src/phm2if.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 **  This is part of the CTSim program
   3 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
   4 **
   5 **  $Id: phm2if.cpp,v 1.3 2000/06/07 07:43:19 kevin Exp $
   6 **  $Log: phm2if.cpp,v $
   7 **  Revision 1.3  2000/06/07 07:43:19  kevin
   8 **  Converted to IF data files and C++
   9 **
  10 **  Revision 1.2  2000/06/07 03:50:27  kevin
  11 **  *** empty log message ***
  12 **
  13 **  Revision 1.1  2000/06/07 02:29:05  kevin
  14 **  Initial C++ versions
  15 **
  16 **  Revision 1.10  2000/05/24 22:50:04  kevin
  17 **  Added support for new SGP library
  18 **
  19 **  Revision 1.9  2000/05/16 04:33:59  kevin
  20 **  Improved option processing
  21 **
  22 **  Revision 1.8  2000/05/11 01:06:30  kevin
  23 **  Changed sprintf to snprintf
  24 **
  25 **  Revision 1.7  2000/05/08 20:02:32  kevin
  26 **  ANSI C changes
  27 **
  28 **  Revision 1.6  2000/05/03 08:49:50  kevin
  29 **  Code cleanup
  30 **
  31 **  Revision 1.5  2000/04/30 19:17:54  kevin
  32 **  *** empty log message ***
  33 **
  34 **  Revision 1.4  2000/04/30 04:06:13  kevin
  35 **  Update Raysum i/o routines
  36 **  Fix MPI bug in ctrec (scatter_raysum) that referenced rs_global
  37 **
  38 **  Revision 1.3  2000/04/28 18:19:01  kevin
  39 **  removed unused files
  40 **
  41 **  Revision 1.2  2000/04/28 13:50:45  kevin
  42 **  Removed Makefile Makefile.in that are automatically generated by autoconf
  43 **
  44 **  Revision 1.1.1.1  2000/04/28 13:02:44  kevin
  45 **  Initial CVS import for first public release
  46 **
  47 **
  48 **
  49 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  50 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  51 **  published by the Free Software Foundation.
  52 **
  53 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  54 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  55 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  56 **  GNU General Public License for more details.
  57 **
  58 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  59 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  60 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  61 ******************************************************************************/
  62
  63 /* FILE
  64  *   phm2sdf.c                  Generate a SDF image from a phantom
  65  *
  66  * HISTORY
  67  *   1984 - Final DOS verion
  68  *   1999 - First UNIX version
  69  */
  70
  71 #include "ct.h"
  72
  73 enum { O_PHANTOM, O_DESC, O_NSAMPLE, O_FILTER, O_TRACE, O_VERBOSE, O_HELP,
  74        O_PHMFILE, O_FILTER_DOMAIN, O_FILTER_BW, O_FILTER_PARAM, O_DEBUG, O_VERSION };
  75
  76 static struct option my_options[] =
  77 {
  78   {"phantom", 1, 0, O_PHANTOM},
  79   {"phmfile", 1, 0, O_PHMFILE},
  80   {"desc", 1, 0, O_DESC},
  81   {"nsample", 1, 0, O_NSAMPLE},
  82   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  83   {"filter-domain", 1, 0, O_FILTER_DOMAIN},
  84   {"filter-bw", 1, 0, O_FILTER_BW},
  85   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  86   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  87   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  88   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  89   {"help", 0, 0, O_HELP},
  90   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  91   {0, 0, 0, 0}
  92 };
  93
  94 void
  95 phm2sdf_usage (const char *program)
  96 {
  97   fprintf(stdout,"phm2sdf_usage: %s outfile nx ny [--phantom phantom-name] [--phmfile filename] [--filter filter-name] [OPTIONS]\n",kbasename(program));
  98   fprintf(stdout,"Generate phantom image from a predefined --phantom or a --phmfile\n");
  99   fprintf(stdout,"\n");
 100   fprintf(stdout,"     outfile         Name of output file for image\n");
 101   fprintf(stdout,"     nx              Number of pixels X-axis\n");
 102   fprintf(stdout,"     ny              Number of pixels Y-axis\n");
 103   fprintf(stdout,"     --phantom       Phantom to use for projection\n");
 104   fprintf(stdout,"        herman       Herman head phantom\n");
 105   fprintf(stdout,"        rowland      Rowland head phantom\n");
 106   fprintf(stdout,"        browland     Bordered Rowland head phantom\n");
 107   fprintf(stdout,"        unitpulse    Unit pulse phantom\n");
 108   fprintf(stdout,"     --phmfile       Generate Phantom from phantom file\n");
 109   fprintf(stdout,"     --filter        Generate Phantom from a filter function\n");
 110   fprintf(stdout,"       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting\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,"     --filter-param  Alpha level for Hamming filter\n");
 121   fprintf(stdout,"     --filter-domain Set domain of filter\n");
 122   fprintf(stdout,"         spatial     Spatial domain (default)\n");
 123   fprintf(stdout,"         freq        Frequency domain\n");
 124   fprintf(stdout,"     --filter-bw     Filter bandwidth (default = 1)\n");
 125   fprintf(stdout,"     --desc          Description of raysum\n");
 126   fprintf(stdout,"     --nsample       Number of samples per axis per pixel (default = 1)\n");
 127   fprintf(stdout,"     --trace         Trace level to use\n");
 128   fprintf(stdout,"        none         No tracing (default)\n");
 129   fprintf(stdout,"        text         Trace text level\n");
 130   fprintf(stdout,"        phm          Trace phantom\n");
 131   fprintf(stdout,"        rays         Trace rays\n");
 132   fprintf(stdout,"        plot         Trace plot\n");
 133   fprintf(stdout,"        clipping     Trace clipping\n");
 134   fprintf(stdout,"     --debug         Debug mode\n");
 135   fprintf(stdout,"     --verbose       Verbose mode\n");
 136   fprintf(stdout,"     --version       Print version\n");
 137   fprintf(stdout,"     --help          Print this help message\n");
 138 }
 139
 140 #ifdef MPI_CT
 141 void mpi_gather_image (ImageFile& im_global, ImageFile& im_local, const int opt_debug);
 142 #endif
 143
 144 int
 145 phm2sdf_main (const int argc, char *const argv[])
 146 {
 147   ImageFile* im_global = NULL;
 148   PHANTOM *phm = NULL;
 149   int opt_nx = 0, opt_ny = 0;
 150   int opt_nsample = 1;
 151   int opt_phmnum = -1;
 152   FilterType opt_filter = static_cast<FilterType>(-1);
 153   DomainType opt_filter_domain = D_SPATIAL;
 154   char *opt_outfile = NULL;
 155   int opt_debug = 0;
 156   char str[256];
 157   char opt_desc[256], opt_phmfilename[256];
 158   char *endstr, *endptr;
 159   double opt_filter_param = 1;
 160   double opt_filter_bw = 1.;
 161   int opt_trace = TRACE_NONE;
 162   int opt_verbose = 0;
 163   double time_start=0, time_end=0;
 164 #ifdef MPI_CT
 165   ImageFile* im_local = NULL;
 166   int mpi_argc = argc;
 167   char **mpi_argv = (char **) argv;
 168   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 169
 170   MPI_Init(&mpi_argc, &mpi_argv);
 171   MPI_Comm_dup (MPI_COMM_WORLD, &mpi_ct.comm);
 172   MPI_Comm_size(mpi_ct.comm, &mpi_ct.nproc);
 173   MPI_Comm_rank(mpi_ct.comm, &mpi_ct.my_rank);
 174
 175   if (mpi_ct.nproc > MPI_MAX_PROCESS) {
 176     sys_error(ERR_FATAL, "Number of mpi processes (%d) exceeds max processes (%d)",
 177               mpi_ct.nproc, MPI_MAX_PROCESS);
 178   }
 179 #endif
 180
 181 #ifdef MPI_CT
 182   time_start = MPI_Wtime();
 183 #else
 184   time_start = td_current_sec();
 185 #endif
 186
 187 #ifdef MPI_CT
 188   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 189 #endif
 190
 191     strcpy(opt_desc, "");
 192     strcpy(opt_phmfilename, "");
 193     while (1) {
 194       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 195       char *endptr = NULL;
 196       char *endstr;
 197
 198       if (c == -1)
 199         break;
 200
 201       switch (c) {
 202       case O_PHANTOM:
 203         if ((opt_phmnum = opt_set_phantom(optarg)) < 0) {
 204           phm2sdf_usage(argv[0]);
 205           return (1);
 206         }
 207         break;
 208       case O_PHMFILE:
 209         strncpy(opt_phmfilename, optarg, sizeof(opt_phmfilename));
 210         phm = phm_create_from_file(opt_phmfilename);
 211 #ifdef MPI_CT
 212         if (mpi_ct.my_rank == 0)
 213           fprintf(stderr, "Can't use phantom from file in MPI mode\n");
 214         return (1);
 215 #endif
 216         break;
 217       case O_VERBOSE:
 218         opt_verbose = 1;
 219         break;
 220       case O_DEBUG:
 221         opt_debug = 1;
 222         break;
 223       case O_TRACE:
 224         if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 225           phm2sdf_usage(argv[0]);
 226           return (1);
 227         }
 228         break;
 229       case O_FILTER:
 230         if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 231           phm2sdf_usage (argv[0]);
 232           return (1);
 233         }
 234         break;
 235       case O_FILTER_DOMAIN:
 236         if ((opt_filter_domain = opt_set_filter_domain(optarg)) < 0) {
 237           phm2sdf_usage (argv[0]);
 238           return (1);
 239         }
 240         break;
 241       case O_DESC:
 242         strncpy(opt_desc, optarg, sizeof(opt_desc));
 243         break;
 244       case O_FILTER_BW:
 245         opt_filter_bw = strtod(optarg, &endptr);
 246         endstr = optarg + strlen(optarg);
 247         if (endptr != endstr) {
 248           fprintf(stderr,"Error setting --filter-bw to %s\n", optarg);
 249           phm2sdf_usage(argv[0]);
 250           return (1);
 251         }
 252         break;
 253       case O_FILTER_PARAM:
 254         opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 255         endstr = optarg + strlen(optarg);
 256         if (endptr != endstr) {
 257           fprintf(stderr,"Error setting --filter-param to %s\n", optarg);
 258           phm2sdf_usage(argv[0]);
 259           return (1);
 260         }
 261         break;
 262       case O_NSAMPLE:
 263         opt_nsample = strtol(optarg, &endptr, 10);
 264         endstr = optarg + strlen(optarg);
 265         if (endptr != endstr) {
 266           fprintf(stderr,"Error setting --nsample to %s\n", optarg);
 267           phm2sdf_usage(argv[0]);
 268           return (1);
 269         }
 270         break;
 271         case O_VERSION:
 272 #ifdef VERSION
 273           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 274 #else
 275           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 276 #endif
 277       case O_HELP:
 278       case '?':
 279         phm2sdf_usage(argv[0]);
 280         return (0);
 281       default:
 282         phm2sdf_usage(argv[0]);
 283         return (1);
 284       }
 285     }
 286
 287     if (phm == NULL && opt_phmnum == -1 && opt_filter == -1) {
 288       fprintf(stderr, "No phantom defined\n");
 289       phm2sdf_usage(argv[0]);
 290       return (1);
 291     }
 292
 293     if (optind + 3 != argc) {
 294       phm2sdf_usage(argv[0]);
 295       return (1);
 296     }
 297     opt_outfile = argv[optind];
 298     opt_nx = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 299     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 300     if (endptr != endstr) {
 301       fprintf(stderr,"Error setting nx to %s\n", argv[optind+1]);
 302       phm2sdf_usage(argv[0]);
 303       return (1);
 304     }
 305     opt_ny = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 306     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 307     if (endptr != endstr) {
 308       fprintf(stderr,"Error setting ny to %s\n", argv[optind+2]);
 309       phm2sdf_usage(argv[0]);
 310       return (1);
 311     }
 312
 313     snprintf(str, sizeof(str), "nx=%d, ny=%d, nsample=%d, ", opt_nx, opt_ny, opt_nsample);
 314     if (opt_phmfilename[0]) {
 315       strncat(str, "phantom=", sizeof(str));
 316       strncat(str, opt_phmfilename, sizeof(str));
 317     }
 318     else if (opt_phmnum != -1) {
 319       strncat(str, "phantom=", sizeof(str));
 320       strncat(str, name_of_phantom(opt_phmnum), sizeof(str));
 321     }
 322     else if (opt_filter != -1) {
 323       strncat(str, "filter=", sizeof(str));
 324       strncat(str, name_of_filter(opt_filter), sizeof(str));
 325       strncat(str, " - ", sizeof(str));
 326       strncat(str, name_of_filter_domain(opt_filter_domain), sizeof(str));
 327     }
 328     if (opt_desc[0]) {
 329       strncat(str, ": ", sizeof(str));
 330       strncat(str, opt_desc, sizeof(str));
 331     }
 332     strncpy(opt_desc, str, sizeof(opt_desc));
 333
 334     if (opt_verbose)
 335       printf("Rasterize Phantom to Image\n\n");
 336 #ifdef MPI_CT
 337   }
 338 #endif
 339
 340 #ifdef MPI_CT
 341   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 342   MPI_Bcast(&opt_verbose, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 343   MPI_Bcast(&opt_debug, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 344   MPI_Bcast(&opt_trace, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 345   MPI_Bcast(&opt_nx, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 346   MPI_Bcast(&opt_ny, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 347   MPI_Bcast(&opt_nsample, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 348   MPI_Bcast(&opt_phmnum, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 349   MPI_Bcast(&opt_filter, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 350   MPI_Bcast(&opt_filter_domain, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 351   MPI_Bcast(&opt_filter_param, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 352   MPI_Bcast(&opt_filter_bw, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 353
 354   if (opt_verbose) {
 355     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 356     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 357     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 358     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 359       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 360   }
 361
 362   mpi_ct_calc_work_units(opt_nx);
 363
 364   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 365     im_global = new ImageFile (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 366     im_global->adf.fileCreate();
 367   }
 368
 369   im_local = new ImageFile (opt_nx, opt_ny);
 370 #else
 371   im_global = new ImageFile (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 372   im_global->adf.fileCreate ();
 373 #endif
 374
 375   if (opt_phmnum >= 0)
 376       phm = phm_create (opt_phmnum);
 377
 378 #ifdef MPI_CT
 379   else {
 380     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 381       fprintf(stderr, "phmnum < 0\n");
 382     exit(1);
 383   }
 384 #endif
 385
 386   ImageFileArray v = im_global->getArray ();
 387   double calctime = 0;
 388
 389 #ifdef MPI_CT
 390   if (phm->type == P_UNIT_PULSE) {
 391     if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 392       v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 393       calctime = 0;
 394     }
 395   } else if (opt_filter != -1) {
 396     if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 397       image_filter_response (*im_global, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 398       calctime = 0;
 399     }
 400   } else {
 401     if (opt_verbose)
 402       mpi_t1 = MPI_Wtime();
 403     phm_to_imagefile (phm, *im_local, mpi_ct.start_work_unit[mpi_ct.my_rank],  mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], opt_nsample, opt_trace);
 404     if (opt_verbose) {
 405       mpi_t2 = MPI_Wtime();
 406       mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 407       MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 408       if (mpi_ct.my_rank == 0)
 409         printf("Time to compile phm = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 410     }
 411     mpi_gather_image(*im_global, *im_local, opt_debug);
 412   }
 413 #else
 414   if (phm->type == P_UNIT_PULSE) {
 415     v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 416     calctime = 0;
 417   } else if (opt_filter != -1) {
 418     image_filter_response (*im_global, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 419     calctime = 0;
 420   } else {
 421 #if HAVE_SGP
 422       if (opt_trace >= TRACE_PHM)
 423         phm_show(phm);
 424 #endif
 425       phm_to_imagefile (phm, *im_global, 0, opt_nx, opt_nsample, opt_trace);
 426   }
 427 #endif
 428
 429 #ifdef MPI_CT
 430   time_end = MPI_Wtime();
 431 #else
 432   time_end = td_current_sec();
 433 #endif
 434
 435 #ifdef MPI_CT
 436   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 437 #endif
 438   {
 439     im_global->adf.arrayDataWrite ();
 440     calctime = time_end - time_start;
 441     im_global->adf.labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, opt_desc, calctime);
 442     im_global->adf.fileClose ();
 443     if (opt_verbose)
 444       fprintf (stdout, "Time to compile image = %.2f sec\n\n", calctime);
 445   }
 446
 447   if (opt_trace >= TRACE_PHM) {
 448     double dmin, dmax;
 449     int nscale;
 450
 451     printf ("Enter display size scale (nominal = 1): ");
 452     scanf ("%d", &nscale);
 453     printf ("Enter minimum and maximum densities (min, max): ");
 454     scanf ("%lf %lf", &dmin, &dmax);
 455     image_display_scale (*im_global, nscale, dmin, dmax);
 456   }
 457
 458   phm_free (phm);
 459
 460   return (0);
 461 }
 462
 463
 464
 465 #ifdef MPI_CT
 466 void mpi_gather_image (ImageFile& im_global, ImageFile& im_local, const int opt_debug)
 467 {
 468   ImageFileArray vLocal = im_local.getArray();
 469   ImageFileArray vGlobal = im_global.getArray();
 470   int nyLocal = im_local.ny();
 471   int nyGlobal = im_global.ny();
 472
 473   int end_work_unit = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank] - 1;
 474   for (int iw = 0; iw <= end_work_unit; iw++) {
 475     MPI_Send(vLocal[iw], nyLocal, im_local.getMPIDataType(), 0, 0, mpi_ct.comm);
 476   }
 477
 478   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 479     for (int iproc = 0; iproc < mpi_ct.nproc; iproc++) {
 480       end_work_unit = mpi_ct.start_work_unit[iproc] + mpi_ct.local_work_units[iproc] - 1;
 481
 482       if (opt_debug) {
 483         fprintf(stdout, "Recv rs data from process %d (%d-%d)\n", iproc, mpi_ct.start_work_unit[iproc], end_work_unit);
 484         fflush(stdout);
 485       }
 486
 487       for (int iw = mpi_ct.start_work_unit[iproc]; iw <= end_work_unit; iw++) {
 488         MPI_Status status;
 489         MPI_Recv(vGlobal[iw], nyGlobal, MPI_FLOAT, iproc, 0, mpi_ct.comm, &status);
 490       }
 491     }
 492   }
 493
 494 }
 495 #endif
 496
 497 #ifndef NO_MAIN
 498 int
 499 main (const int argc, char *const argv[])
 500 {
 501   return (phm2sdf_main(argc, argv));
 502 }
 503 #endif