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 1.1 2000/06/07 02:29:05 kevin Exp $
   6 **  $Log: ctrec.cpp,v $
   7 **  Revision 1.1  2000/06/07 02:29:05  kevin
   8 **  Initial C++ versions
   9 **
  10 **  Revision 1.13  2000/06/05 01:33:25  kevin
  11 **  BSpline changes
  12 **
  13 **  Revision 1.12  2000/05/24 22:50:04  kevin
  14 **  Added support for new SGP library
  15 **
  16 **  Revision 1.11  2000/05/16 04:33:59  kevin
  17 **  Improved option processing
  18 **
  19 **  Revision 1.10  2000/05/11 01:06:30  kevin
  20 **  Changed sprintf to snprintf
  21 **
  22 **  Revision 1.9  2000/05/08 20:02:32  kevin
  23 **  ANSI C changes
  24 **
  25 **  Revision 1.8  2000/05/04 18:16:34  kevin
  26 **  renamed filter definitions
  27 **
  28 **  Revision 1.7  2000/05/03 08:49:50  kevin
  29 **  Code cleanup
  30 **
  31 **  Revision 1.6  2000/05/02 15:31:47  kevin
  32 **  code cleaning
  33 **
  34 **  Revision 1.5  2000/04/30 11:41:06  kevin
  35 **  Cleaned up debugging code
  36 **
  37 **  Revision 1.4  2000/04/30 10:13:27  kevin
  38 **  Fixed MPI bugs
  39 **
  40 **  Revision 1.3  2000/04/30 04:06:13  kevin
  41 **  Update Raysum i/o routines
  42 **  Fix MPI bug in ctrec (scatter_raysum) that referenced rs_global
  43 **
  44 **  Revision 1.2  2000/04/29 23:24:56  kevin
  45 **  *** empty log message ***
  46 **
  47 **  Revision 1.1.1.1  2000/04/28 13:02:44  kevin
  48 **  Initial CVS import for first public release
  49 **
  50 **
  51 **
  52 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  53 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  54 **  published by the Free Software Foundation.
  55 **
  56 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  57 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  58 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  59 **  GNU General Public License for more details.
  60 **
  61 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  62 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  63 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  64 ******************************************************************************/
  65
  66 /* FILE
  67  *   ctrec.c            Reconstruct an image from raysums
  68  *
  69  * DATE
  70  *   Aug 84
  71  *   Jul 99  -- Converted to ANSI C
  72  *              Added MPI parallel processing
  73  */
  74
  75 #include "ct.h"
  76
  77 enum {O_INTERP, O_FILTER, O_FILTER_PARAM, O_BACKPROJ, O_VERBOSE, O_TRACE, O_HELP, O_DEBUG, O_VERSION};
  78
  79 static struct option my_options[] =
  80 {
  81   {"interp", 1, 0, O_INTERP},
  82   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  83   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  84   {"backproj", 1, 0, O_BACKPROJ},
  85   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  86   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  87   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  88   {"help", 0, 0, O_HELP},
  89   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  90   {0, 0, 0, 0}
  91 };
  92
  93 void
  94 ctrec_usage (const char *program)
  95 {
  96   fprintf(stdout,"usage: %s raysum-file image-file nx-image ny-image [OPTIONS]\n", kbasename(program));
  97   fprintf(stdout,"Image reconstruction from raysum projections\n");
  98   fprintf(stdout,"\n");
  99   fprintf(stdout,"   raysum-file     Input raysum file\n");
 100   fprintf(stdout,"   image-file      Output image file in SDF2D format\n");
 101   fprintf(stdout,"   nx-image        Number of columns in output image\n");
 102   fprintf(stdout,"   ny-image        Number of rows in output image\n");
 103   fprintf(stdout,"   --interp        Interpolation method during backprojection\n");
 104   fprintf(stdout,"       nearest     Nearest neighbor interpolation\n");
 105   fprintf(stdout,"       linear      Linear interpolation\n");
 106 #if HAVE_BSPLINE_INTERP
 107   fprintf(stdout,"       bspline     B-spline interpolation\n");
 108 #endif
 109   fprintf(stdout,"    --filter       Filter name\n");
 110   fprintf(stdout,"       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting (default)\n");
 111   fprintf(stdout,"       abs_sinc      Abs * Sinc\n");
 112   fprintf(stdout,"       abs_cos       Abs * Cosine\n");
 113   fprintf(stdout,"       abs_hamming   Abs * Hamming\n");
 114   fprintf(stdout,"       shepp         Shepp-Logan\n");
 115   fprintf(stdout,"       bandlimit     Bandlimiting\n");
 116   fprintf(stdout,"       sinc          Sinc\n");
 117   fprintf(stdout,"       cos           Cosine\n");
 118   fprintf(stdout,"       triangle      Triangle\n");
 119   fprintf(stdout,"       hamming       Hamming\n");
 120   fprintf(stdout,"    --backproj     Backprojection Method\n");
 121   fprintf(stdout,"       trig        Trigometric functions at every point\n");
 122   fprintf(stdout,"       table       Trigometric functions with precalculated table\n");
 123   fprintf(stdout,"       diff        Difference method\n");
 124   fprintf(stdout,"       diff2       Optimized difference method (default)\n");
 125   fprintf(stdout,"       idiff2      Optimized difference method with integer math\n");
 126   fprintf(stdout,"    --filter-param Alpha level for Hamming filter\n");
 127   fprintf(stdout,"    --trace        Set tracing to level\n");
 128   fprintf(stdout,"         none      No tracing (default)\n");
 129   fprintf(stdout,"         text      Text level tracing\n");
 130   fprintf(stdout,"         phm       Trace phantom\n");
 131   fprintf(stdout,"         rays      Trace allrays\n");
 132   fprintf(stdout,"         plot      Trace plotting\n");
 133   fprintf(stdout,"         clipping  Trace clipping\n");
 134   fprintf(stdout,"    --verbose      Turn on verbose mode\n");
 135   fprintf(stdout,"    --debug        Turn on debug mode\n");
 136   fprintf(stdout,"    --version      Print version\n");
 137   fprintf(stdout,"    --help         Print this help message\n");
 138 }
 139
 140
 141 #ifdef MPI_CT
 142 static void mpi_scatter_rs (RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int debug);
 143 #endif
 144
 145 static void print_raysum_info(const RAYSUM *rs);
 146
 147 int
 148 ctrec_main (const int argc, char *const argv[])
 149 {
 150   IMAGE *im_global = NULL;
 151   RAYSUM *rs_global = NULL;
 152   char *rs_name, *im_filename = NULL;
 153   char remark[MAXREMARK];
 154   char filt_name[80];
 155   int nx, ny;
 156   double time_start = 0, time_end = 0;
 157   char *endptr;
 158   int opt_verbose = 0;
 159   int opt_debug = 0;
 160   int opt_trace = TRACE_NONE;
 161   double opt_filter_param = 1;
 162   FilterType opt_filter = FILTER_ABS_BANDLIMIT;
 163   InterpolationType opt_interp = I_LINEAR;
 164   int opt_interp_param = 1;
 165   BackprojType opt_backproj = O_BPROJ_DIFF2;
 166 #ifdef MPI_CT
 167   IMAGE *im_local;
 168   RAYSUM *rs_local;
 169   int mpi_argc = argc;
 170   char **mpi_argv = (char **) argv;
 171   int mpi_nview, mpi_ndet;
 172   double mpi_detinc, mpi_rotinc, mpi_phmlen;
 173   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 174   int ix;
 175
 176   MPI_Init(&mpi_argc, &mpi_argv);
 177   MPI_Comm_dup (MPI_COMM_WORLD, &mpi_ct.comm);
 178   MPI_Comm_size(mpi_ct.comm, &mpi_ct.nproc);
 179   MPI_Comm_rank(mpi_ct.comm, &mpi_ct.my_rank);
 180
 181   if (mpi_ct.nproc > MPI_MAX_PROCESS) {
 182     sys_error(ERR_FATAL, "Number of mpi processes (%d) exceeds max processes (%d)",
 183               mpi_ct.nproc, MPI_MAX_PROCESS);
 184     exit(1);
 185   }
 186 #endif
 187
 188 #ifdef MPI_CT
 189   time_start = MPI_Wtime();
 190 #else
 191   time_start = td_current_sec();
 192 #endif
 193
 194 #ifdef MPI_CT
 195   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 196 #endif
 197     while (1) {
 198       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 199       char *endptr = NULL;
 200
 201       if (c == -1)
 202         break;
 203
 204       switch (c)
 205         {
 206         case O_INTERP:
 207           if ((opt_interp = opt_set_interpolation(optarg)) < 0) {
 208             ctrec_usage(argv[0]);
 209             return (1);
 210           }
 211           break;
 212         case O_FILTER:
 213           if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 214             ctrec_usage(argv[0]);
 215             return (1);
 216           }
 217           break;
 218         case O_BACKPROJ:
 219           if ((opt_backproj = opt_set_backproj(optarg)) < 0) {
 220               ctrec_usage(argv[0]);
 221               return (1);
 222           }
 223           break;
 224         case O_FILTER_PARAM:
 225           opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 226           if (endptr != optarg + strlen(optarg)) {
 227             ctrec_usage(argv[0]);
 228           }
 229           break;
 230         case O_VERBOSE:
 231           opt_verbose = 1;
 232           break;
 233         case O_DEBUG:
 234           opt_debug = 1;
 235           break;
 236         case O_TRACE:
 237           if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 238             ctrec_usage(argv[0]);
 239             return (1);
 240           }
 241           break;
 242         case O_VERSION:
 243 #ifdef VERSION
 244           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 245 #else
 246           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 247 #endif
 248           exit(0);
 249         case O_HELP:
 250         case '?':
 251           ctrec_usage(argv[0]);
 252           return (0);
 253         default:
 254           ctrec_usage(argv[0]);
 255           return (1);
 256         }
 257     }
 258
 259     if (optind + 4 != argc) {
 260       ctrec_usage(argv[0]);
 261       return (1);
 262     }
 263
 264     rs_name = argv[optind];
 265
 266     im_filename = argv[optind + 1];
 267
 268     nx = strtol(argv[optind + 2], &endptr, 10);
 269     ny = strtol(argv[optind + 3], &endptr, 10);
 270
 271     if (opt_filter == FILTER_G_HAMMING || opt_filter == FILTER_ABS_G_HAMMING)
 272       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s: alpha = %.2f",
 273                name_of_filter (opt_filter), opt_filter_param);
 274     else
 275       snprintf (filt_name, sizeof(filt_name), "%s", name_of_filter (opt_filter));
 276
 277     snprintf (remark, sizeof(remark), "Reconstruct: %dx%d, %s, %s, %s",
 278              nx, ny, filt_name, name_of_interpolation (opt_interp), name_of_backproj(opt_backproj));
 279
 280     if (opt_verbose)
 281       fprintf (stdout, "%s\n", remark);
 282 #ifdef MPI_CT
 283   }
 284 #endif
 285
 286 #ifdef MPI_CT
 287   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 288     rs_global = raysum_open (rs_name);
 289     raysum_read (rs_global);
 290     if (opt_verbose)
 291       print_raysum_info(rs_global);
 292
 293     mpi_ndet = rs_global->ndet;
 294     mpi_nview = rs_global->nview;
 295     mpi_detinc = rs_global->det_inc;
 296     mpi_phmlen = rs_global->phmlen;
 297     mpi_rotinc = rs_global->rot_inc;
 298   }
 299
 300   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 301   MPI_Bcast(&opt_verbose, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 302   MPI_Bcast(&opt_debug, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 303   MPI_Bcast(&opt_trace, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 304   MPI_Bcast(&opt_filter, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 305   MPI_Bcast(&opt_interp, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 306   MPI_Bcast(&opt_filter_param, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 307   MPI_Bcast(&opt_interp_param, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 308   MPI_Bcast(&opt_backproj, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 309   MPI_Bcast(&mpi_ndet, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 310   MPI_Bcast(&mpi_nview, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 311   MPI_Bcast(&mpi_detinc, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 312   MPI_Bcast(&mpi_phmlen, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 313   MPI_Bcast(&mpi_rotinc, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 314   MPI_Bcast(&nx, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 315   MPI_Bcast(&ny, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 316   if (opt_verbose) {
 317     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 318     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 319     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 320     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 321       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 322   }
 323
 324   mpi_ct_calc_work_units(mpi_nview);
 325
 326   rs_local = raysum_create (NULL, mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], mpi_ndet);
 327
 328   rs_local->ndet = mpi_ndet;
 329   rs_local->nview = mpi_nview;
 330   rs_local->det_inc = mpi_detinc;
 331   rs_local->phmlen = mpi_phmlen;
 332   rs_local->rot_inc = mpi_rotinc;
 333
 334   if (opt_verbose)
 335     mpi_t1 = MPI_Wtime();
 336   mpi_scatter_rs(rs_global, rs_local, opt_debug);
 337   if (opt_verbose) {
 338     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 339     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 340     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 341     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 342       printf("Time to scatter rs = %f secs, Max time = %f sec\n", mpi_t, mpi_t_g);
 343   }
 344
 345   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 346     im_global = image_create (im_filename, nx, ny);
 347     sdf_add_label (LT_HISTORY, rs_global->remark, rs_global->calctime, im_global->dfp_2d->dfp);
 348     sdf_add_empty_label (im_global->dfp_2d->dfp);
 349   }
 350   im_local = image_create (NULL, nx, ny);
 351
 352 #else
 353   rs_global = raysum_open (rs_name);
 354   raysum_read (rs_global);
 355   if (opt_verbose)
 356     print_raysum_info(rs_global);
 357
 358   im_global = image_create (im_filename, nx, ny);
 359   sdf_add_label (LT_HISTORY, rs_global->remark, rs_global->calctime, im_global->dfp_2d->dfp);
 360   sdf_add_empty_label (im_global->dfp_2d->dfp);
 361 #endif
 362
 363 #ifdef MPI_CT
 364   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 365   image_reconst (im_local, rs_local, opt_filter, opt_filter_param,
 366                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 367   mpi_t2 = MPI_Wtime();
 368   mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 369   MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 370   if (mpi_ct.my_rank == 0 && opt_verbose)
 371     printf("Time to reconstruct = %f, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 372 #else
 373   image_reconst (im_global, rs_global, opt_filter, opt_filter_param,
 374                  opt_interp, opt_interp_param, opt_backproj, opt_trace);
 375 #endif
 376
 377 #ifdef MPI_CT
 378   if (opt_verbose)
 379     mpi_t1 = MPI_Wtime();
 380
 381   for (ix = 0; ix < im_local->nx; ix++) {
 382     void *recvbuf = NULL;
 383     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 384       recvbuf = im_global->v[ix];
 385
 386     MPI_Reduce(im_local->v[ix], recvbuf, im_local->ny, MPI_FLOAT, MPI_SUM, 0, mpi_ct.comm);
 387   }
 388
 389   if (opt_verbose) {
 390     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 391     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 392     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 393     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 394       printf("Time to reduce image = %f secs, max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 395   }
 396
 397   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 398       time_end = MPI_Wtime();
 399 #else
 400   time_end = td_current_sec();
 401 #endif
 402
 403
 404 #ifdef MPI_CT
 405   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 406 #endif
 407     {
 408       raysum_close (rs_global);
 409       strncpy (im_global->remark, remark, sizeof(im_global->remark));
 410       im_global->calctime = time_end - time_start;
 411       image_save (im_global);
 412       if (opt_verbose)
 413           fprintf (stdout, "Time active = %.2f\n", im_global->calctime);
 414     }
 415
 416 #ifdef MPI_CT
 417         MPI_Finalize();
 418 #endif
 419
 420         return (0);
 421 }
 422
 423
 424 #ifdef MPI_CT
 425 static void mpi_scatter_rs (RAYSUM *rs_global, RAYSUM *rs_local, const int opt_debug)
 426 {
 427   int iproc;
 428   int end_work_unit;
 429   int iw = 0;
 430
 431   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 432     for (iproc = 0; iproc < mpi_ct.nproc; iproc++) {
 433       end_work_unit = mpi_ct.start_work_unit[iproc] + mpi_ct.local_work_units[iproc]  - 1;
 434
 435       for (iw = mpi_ct.start_work_unit[iproc]; iw <= end_work_unit; iw++) {
 436         MPI_Send(&rs_global->view[iw]->ndet, 1, MPI_INT, iproc, 0, mpi_ct.comm);
 437         MPI_Send(&rs_global->view[iw]->view_angle, 1, MPI_DOUBLE, iproc, 0, mpi_ct.comm);
 438         MPI_Send(rs_global->view[iw]->detval, rs_global->ndet, MPI_FLOAT, iproc, 0, mpi_ct.comm);
 439       }
 440     }
 441   }
 442
 443   if (opt_debug)
 444     fprintf(stdout, "Receiving rs data in process %d\n", mpi_ct.my_rank);
 445
 446   end_work_unit = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank] - 1;
 447   for (iw = 0; iw <= end_work_unit; iw++) {
 448     MPI_Status status;
 449
 450     MPI_Recv(&rs_local->view[iw]->ndet, 1, MPI_INT, 0, 0, mpi_ct.comm, &status);
 451     MPI_Recv(&rs_local->view[iw]->view_angle, 1, MPI_DOUBLE, 0, 0, mpi_ct.comm, &status);
 452     MPI_Recv(rs_local->view[iw]->detval, rs_local->ndet, MPI_FLOAT, 0, 0, mpi_ct.comm, &status);
 453   }
 454   rs_local->nview = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank];
 455   if (opt_debug) {
 456     MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);
 457     fprintf(stdout, "Done with mpi_scatter_rs in process %2d\n", mpi_ct.my_rank);
 458   }
 459 }
 460
 461 #endif
 462
 463 static void print_raysum_info(const RAYSUM *rs)
 464 {
 465   printf ("Number of detectors: %d\n", rs->ndet);
 466   printf ("    Number of views: %d\n", rs->nview);
 467   printf ("             Remark: %s\n", rs->remark);
 468   printf ("             phmlen: %f\n", rs->phmlen);
 469   printf ("          det_start: %f\n", rs->det_start);
 470   printf ("            det_inc: %f\n", rs->det_inc);
 471   printf ("          rot_start: %f\n", rs->rot_start);
 472   printf ("            rot_inc: %f\n", rs->rot_inc);
 473 }
 474
 475 #ifndef NO_MAIN
 476 int
 477 main (const int argc, char *const argv[])
 478 {
 479   return (ctrec_main(argc, argv));
 480 }
 481 #endif
 482