case O_TRACE:
 176           if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 177             ctrec_usage(argv[0]);
 178             return (1);
 179           }
 180           break;
 181         case O_VERSION:
 182 #ifdef VERSION
 183         cout <<  "Version " <<  VERSION << endl;
 184 #else
 185         cout << "Unknown version number" << endl;
 186 #endif
 187           exit(0);
 188         case O_HELP:
 189         case '?':
 190           ctrec_usage(argv[0]);
 191           return (0);
 192         default:
 193           ctrec_usage(argv[0]);
 194           return (1);
 195         }
 196     }
 197
 198     if (optind + 4 != argc) {
 199       ctrec_usage(argv[0]);
 200       return (1);
 201     }
 202
 203     rs_name = argv[optind];
 204
 205     im_filename = argv[optind + 1];
 206
 207     nx = strtol(argv[optind + 2], &endptr, 10);
 208     ny = strtol(argv[optind + 3], &endptr, 10);
 209
 210     if (opt_filter == FILTER_G_HAMMING || opt_filter == FILTER_ABS_G_HAMMING)
 211       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s: alpha = %.2f",
 212                name_of_filter (opt_filter), opt_filter_param);
 213     else
 214       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s", name_of_filter (opt_filter));
 215
 216     snprintf (remark, sizeof(remark), "Reconstruct: %dx%d, %s, %s, %s",
 217              nx, ny, filt_name, name_of_interpolation (opt_interp), name_of_backproj(opt_backproj));
 218
 219     if (opt_verbose)
 220       fprintf (stdout, "%s\n", remark);
 221 #ifdef HAVE_MPI
 222   }
 223 #endif
 224
 225 #ifdef HAVE_MPI
 226   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 227     rs_global = raysum_open (rs_name);
 228     raysum_read (rs_global);
 229     if (opt_verbose)
 230       raysum_print_info(rs_global);
 231
 232     mpi_ndet = rs_global->ndet;
 233     mpi_nview = rs_global->nview;
 234     mpi_detinc = rs_global->det_inc;
 235     mpi_phmlen = rs_global->phmlen;
 236     mpi_rotinc = rs_global->rot_inc;
 237   }
 238
 239   mpi_t1 = MPI::Wtime();
 240   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 241   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 242   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 243   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter, 1, MPI::INT, 0);
 244   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_interp, 1, MPI::INT, 0);
 245   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter_param, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 246   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_interp_param, 1, MPI::INT, 0);
 247   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_backproj, 1, MPI::INT, 0);
 248   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 249   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_nview, 1, MPI::INT, 0);
 250   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_detinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 251   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_phmlen, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 252   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_rotinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 253   mpiWorld.getComm().Bcast (&nx, 1, MPI::INT, 0);
 254   mpiWorld.getComm().Bcast (&ny, 1, MPI::INT, 0);
 255   if (opt_verbose) {
 256     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 257     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 258     mpiWorld.getComm().Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 259     if (mpiWorld.getRank() == 0)
 260       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 261   }
 262
 263   mpiWorld.setTotalWorkUnits (mpi_nview);
 264
 265   rs_local = raysum_create (NULL, mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(), mpi_ndet);
 266   rs_local->ndet = mpi_ndet;
 267   rs_local->nview = mpi_nview;
 268   rs_local->det_inc = mpi_detinc;
 269   rs_local->phmlen = mpi_phmlen;
 270   rs_local->rot_inc = mpi_rotinc;
 271
 272   if (opt_verbose)
 273     mpi_t1 = MPI::Wtime();
 274   mpi_scatter_rs(mpiWorld, rs_global, rs_local, opt_debug);
 275   if (opt_verbose) {
 276     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 277     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 278     mpiWorld.getComm().Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 279     if (mpiWorld.getRank() == 0)
 280       printf("Time to scatter rs = %f secs, Max time = %f sec\n", mpi_t, mpi_t_g);
 281   }
 282
 283   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 284     im_global = new ImageFile (im_filename, nx, ny);
 285     im_global->fileCreate();
 286   }
 287
 288   im_local = new ImageFile (nx, ny);
 289 #else
 290   rs_global = raysum_open (rs_name);
 291   raysum_read (rs_global);
 292   if (opt_verbose)
 293     raysum_print_info(rs_global);
 294
 295   im_global = new ImageFile (im_filename, nx, ny);
 296   im_global->fileCreate();
 297 #endif
 298
 299 #ifdef HAVE_MPI
 300   mpi_t1 = MPI::Wtime();
 301   proj_reconst (*im_local, rs_local, opt_filter, opt_filter_param,
 302                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 303
 304   mpi_t2 = MPI::Wtime();
 305   mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 306   mpiWorld.getComm().Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 307   if (mpiWorld.getRank() == 0 && opt_verbose)
 308     printf("Time to reconstruct = %f, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 309 #else
 310   proj_reconst (*im_global, rs_global, opt_filter, opt_filter_param,
 311                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 312 #endif
 313
 314 #ifdef HAVE_MPI
 315   if (opt_verbose)
 316     mpi_t1 = MPI::Wtime();
 317
 318   int nxLocal = im_local->nx();
 319   int nyLocal = im_local->ny();
 320   ImageFileArray vLocal = im_local->getArray();
 321   ImageFileArray vGlobal = NULL;
 322   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 323     vGlobal = im_global->getArray();
 324
 325   for (int ix = 0; ix < nxLocal; ix++) {
 326     void *recvbuf = NULL;
 327     if (mpiWorld.getRank() == 0)
 328       recvbuf = vGlobal[ix];
 329
 330     mpiWorld.getComm().Reduce(vLocal[ix], recvbuf, nyLocal, im_local->getMPIDataType(), MPI::SUM, 0);
 331   }
 332
 333   if (opt_verbose) {
 334     mpi_t2 = MPI::Wtime();
 335     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 336     mpiWorld.getComm().Reduce (&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI::DOUBLE, MPI::MAX, 0);
 337     if (mpiWorld.getRank() == 0)
 338       printf("Time to reduce image = %f secs, max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 339   }
 340
 341   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 342       time_end = MPI::Wtime();
 343 #else
 344   time_end = td_current_sec();
 345 #endif
 346
 347 #ifdef HAVE_MPI
 348   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 349 #endif
 350     {
 351       raysum_close (rs_global);
 352       double calctime = time_end - time_start;
 353       im_global->arrayDataWrite ();
 354       im_global->labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, rs_global->remark, rs_global->calctime);
 355       im_global->labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, remark, calctime);
 356       im_global->fileClose ();
 357       if (opt_verbose)
 358         cout << "Time active = " << calctime << " sec" << endl;
 359     }
 360
 361 #ifdef HAVE_MPI
 362         MPI::Finalize();
 363 #endif
 364
 365         return (0);
 366 }
 367
 368 #ifdef HAVE_MPI
 369 static void mpi_scatter_rs (MPIWorld& mpiWorld, RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int opt_debug)
 370 {
 371   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 372     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 373       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 374         mpiWorld.getComm().Send(&rs_global->view[iw]->ndet, 1, MPI::INT, iProc, 0);
 375         mpiWorld.getComm().Send(&rs_global->view[iw]->view_angle, 1, MPI::DOUBLE, iProc, 0);
 376         mpiWorld.getComm().Send(rs_global->view[iw]->detval, rs_global->ndet, MPI::FLOAT, iProc, 0);
 377       }
 378     }
 379   }
 380
 381   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++) {
 382     MPI::Status status;
 383
 384     mpiWorld.getComm().Recv(&rs_local->view[iw]->ndet, 1, MPI::INT, 0, 0, status);
 385     mpiWorld.getComm().Recv(&rs_local->view[iw]->view_angle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0, status);
 386     mpiWorld.getComm().Recv(rs_local->view[iw]->detval, rs_local->ndet, MPI::FLOAT, 0, 0, status);
 387   }
 388   rs_local->nview = mpiWorld.getMyLocalWorkUnits();
 389 }
 390
 391 #endif
 392
 393 #ifndef NO_MAIN
 394 int
 395 main (int argc, char* argv[])
 396 {
 397   return (ctrec_main(argc, argv));
 398 }
 399 #endif
 400