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