src/phm2sdf.c

   1 /*****************************************************************************
   2 **  This is part of the CTSim program
   3 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
   4 **
   5 **  $Id: phm2sdf.c,v 1.1 2000/04/28 13:02:44 kevin Exp $
   6 **  $Log: phm2sdf.c,v $
   7 **  Revision 1.1  2000/04/28 13:02:44  kevin
   8 **  Initial revision
   9 **
  10 **
  11 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  12 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  13 **  published by the Free Software Foundation.
  14 **
  15 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  16 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  18 **  GNU General Public License for more details.
  19 **
  20 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  21 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  22 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  23 ******************************************************************************/
  24 /* FILE
  25  *   phm2sdf.c                  Generate a SDF image from a phantom
  26  *
  27  * HISTORY
  28  *   1984 - Final DOS verion
  29  *   1999 - First UNIX version
  30  */
  31
  32 #include "ct.h"
  33
  34 #define O_PHANTOM       1
  35 #define O_DESC          2
  36 #define O_NSAMPLE       3
  37 #define O_FILTER        4
  38 #define O_TRACE         5
  39 #define O_VERBOSE       6
  40 #define O_HELP          7
  41 #define O_PICFILE       8
  42 #define O_FILTER_DOMAIN 9
  43 #define O_FILTER_BW     10
  44 #define O_FILTER_PARAM  11
  45 #define O_DEBUG         12
  46 #define O_VERSION       13
  47
  48 static struct option my_options[] =
  49 {
  50   {"phantom", 1, 0, O_PHANTOM},
  51   {"picfile", 1, 0, O_PICFILE},
  52   {"desc", 1, 0, O_DESC},
  53   {"nsample", 1, 0, O_NSAMPLE},
  54   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  55   {"filter-domain", 1, 0, O_FILTER_DOMAIN},
  56   {"filter-bw", 1, 0, O_FILTER_BW},
  57   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  58   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  59   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  60   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  61   {"help", 0, 0, O_HELP},
  62   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  63   {0, 0, 0, 0}
  64 };
  65
  66 void
  67 usage (const char *program)
  68 {
  69   fprintf(stdout,"usage: %s outfile nx ny [--phantom phantom-name] [--picfile filename] [--filter filter-name] [OPTIONS]\n",kbasename(program));
  70   fprintf(stdout,"Generate phantom image from a predefined --phantom or a --picfile\n");
  71   fprintf(stdout,"\n");
  72   fprintf(stdout,"     outfile         Name of output file for image\n");
  73   fprintf(stdout,"     nx              Number of pixels X-axis\n");
  74   fprintf(stdout,"     ny              Number of pixels Y-axis\n");
  75   fprintf(stdout,"     --phantom       Phantom to use for projection\n");
  76   fprintf(stdout,"        herman       Herman head phantom\n");
  77   fprintf(stdout,"        rowland      Rowland head phantom\n");
  78   fprintf(stdout,"        browland     Bordered Rowland head phantom\n");
  79   fprintf(stdout,"        unitpulse    Unit pulse phantom\n");
  80   fprintf(stdout,"     --picfile       Generate Phantom from picture file\n");
  81   fprintf(stdout,"     --filter        Generate Phantom from a filter function\n");
  82   fprintf(stdout,"       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting\n");
  83   fprintf(stdout,"       abs_sinc      Abs * Sinc\n");
  84   fprintf(stdout,"       abs_cos       Abs * Cosine\n");
  85   fprintf(stdout,"       abs_hamming   Abs * Hamming\n");
  86   fprintf(stdout,"       shepp         Shepp-Logan\n");
  87   fprintf(stdout,"       bandlimit     Bandlimiting\n");
  88   fprintf(stdout,"       sinc          Sinc\n");
  89   fprintf(stdout,"       cos           Cosine\n");
  90   fprintf(stdout,"       triangle      Triangle\n");
  91   fprintf(stdout,"       hamming       Hamming\n");
  92   fprintf(stdout,"     --filter-param  Alpha level for Hamming filter\n");
  93   fprintf(stdout,"     --filter-domain Set domain of filter\n");
  94   fprintf(stdout,"         spatial     Spatial domain (default)\n");
  95   fprintf(stdout,"         freq        Frequency domain\n");
  96   fprintf(stdout,"     --filter-bw     Filter bandwidth (default = 1)\n");
  97   fprintf(stdout,"     --desc          Description of raysum\n");
  98   fprintf(stdout,"     --nsample       Number of samples per axis per pixel (default = 1)\n");
  99   fprintf(stdout,"     --trace         Trace level to use\n");
 100   fprintf(stdout,"        none         No tracing (default)\n");
 101   fprintf(stdout,"        text         Trace text level\n");
 102   fprintf(stdout,"        pic          Trace picture\n");
 103   fprintf(stdout,"        rays         Trace rays\n");
 104   fprintf(stdout,"        plot         Trace plot\n");
 105   fprintf(stdout,"        clipping     Trace clipping\n");
 106   fprintf(stdout,"     --debug         Debug mode\n");
 107   fprintf(stdout,"     --verbose       Verbose mode\n");
 108   fprintf(stdout,"     --version       Print version\n");
 109   fprintf(stdout,"     --help          Print this help message\n");
 110   exit(1);
 111 }
 112
 113 #ifdef MPI_CT
 114 void mpi_gather_image (IMAGE *im_global, IMAGE *im_local, const int opt_debug);
 115 #endif
 116
 117 int
 118 main (const int argc, char *const argv[])
 119 {
 120   IMAGE *im_global = NULL;
 121   PICTURE *pic = NULL;
 122   int opt_nx = 0, opt_ny = 0;
 123   int opt_nsample = 1;
 124   int opt_picnum = -1;
 125   int opt_filter = -1;
 126   int opt_filter_domain = D_SPATIAL;
 127   char *opt_outfile;
 128   int opt_debug = 0;
 129   char str[256];
 130   char opt_desc[256], opt_picfilename[256];
 131   char *endstr, *endptr;
 132   double opt_filter_param;
 133   double opt_filter_bw = 1.;
 134   int opt_trace = TRACE_NONE;
 135   int opt_verbose = 0;
 136   double time_start, time_end;
 137 #ifdef MPI_CT
 138   IMAGE *im_local = NULL;
 139   int mpi_argc = argc;
 140   char **mpi_argv = (char **) argv;
 141   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 142
 143   MPI_Init(&mpi_argc, &mpi_argv);
 144   MPI_Comm_dup (MPI_COMM_WORLD, &mpi_ct.comm);
 145   MPI_Comm_size(mpi_ct.comm, &mpi_ct.nproc);
 146   MPI_Comm_rank(mpi_ct.comm, &mpi_ct.my_rank);
 147
 148   if (mpi_ct.nproc > MPI_MAX_PROCESS) {
 149     sys_error(ERR_FATAL, "Number of mpi processes (%d) exceeds max processes (%d)",
 150               mpi_ct.nproc, MPI_MAX_PROCESS);
 151     exit(1);
 152   }
 153 #endif
 154
 155 #ifdef MPI_CT
 156   time_start = MPI_Wtime();
 157 #else
 158   time_start = td_current_sec();
 159 #endif
 160
 161 #ifdef MPI_CT
 162   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 163 #endif
 164
 165     strcpy(opt_desc, "");
 166     strcpy(opt_picfilename, "");
 167     while (1) {
 168       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 169       char *endptr = NULL;
 170       char *endstr;
 171
 172       if (c == -1)
 173         break;
 174
 175       switch (c) {
 176       case O_PHANTOM:
 177         opt_picnum = opt_set_picture(optarg, argv[0]);
 178         break;
 179       case O_PICFILE:
 180         strncpy(opt_picfilename, optarg, sizeof(opt_picfilename));
 181         pic = create_pic_from_file(opt_picfilename);
 182 #ifdef MPI_CT
 183         if (mpi_ct.my_rank == 0)
 184           fprintf(stderr, "Can't use picture from file in MPI mode\n");
 185         exit(1);
 186 #endif
 187         break;
 188       case O_VERBOSE:
 189         opt_verbose = 1;
 190         break;
 191       case O_DEBUG:
 192         opt_debug = 1;
 193         break;
 194       case O_TRACE:
 195         opt_trace = opt_set_trace(optarg, argv[0]);
 196         break;
 197       case O_FILTER:
 198         opt_filter = opt_set_filter(optarg, argv[0]);
 199         break;
 200       case O_FILTER_DOMAIN:
 201         opt_filter_domain = opt_set_filter_domain(optarg, argv[0]);
 202         break;
 203       case O_DESC:
 204         strncpy(opt_desc, optarg, sizeof(opt_desc));
 205         break;
 206       case O_FILTER_BW:
 207         opt_filter_bw = strtod(optarg, &endptr);
 208         endstr = optarg + strlen(optarg);
 209         if (endptr != endstr) {
 210           fprintf(stderr,"Error setting --filter-bw to %s\n", optarg);
 211           usage(argv[0]);
 212           exit(1);
 213         }
 214         break;
 215       case O_FILTER_PARAM:
 216         opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 217         endstr = optarg + strlen(optarg);
 218         if (endptr != endstr) {
 219           fprintf(stderr,"Error setting --filter-param to %s\n", optarg);
 220           usage(argv[0]);
 221           exit(1);
 222         }
 223         break;
 224       case O_NSAMPLE:
 225         opt_nsample = strtol(optarg, &endptr, 10);
 226         endstr = optarg + strlen(optarg);
 227         if (endptr != endstr) {
 228           fprintf(stderr,"Error setting --nsample to %s\n", optarg);
 229           usage(argv[0]);
 230           exit(1);
 231         }
 232         break;
 233         case O_VERSION:
 234 #ifdef VERSION
 235           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 236 #else
 237           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 238 #endif
 239       case O_HELP:
 240       case '?':
 241         usage(argv[0]);
 242         exit(0);
 243       default:
 244         usage(argv[0]);
 245         exit(1);
 246       }
 247     }
 248
 249     if (pic == NULL && opt_picnum == -1 && opt_filter == -1) {
 250       fprintf(stderr, "No phantom defined\n");
 251       usage(argv[0]);
 252       exit(1);
 253     }
 254
 255     if (opt_trace >= TRACE_PIC)
 256       show_pic(pic);
 257
 258     if (optind + 3 != argc) {
 259       usage(argv[0]);
 260       exit(1);
 261     }
 262     opt_outfile = argv[optind];
 263     opt_nx = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 264     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 265     if (endptr != endstr) {
 266       fprintf(stderr,"Error setting nx to %s\n", argv[optind+1]);
 267       usage(argv[0]);
 268       exit(1);
 269     }
 270     opt_ny = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 271     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 272     if (endptr != endstr) {
 273       fprintf(stderr,"Error setting ny to %s\n", argv[optind+2]);
 274       usage(argv[0]);
 275       exit(1);
 276     }
 277
 278     snprintf(str, sizeof(str), "nx=%d, ny=%d, nsample=%d, ", opt_nx, opt_ny, opt_nsample);
 279     if (opt_picfilename[0]) {
 280       strncat(str, "phantom=", sizeof(str));
 281       strncat(str, opt_picfilename, sizeof(str));
 282     }
 283     else if (opt_picnum != -1) {
 284       strncat(str, "phantom=", sizeof(str));
 285       strncat(str, name_of_picture(opt_picnum), sizeof(str));
 286     }
 287     else if (opt_filter != -1) {
 288       strncat(str, "filter=", sizeof(str));
 289       strncat(str, name_of_filter(opt_filter), sizeof(str));
 290       strncat(str, " - ", sizeof(str));
 291       strncat(str, name_of_filter_domain(opt_filter_domain), sizeof(str));
 292     }
 293     if (opt_desc[0]) {
 294       strncat(str, ": ", sizeof(str));
 295       strncat(str, opt_desc, sizeof(str));
 296     }
 297     strncpy(opt_desc, str, sizeof(opt_desc));
 298
 299     if (opt_verbose)
 300       printf("Compile Phantom to Image\n\n");
 301 #ifdef MPI_CT
 302   }
 303 #endif
 304
 305 #ifdef MPI_CT
 306   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 307   MPI_Bcast(&opt_verbose, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 308   MPI_Bcast(&opt_debug, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 309   MPI_Bcast(&opt_trace, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 310   MPI_Bcast(&opt_nx, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 311   MPI_Bcast(&opt_ny, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 312   MPI_Bcast(&opt_nsample, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 313   MPI_Bcast(&opt_picnum, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 314   MPI_Bcast(&opt_filter, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 315   MPI_Bcast(&opt_filter_domain, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 316   MPI_Bcast(&opt_filter_param, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 317   MPI_Bcast(&opt_filter_bw, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 318
 319   if (opt_verbose) {
 320     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 321     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 322     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 323     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 324       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 325   }
 326
 327   mpi_ct_calc_work_units(opt_nx);
 328
 329   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 330     im_global = image_create (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 331
 332   im_local = image_create(NULL, opt_nx, opt_ny);
 333 #else
 334   im_global = image_create (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 335 #endif
 336
 337   if (opt_picnum > 0)
 338     pic = create_pic(opt_picnum);
 339 #ifdef MPI_CT
 340   else {
 341     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 342       fprintf(stderr, "picnum < 0\n");
 343     exit(1);
 344   }
 345 #endif
 346
 347 #ifdef MPI_CT
 348   if (pic->type == P_UNIT_PULSE) {
 349     if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 350       im_global->v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 351       im_global->calctime = 0;
 352     }
 353   } else if (opt_filter != -1) {
 354     if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 355       image_filter_init (im_global, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 356       im_global->calctime = 0;
 357     }
 358   } else {
 359     if (opt_verbose)
 360       mpi_t1 = MPI_Wtime();
 361     pic_to_image (pic, im_local, mpi_ct.start_work_unit[mpi_ct.my_rank],
 362                   mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], opt_nsample, opt_trace);
 363     if (opt_verbose) {
 364       mpi_t2 = MPI_Wtime();
 365       mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 366       MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 367       if (mpi_ct.my_rank == 0)
 368         printf("Time to compile pic = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 369     }
 370     mpi_gather_image(im_global, im_local, opt_debug);
 371   }
 372 #else
 373   if (pic->type == P_UNIT_PULSE) {
 374     im_global->v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 375     im_global->calctime = 0;
 376   } else if (opt_filter != -1) {
 377     image_filter_init (im_global, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 378     im_global->calctime = 0;
 379   } else {
 380     pic_to_image (pic, im_global, 0, opt_nx, opt_nsample, opt_trace);
 381   }
 382 #endif
 383
 384 #ifdef MPI_CT
 385   time_end = MPI_Wtime();
 386   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 387     im_global->calctime = time_end - time_start;
 388     strncpy (im_global->remark, opt_desc, sizeof(im_global->remark));
 389   }
 390
 391   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 392     image_save (im_global);
 393     if (opt_verbose)
 394       fprintf (stdout, "Time to compile image = %.2f sec\n\n", im_global->calctime);
 395   }
 396 #else
 397   time_end = td_current_sec();
 398   im_global->calctime = time_end - time_start;
 399   strncpy (im_global->remark, opt_desc, sizeof(im_global->remark));
 400   image_save (im_global);
 401
 402   if (opt_trace >= TRACE_PIC)
 403     {
 404       crt_set_mode (GM_TEXT, TRUE);
 405       crt_set_cpos (1, 1);
 406     }
 407
 408   if (opt_verbose)
 409     fprintf (stdout, "Time to compile image = %.2f sec\n\n", im_global->calctime);
 410 #endif
 411
 412   if (opt_trace >= TRACE_PIC)
 413     {
 414       double dmin, dmax;
 415       int nx, ny;
 416
 417       printf ("Enter size of cell (nx, ny): ");
 418       scanf ("%d %d", &nx, &ny);
 419       printf ("Enter minimum and maximum densities (min, max): ");
 420       scanf ("%lf %lf", &dmin, &dmax);
 421       crt_set_mode (GM_HIGHRES, TRUE);
 422       image_paint (CRTDEV, im_global, 0, 0, nx, ny, dmin, dmax, 0);
 423       WAITKEY();
 424
 425       crt_set_mode (GM_TEXT, TRUE);
 426       crt_set_palette (0, crt_calc_color (0., 0., 2.));
 427       crt_put_stra ("Finished", 8 + C_WHITE);
 428       crt_set_cpos (1, 2);
 429     }
 430
 431   return (0);
 432 }
 433
 434
 435
 436 #ifdef MPI_CT
 437 void mpi_gather_image (IMAGE *im_global, IMAGE *im_local, const int opt_debug)
 438 {
 439   int iproc;
 440   int end_work_unit;
 441   int iw;
 442
 443   end_work_unit = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank] - 1;
 444   for (iw = 0; iw <= end_work_unit; iw++) {
 445     MPI_Send(im_local->v[iw], im_local->ny, MPI_FLOAT, 0, 0, mpi_ct.comm);
 446   }
 447
 448   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 449     for (iproc = 0; iproc < mpi_ct.nproc; iproc++) {
 450       end_work_unit = mpi_ct.start_work_unit[iproc]
 451         + mpi_ct.local_work_units[iproc]
 452         - 1;
 453
 454       if (opt_debug) {
 455         fprintf(stdout, "Recv rs data from process %d (%d-%d)\n", iproc,
 456                 mpi_ct.start_work_unit[iproc], end_work_unit);
 457         fflush(stdout);
 458       }
 459
 460
 461       for (iw = mpi_ct.start_work_unit[iproc]; iw <= end_work_unit; iw++) {
 462         MPI_Status status;
 463
 464         MPI_Recv(im_global->v[iw], im_global->ny, MPI_FLOAT, iproc, 0, mpi_ct.comm, &status);
 465       }
 466     }
 467   }
 468
 469 }
 470 #endif