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