src/phm2if.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **   Name:          phm2if.cpp
   5 **   Purpose:       Convert an phantom object to an image file
   6 **   Programmer:    Kevin Rosenberg
   7 **   Date Started:  1984
   8 **
   9 **  This is part of the CTSim program
  10 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
  11 **
  12 **  $Id: phm2if.cpp,v 1.10 2000/06/18 10:27:11 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 #include "timer.h"
  30
  31
  32 enum { O_PHANTOM, O_DESC, O_NSAMPLE, O_FILTER, O_TRACE, O_VERBOSE, O_HELP,
  33        O_PHMFILE, O_FILTER_DOMAIN, O_FILTER_BW, O_FILTER_PARAM, O_DEBUG, O_VERSION };
  34
  35 static struct option my_options[] =
  36 {
  37   {"phantom", 1, 0, O_PHANTOM},
  38   {"phmfile", 1, 0, O_PHMFILE},
  39   {"desc", 1, 0, O_DESC},
  40   {"nsample", 1, 0, O_NSAMPLE},
  41   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  42   {"filter-domain", 1, 0, O_FILTER_DOMAIN},
  43   {"filter-bw", 1, 0, O_FILTER_BW},
  44   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  45   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  46   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  47   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  48   {"help", 0, 0, O_HELP},
  49   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  50   {0, 0, 0, 0}
  51 };
  52
  53 void
  54 phm2if_usage (const char *program)
  55 {
  56   cout << "phm2if_usage: " << fileBasename(program) << " outfile nx ny [--phantom phantom-name] [--phmfile filename] [--filter filter-name] [OPTIONS]" << endl;
  57   cout << "Generate phantom image from a predefined --phantom or a --phmfile" << endl;
  58   cout << endl;
  59   cout << "     outfile         Name of output file for image" << endl;
  60   cout << "     nx              Number of pixels X-axis" << endl;
  61   cout << "     ny              Number of pixels Y-axis" << endl;
  62   cout << "     --phantom       Phantom to use for projection" << endl;
  63   cout << "        herman       Herman head phantom" << endl;
  64   cout << "        rowland      Rowland head phantom" << endl;
  65   cout << "        browland     Bordered Rowland head phantom" << endl;
  66   cout << "        unitpulse    Unit pulse phantom" << endl;
  67   cout << "     --phmfile       Generate Phantom from phantom file" << endl;
  68   cout << "     --filter        Generate Phantom from a filter function" << endl;
  69   cout << "       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting" << endl;
  70   cout << "       abs_sinc      Abs * Sinc" << endl;
  71   cout << "       abs_cos       Abs * Cosine" << endl;
  72   cout << "       abs_hamming   Abs * Hamming" << endl;
  73   cout << "       shepp         Shepp-Logan" << endl;
  74   cout << "       bandlimit     Bandlimiting" << endl;
  75   cout << "       sinc          Sinc" << endl;
  76   cout << "       cos           Cosine" << endl;
  77   cout << "       triangle      Triangle" << endl;
  78   cout << "       hamming       Hamming" << endl;
  79   cout << "     --filter-param  Alpha level for Hamming filter" << endl;
  80   cout << "     --filter-domain Set domain of filter" << endl;
  81   cout << "         spatial     Spatial domain (default)" << endl;
  82   cout << "         freq        Frequency domain" << endl;
  83   cout << "     --filter-bw     Filter bandwidth (default = 1)" << endl;
  84   cout << "     --desc          Description of raysum" << endl;
  85   cout << "     --nsample       Number of samples per axis per pixel (default = 1)" << endl;
  86   cout << "     --trace         Trace level to use" << endl;
  87   cout << "        none         No tracing (default)" << endl;
  88   cout << "        text         Trace text level" << endl;
  89   cout << "        phm          Trace phantom" << endl;
  90   cout << "        rays         Trace rays" << endl;
  91   cout << "        plot         Trace plot" << endl;
  92   cout << "        clipping     Trace clipping" << endl;
  93   cout << "     --debug         Debug mode" << endl;
  94   cout << "     --verbose       Verbose mode" << endl;
  95   cout << "     --version       Print version" << endl;
  96   cout << "     --help          Print this help message" << endl;
  97 }
  98
  99 #ifdef HAVE_MPI
 100 void mpi_gather_image (MPIWorld& mpiWorld, ImageFile* imGlobal, ImageFile* imLocal, const int opt_debug);
 101 #endif
 102
 103 int
 104 phm2if_main (int argc, char* argv[])
 105 {
 106   ImageFile* imGlobal = NULL;
 107   Phantom phm;
 108   int opt_nx = 0, opt_ny = 0;
 109   int opt_nsample = 1;
 110   int opt_phmnum = -1;
 111   FilterType opt_filter = static_cast<FilterType>(-1);
 112   DomainType opt_filter_domain = D_SPATIAL;
 113   char *opt_outfile = NULL;
 114   int opt_debug = 0;
 115   string opt_desc;
 116   string opt_phmfilename;
 117   char *endstr, *endptr;
 118   double opt_filter_param = 1;
 119   double opt_filter_bw = 1.;
 120   int opt_trace = TRACE_NONE;
 121   bool opt_verbose = false;
 122 #ifdef HAVE_MPI
 123   ImageFile* imLocal = NULL;
 124   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 125 #endif
 126
 127   Timer timerProgram;
 128
 129 #ifdef HAVE_MPI
 130   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 131 #endif
 132     while (1) {
 133       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 134       char *endptr = NULL;
 135       char *endstr;
 136
 137       if (c == -1)
 138         break;
 139
 140       switch (c) {
 141       case O_PHANTOM:
 142         if ((opt_phmnum = opt_set_phantom(optarg)) < 0) {
 143           phm2if_usage(argv[0]);
 144           return (1);
 145         }
 146         break;
 147       case O_PHMFILE:
 148         opt_phmfilename = optarg;
 149         phm.createFromFile(opt_phmfilename.c_str());
 150 #ifdef HAVE_MPI
 151         if (mpiWorld.getRank() == 0)
 152           cerr << "Can't use phantom from file in MPI mode" << endl;
 153         return (1);
 154 #endif
 155         break;
 156       case O_VERBOSE:
 157         opt_verbose = true;
 158         break;
 159       case O_DEBUG:
 160         opt_debug = 1;
 161         break;
 162       case O_TRACE:
 163         if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 164           phm2if_usage(argv[0]);
 165           return (1);
 166         }
 167         break;
 168       case O_FILTER:
 169         if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 170           phm2if_usage (argv[0]);
 171           return (1);
 172         }
 173         break;
 174       case O_FILTER_DOMAIN:
 175         if ((opt_filter_domain = opt_set_filter_domain(optarg)) < 0) {
 176           phm2if_usage (argv[0]);
 177           return (1);
 178         }
 179         break;
 180       case O_DESC:
 181         opt_desc =  optarg;
 182         break;
 183       case O_FILTER_BW:
 184         opt_filter_bw = strtod(optarg, &endptr);
 185         endstr = optarg + strlen(optarg);
 186         if (endptr != endstr) {
 187           sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting --filter-bw to %s\n", optarg);
 188           phm2if_usage(argv[0]);
 189           return (1);
 190         }
 191         break;
 192       case O_FILTER_PARAM:
 193         opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 194         endstr = optarg + strlen(optarg);
 195         if (endptr != endstr) {
 196           sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting --filter-param to %s\n", optarg);
 197           phm2if_usage(argv[0]);
 198           return (1);
 199         }
 200         break;
 201       case O_NSAMPLE:
 202         opt_nsample = strtol(optarg, &endptr, 10);
 203         endstr = optarg + strlen(optarg);
 204         if (endptr != endstr) {
 205           sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting --nsample to %s\n", optarg);
 206           phm2if_usage(argv[0]);
 207           return (1);
 208         }
 209         break;
 210         case O_VERSION:
 211 #ifdef VERSION
 212           cout <<  "Version " << VERSION << endl;
 213 #else
 214           cerr << "Unknown version number" << endl;
 215 #endif
 216       case O_HELP:
 217       case '?':
 218         phm2if_usage(argv[0]);
 219         return (0);
 220       default:
 221         phm2if_usage(argv[0]);
 222         return (1);
 223       }
 224     }
 225
 226     if (phm.nPElem() == 0 && opt_phmnum == -1 && opt_filter == -1) {
 227       cerr << "No phantom defined" << endl;
 228       phm2if_usage(argv[0]);
 229       return (1);
 230     }
 231
 232     if (optind + 3 != argc) {
 233       phm2if_usage(argv[0]);
 234       return (1);
 235     }
 236     opt_outfile = argv[optind];
 237     opt_nx = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 238     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 239     if (endptr != endstr) {
 240       sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting nx to %s\n", argv[optind+1]);
 241       phm2if_usage(argv[0]);
 242       return (1);
 243     }
 244     opt_ny = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 245     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 246     if (endptr != endstr) {
 247       sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting ny to %s\n", argv[optind+2]);
 248       phm2if_usage(argv[0]);
 249       return (1);
 250     }
 251
 252     ostringstream oss;
 253     oss << "nx=" << opt_nx << ", ny=" << opt_ny << ", nsample=" << opt_nsample << ", ";
 254     if (opt_phmfilename.length())
 255       oss << "phantom=" << opt_phmfilename;
 256     else if (opt_phmnum != -1)
 257       oss << "phantom=" << name_of_phantom(opt_phmnum);
 258     else if (opt_filter != -1) {
 259       oss << "filter=" << name_of_filter(opt_filter);
 260       oss << " - " << name_of_filter_domain(opt_filter_domain);
 261     }
 262     if (opt_desc.length())
 263       oss << ": " << opt_desc;
 264     opt_desc = oss.str();
 265
 266     if (opt_verbose)
 267       cout << "Rasterize Phantom to Image" << endl << endl;
 268 #ifdef HAVE_MPI
 269   }
 270 #endif
 271
 272 #ifdef HAVE_MPI
 273   TimerMPI timerBcast (mpiWorld.getComm());
 274   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 275   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 276   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 277   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nx, 1, MPI::INT, 0);
 278   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_ny, 1, MPI::INT, 0);
 279   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nsample, 1, MPI::INT, 0);
 280   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_phmnum, 1, MPI::INT, 0);
 281   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter, 1, MPI::INT, 0);
 282   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter_domain, 1, MPI::INT, 0);
 283   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter_param, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 284   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter_bw, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 285
 286   if (opt_verbose)
 287     timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 288
 289   mpiWorld.setTotalWorkUnits (opt_nx);
 290
 291   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 292     imGlobal = new ImageFile (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 293     imGlobal->fileCreate();
 294   }
 295   imLocal = new ImageFile (opt_nx, opt_ny);
 296 #else
 297   imGlobal = new ImageFile (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 298   imGlobal->fileCreate ();
 299 #endif
 300
 301   if (opt_phmnum >= 0)
 302       phm.create (opt_phmnum);
 303
 304 #ifdef HAVE_MPI
 305   else {
 306     if (mpiWorld.getRank() == 0)
 307       cerr << "phmnum < 0" << endl;
 308     exit(1);
 309   }
 310 #endif
 311
 312   ImageFileArray v;
 313 #ifdef HAVE_MPI
 314   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 315     v = imGlobal->getArray ();
 316
 317   if (phm.getComposition() == P_UNIT_PULSE) {
 318     if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 319       v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 320     }
 321   } else if (opt_filter != -1) {
 322     if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 323       image_filter_response (*imGlobal, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 324     }
 325   } else {
 326     TimerMPI timerRasterize (mpiWorld.getComm());
 327     phm_to_imagefile (phm, *imLocal, mpiWorld.getMyStartWorkUnit(),  mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(), opt_nsample, opt_trace);
 328     if (opt_verbose)
 329       timerRasterize.timerEndAndReport ("Time to rasterize phantom");
 330
 331     TimerMPI timerGather (mpiWorld.getComm());
 332     mpi_gather_image (mpiWorld, imGlobal, imLocal, opt_debug);
 333     if (opt_verbose)
 334       timerGather.timerEndAndReport ("Time to gather image");
 335   }
 336 #else
 337   v = imGlobal->getArray ();
 338   if (phm.getComposition() == P_UNIT_PULSE) {
 339     v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 340   } else if (opt_filter != -1) {
 341     image_filter_response (*imGlobal, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 342   } else {
 343 #if HAVE_SGP
 344       if (opt_trace >= TRACE_PHM)
 345         phm.show();
 346 #endif
 347       phm_to_imagefile (phm, *imGlobal, 0, opt_nx, opt_nsample, opt_trace);
 348   }
 349 #endif
 350
 351 #ifdef HAVE_MPI
 352   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 353 #endif
 354   {
 355     imGlobal->arrayDataWrite ();
 356     double calctime = timerProgram.timerEnd ();
 357     imGlobal->labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, opt_desc.c_str(), calctime);
 358     imGlobal->fileClose ();
 359     if (opt_verbose)
 360       cout << "Time to rasterized phantom: " << calctime << " seconds" << endl;
 361
 362     if (opt_trace >= TRACE_PHM) {
 363       double dmin, dmax;
 364       int nscale;
 365
 366       printf ("Enter display size scale (nominal = 1): ");
 367       scanf ("%d", &nscale);
 368       printf ("Enter minimum and maximum densities (min, max): ");
 369       scanf ("%lf %lf", &dmin, &dmax);
 370       image_display_scale (*imGlobal, nscale, dmin, dmax);
 371     }
 372   }
 373
 374   return (0);
 375 }
 376
 377
 378
 379 #ifdef HAVE_MPI
 380 void mpi_gather_image (MPIWorld& mpiWorld, ImageFile* imGlobal, ImageFile* imLocal, const int opt_debug)
 381 {
 382   ImageFileArray vLocal = imLocal->getArray();
 383   ImageFileArray vGlobal = NULL;
 384   int nyLocal = imLocal->ny();
 385
 386   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 387     vGlobal = imGlobal->getArray();
 388
 389   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++)
 390     mpiWorld.getComm().Send(vLocal[iw], nyLocal, imLocal->getMPIDataType(), 0, 0);
 391
 392   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 393     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 394       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 395         MPI::Status status;
 396         mpiWorld.getComm().Recv(vGlobal[iw], nyLocal, imLocal->getMPIDataType(), iProc, 0, status);
 397       }
 398     }
 399   }
 400
 401 }
 402 #endif
 403
 404 #ifndef NO_MAIN
 405 int
 406 main (int argc, char* argv[])
 407 {
 408   return (phm2if_main(argc, argv));
 409 }
 410 #endif