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 1.13 2000/06/22 10:17:28 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 << "        bherman      Bordered Herman head phantom" << endl;
  65   cout << "        rowland      Rowland head phantom" << endl;
  66   cout << "        browland     Bordered Rowland head phantom" << endl;
  67   cout << "        unitpulse    Unit pulse phantom" << endl;
  68   cout << "     --phmfile       Generate Phantom from phantom file" << endl;
  69   cout << "     --filter        Generate Phantom from a filter function" << endl;
  70   cout << "       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting" << endl;
  71   cout << "       abs_sinc      Abs * Sinc" << endl;
  72   cout << "       abs_cos       Abs * Cosine" << endl;
  73   cout << "       abs_hamming   Abs * Hamming" << endl;
  74   cout << "       shepp         Shepp-Logan" << endl;
  75   cout << "       bandlimit     Bandlimiting" << endl;
  76   cout << "       sinc          Sinc" << endl;
  77   cout << "       cos           Cosine" << endl;
  78   cout << "       triangle      Triangle" << endl;
  79   cout << "       hamming       Hamming" << endl;
  80   cout << "     --filter-param  Alpha level for Hamming filter" << endl;
  81   cout << "     --filter-domain Set domain of filter" << endl;
  82   cout << "         spatial     Spatial domain (default)" << endl;
  83   cout << "         freq        Frequency domain" << endl;
  84   cout << "     --filter-bw     Filter bandwidth (default = 1)" << endl;
  85   cout << "     --desc          Description of raysum" << endl;
  86   cout << "     --nsample       Number of samples per axis per pixel (default = 1)" << endl;
  87   cout << "     --trace         Trace level to use" << endl;
  88   cout << "        none         No tracing (default)" << endl;
  89   cout << "        text         Trace text level" << endl;
  90   cout << "        phm          Trace phantom" << endl;
  91   cout << "        rays         Trace rays" << endl;
  92   cout << "        plot         Trace plot" << endl;
  93   cout << "        clipping     Trace clipping" << endl;
  94   cout << "     --debug         Debug mode" << endl;
  95   cout << "     --verbose       Verbose mode" << endl;
  96   cout << "     --version       Print version" << endl;
  97   cout << "     --help          Print this help message" << endl;
  98 }
  99
 100 #ifdef HAVE_MPI
 101 void mpi_gather_image (MPIWorld& mpiWorld, ImageFile* imGlobal, ImageFile* imLocal, const int opt_debug);
 102 #endif
 103
 104 int
 105 phm2if_main (int argc, char* argv[])
 106 {
 107   ImageFile* imGlobal = NULL;
 108   Phantom phm;
 109   int opt_nx = 0, opt_ny = 0;
 110   int opt_nsample = 1;
 111   string optPhmName;
 112   string optFilterName;
 113   string optDomainName = "spatial";
 114   char *opt_outfile = NULL;
 115   int opt_debug = 0;
 116   string opt_desc;
 117   string opt_phmfilename;
 118   char *endstr, *endptr;
 119   double opt_filter_param = 1;
 120   double opt_filter_bw = 1.;
 121   int opt_trace = TRACE_NONE;
 122   bool opt_verbose = false;
 123 #ifdef HAVE_MPI
 124   ImageFile* imLocal = NULL;
 125   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 126 #endif
 127
 128   Timer timerProgram;
 129
 130 #ifdef HAVE_MPI
 131   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 132 #endif
 133     while (1) {
 134       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 135       char *endptr = NULL;
 136       char *endstr;
 137
 138       if (c == -1)
 139         break;
 140
 141       switch (c) {
 142       case O_PHANTOM:
 143         optPhmName = optarg;
 144         if (! phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str())) {
 145           cout << "Invalid phantom name " << optPhmName << endl << endl;
 146           phm2if_usage(argv[0]);
 147           return (1);
 148         }
 149         break;
 150       case O_PHMFILE:
 151         opt_phmfilename = optarg;
 152         phm.createFromFile(opt_phmfilename.c_str());
 153 #ifdef HAVE_MPI
 154         if (mpiWorld.getRank() == 0)
 155           cerr << "Can't use phantom from file in MPI mode" << endl;
 156         return (1);
 157 #endif
 158         break;
 159       case O_VERBOSE:
 160         opt_verbose = true;
 161         break;
 162       case O_DEBUG:
 163         opt_debug = 1;
 164         break;
 165       case O_TRACE:
 166         if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 167           phm2if_usage(argv[0]);
 168           return (1);
 169         }
 170         break;
 171       case O_FILTER:
 172         optFilterName = optarg;
 173         break;
 174       case O_FILTER_DOMAIN:
 175         optDomainName = optarg;
 176         break;
 177       case O_DESC:
 178         opt_desc =  optarg;
 179         break;
 180       case O_FILTER_BW:
 181         opt_filter_bw = strtod(optarg, &endptr);
 182         endstr = optarg + strlen(optarg);
 183         if (endptr != endstr) {
 184           sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting --filter-bw to %s\n", optarg);
 185           phm2if_usage(argv[0]);
 186           return (1);
 187         }
 188         break;
 189       case O_FILTER_PARAM:
 190         opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 191         endstr = optarg + strlen(optarg);
 192         if (endptr != endstr) {
 193           sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting --filter-param to %s\n", optarg);
 194           phm2if_usage(argv[0]);
 195           return (1);
 196         }
 197         break;
 198       case O_NSAMPLE:
 199         opt_nsample = strtol(optarg, &endptr, 10);
 200         endstr = optarg + strlen(optarg);
 201         if (endptr != endstr) {
 202           sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting --nsample to %s\n", optarg);
 203           phm2if_usage(argv[0]);
 204           return (1);
 205         }
 206         break;
 207         case O_VERSION:
 208 #ifdef VERSION
 209           cout <<  "Version " << VERSION << endl;
 210 #else
 211           cerr << "Unknown version number" << endl;
 212 #endif
 213       case O_HELP:
 214       case '?':
 215         phm2if_usage(argv[0]);
 216         return (0);
 217       default:
 218         phm2if_usage(argv[0]);
 219         return (1);
 220       }
 221     }
 222
 223     if (phm.nPElem() == 0 && optPhmName == "" && optFilterName == "") {
 224       cerr << "No phantom defined" << endl;
 225       phm2if_usage(argv[0]);
 226       return (1);
 227     }
 228
 229     if (optind + 3 != argc) {
 230       phm2if_usage(argv[0]);
 231       return (1);
 232     }
 233     opt_outfile = argv[optind];
 234     opt_nx = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 235     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 236     if (endptr != endstr) {
 237       sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting nx to %s\n", argv[optind+1]);
 238       phm2if_usage(argv[0]);
 239       return (1);
 240     }
 241     opt_ny = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 242     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 243     if (endptr != endstr) {
 244       sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting ny to %s\n", argv[optind+2]);
 245       phm2if_usage(argv[0]);
 246       return (1);
 247     }
 248
 249     ostringstream oss;
 250     oss << "nx=" << opt_nx << ", ny=" << opt_ny << ", nsample=" << opt_nsample << ", ";
 251     if (opt_phmfilename.length())
 252       oss << "phantom=" << opt_phmfilename;
 253     else if (optPhmName != "")
 254       oss << "phantom=" << optPhmName;
 255     else if (optFilterName != "") {
 256       oss << "filter=" << optFilterName << " - " << optDomainName;
 257     }
 258     if (opt_desc.length())
 259       oss << ": " << opt_desc;
 260     opt_desc = oss.str();
 261
 262     if (opt_verbose)
 263       cout << "Rasterize Phantom to Image" << endl << endl;
 264 #ifdef HAVE_MPI
 265   }
 266 #endif
 267
 268 #ifdef HAVE_MPI
 269   TimerCollectiveMPI timerBcast (mpiWorld.getComm());
 270   mpiWorld.BcastString (optPhmName);
 271   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 272   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 273   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 274   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nx, 1, MPI::INT, 0);
 275   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_ny, 1, MPI::INT, 0);
 276   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nsample, 1, MPI::INT, 0);
 277   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter_param, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 278   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter_bw, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 279
 280   mpiWorld.BcastString (optFilterName);
 281   mpiWorld.BcastString (optDomainName);
 282
 283   if (opt_verbose)
 284     timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 285
 286   mpiWorld.setTotalWorkUnits (opt_nx);
 287
 288   if (mpiWorld.getRank() > 0 && optPhmName != "")
 289       phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 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   ImageFileArray v;
 302 #ifdef HAVE_MPI
 303   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 304     v = imGlobal->getArray ();
 305
 306   if (phm.getComposition() == P_UNIT_PULSE) {
 307     if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 308       v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 309     }
 310   } else if (optFilterName != "") {
 311     if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 312       image_filter_response (*imGlobal, optDomainName.c_str(), opt_filter_bw, optFilterName.c_str(), opt_filter_param, opt_trace);
 313     }
 314   } else {
 315     TimerCollectiveMPI timerRasterize (mpiWorld.getComm());
 316     phm.convertToImagefile (*imLocal, opt_nsample, opt_trace, mpiWorld.getMyStartWorkUnit(), mpiWorld.getMyLocalWorkUnits());
 317     if (opt_verbose)
 318       timerRasterize.timerEndAndReport ("Time to rasterize phantom");
 319
 320     TimerCollectiveMPI timerGather (mpiWorld.getComm());
 321     mpi_gather_image (mpiWorld, imGlobal, imLocal, opt_debug);
 322     if (opt_verbose)
 323       timerGather.timerEndAndReport ("Time to gather image");
 324   }
 325 #else
 326   v = imGlobal->getArray ();
 327   if (phm.getComposition() == P_UNIT_PULSE) {
 328     v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 329   } else if (optFilterName != "") {
 330     image_filter_response (*imGlobal, optDomainName.c_str(), opt_filter_bw, optFilterName.c_str(), opt_filter_param, opt_trace);
 331   } else {
 332 #if HAVE_SGP
 333       if (opt_trace >= TRACE_PHM)
 334         phm.show();
 335 #endif
 336       phm.convertToImagefile (*imGlobal, opt_nsample, opt_trace);
 337   }
 338 #endif
 339
 340 #ifdef HAVE_MPI
 341   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 342 #endif
 343   {
 344     imGlobal->arrayDataWrite ();
 345     double calctime = timerProgram.timerEnd ();
 346     imGlobal->labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, opt_desc.c_str(), calctime);
 347     imGlobal->fileClose ();
 348     if (opt_verbose)
 349       cout << "Time to rasterized phantom: " << calctime << " seconds" << endl;
 350
 351     if (opt_trace >= TRACE_PHM) {
 352       double dmin, dmax;
 353       int nscale;
 354
 355       printf ("Enter display size scale (nominal = 1): ");
 356       scanf ("%d", &nscale);
 357       printf ("Enter minimum and maximum densities (min, max): ");
 358       scanf ("%lf %lf", &dmin, &dmax);
 359       image_display_scale (*imGlobal, nscale, dmin, dmax);
 360     }
 361   }
 362
 363   return (0);
 364 }
 365
 366
 367
 368 #ifdef HAVE_MPI
 369 void mpi_gather_image (MPIWorld& mpiWorld, ImageFile* imGlobal, ImageFile* imLocal, const int opt_debug)
 370 {
 371   ImageFileArray vLocal = imLocal->getArray();
 372   ImageFileArray vGlobal = NULL;
 373   int nyLocal = imLocal->ny();
 374
 375   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 376     vGlobal = imGlobal->getArray();
 377
 378   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++)
 379     mpiWorld.getComm().Send(vLocal[iw], nyLocal, imLocal->getMPIDataType(), 0, 0);
 380
 381   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 382     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 383       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 384         MPI::Status status;
 385         mpiWorld.getComm().Recv(vGlobal[iw], nyLocal, imLocal->getMPIDataType(), iProc, 0, status);
 386       }
 387     }
 388   }
 389
 390 }
 391 #endif
 392
 393 #ifndef NO_MAIN
 394 int
 395 main (int argc, char* argv[])
 396 {
 397   int retval = 1;
 398
 399   try {
 400     retval = phm2if_main(argc, argv);
 401   } catch (exception e) {
 402     cerr << "Exception: " << e.what() << endl;
 403   } catch (...) {
 404     cerr << "Unknown exception" << endl;
 405   }
 406
 407   return (retval);
 408 }
 409 #endif