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 1.6 2000/05/03 08:49:50 kevin Exp $
   6 **  $Log: phm2sdf.c,v $
   7 **  Revision 1.6  2000/05/03 08:49:50  kevin
   8 **  Code cleanup
   9 **
  10 **  Revision 1.5  2000/04/30 19:17:54  kevin
  11 **  *** empty log message ***
  12 **
  13 **  Revision 1.4  2000/04/30 04:06:13  kevin
  14 **  Update Raysum i/o routines
  15 **  Fix MPI bug in ctrec (scatter_raysum) that referenced rs_global
  16 **
  17 **  Revision 1.3  2000/04/28 18:19:01  kevin
  18 **  removed unused files
  19 **
  20 **  Revision 1.2  2000/04/28 13:50:45  kevin
  21 **  Removed Makefile Makefile.in that are automatically generated by autoconf
  22 **
  23 **  Revision 1.1.1.1  2000/04/28 13:02:44  kevin
  24 **  Initial CVS import for first public release
  25 **
  26 **
  27 **
  28 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  29 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  30 **  published by the Free Software Foundation.
  31 **
  32 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  33 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  34 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  35 **  GNU General Public License for more details.
  36 **
  37 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  38 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  39 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  40 ******************************************************************************/
  41 /* FILE
  42  *   phm2sdf.c                  Generate a SDF image from a phantom
  43  *
  44  * HISTORY
  45  *   1984 - Final DOS verion
  46  *   1999 - First UNIX version
  47  */
  48
  49 #include "ct.h"
  50
  51 #define O_PHANTOM       1
  52 #define O_DESC          2
  53 #define O_NSAMPLE       3
  54 #define O_FILTER        4
  55 #define O_TRACE         5
  56 #define O_VERBOSE       6
  57 #define O_HELP          7
  58 #define O_PHMFILE       8
  59 #define O_FILTER_DOMAIN 9
  60 #define O_FILTER_BW     10
  61 #define O_FILTER_PARAM  11
  62 #define O_DEBUG         12
  63 #define O_VERSION       13
  64
  65 static struct option my_options[] =
  66 {
  67   {"phantom", 1, 0, O_PHANTOM},
  68   {"phmfile", 1, 0, O_PHMFILE},
  69   {"desc", 1, 0, O_DESC},
  70   {"nsample", 1, 0, O_NSAMPLE},
  71   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  72   {"filter-domain", 1, 0, O_FILTER_DOMAIN},
  73   {"filter-bw", 1, 0, O_FILTER_BW},
  74   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  75   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  76   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  77   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  78   {"help", 0, 0, O_HELP},
  79   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  80   {0, 0, 0, 0}
  81 };
  82
  83 void
  84 usage (const char *program)
  85 {
  86   fprintf(stdout,"usage: %s outfile nx ny [--phantom phantom-name] [--phmfile filename] [--filter filter-name] [OPTIONS]\n",kbasename(program));
  87   fprintf(stdout,"Generate phantom image from a predefined --phantom or a --phmfile\n");
  88   fprintf(stdout,"\n");
  89   fprintf(stdout,"     outfile         Name of output file for image\n");
  90   fprintf(stdout,"     nx              Number of pixels X-axis\n");
  91   fprintf(stdout,"     ny              Number of pixels Y-axis\n");
  92   fprintf(stdout,"     --phantom       Phantom to use for projection\n");
  93   fprintf(stdout,"        herman       Herman head phantom\n");
  94   fprintf(stdout,"        rowland      Rowland head phantom\n");
  95   fprintf(stdout,"        browland     Bordered Rowland head phantom\n");
  96   fprintf(stdout,"        unitpulse    Unit pulse phantom\n");
  97   fprintf(stdout,"     --phmfile       Generate Phantom from phantom file\n");
  98   fprintf(stdout,"     --filter        Generate Phantom from a filter function\n");
  99   fprintf(stdout,"       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting\n");
 100   fprintf(stdout,"       abs_sinc      Abs * Sinc\n");
 101   fprintf(stdout,"       abs_cos       Abs * Cosine\n");
 102   fprintf(stdout,"       abs_hamming   Abs * Hamming\n");
 103   fprintf(stdout,"       shepp         Shepp-Logan\n");
 104   fprintf(stdout,"       bandlimit     Bandlimiting\n");
 105   fprintf(stdout,"       sinc          Sinc\n");
 106   fprintf(stdout,"       cos           Cosine\n");
 107   fprintf(stdout,"       triangle      Triangle\n");
 108   fprintf(stdout,"       hamming       Hamming\n");
 109   fprintf(stdout,"     --filter-param  Alpha level for Hamming filter\n");
 110   fprintf(stdout,"     --filter-domain Set domain of filter\n");
 111   fprintf(stdout,"         spatial     Spatial domain (default)\n");
 112   fprintf(stdout,"         freq        Frequency domain\n");
 113   fprintf(stdout,"     --filter-bw     Filter bandwidth (default = 1)\n");
 114   fprintf(stdout,"     --desc          Description of raysum\n");
 115   fprintf(stdout,"     --nsample       Number of samples per axis per pixel (default = 1)\n");
 116   fprintf(stdout,"     --trace         Trace level to use\n");
 117   fprintf(stdout,"        none         No tracing (default)\n");
 118   fprintf(stdout,"        text         Trace text level\n");
 119   fprintf(stdout,"        phm          Trace phantom\n");
 120   fprintf(stdout,"        rays         Trace rays\n");
 121   fprintf(stdout,"        plot         Trace plot\n");
 122   fprintf(stdout,"        clipping     Trace clipping\n");
 123   fprintf(stdout,"     --debug         Debug mode\n");
 124   fprintf(stdout,"     --verbose       Verbose mode\n");
 125   fprintf(stdout,"     --version       Print version\n");
 126   fprintf(stdout,"     --help          Print this help message\n");
 127   exit(1);
 128 }
 129
 130 #ifdef MPI_CT
 131 void mpi_gather_image (IMAGE *im_global, IMAGE *im_local, const int opt_debug);
 132 #endif
 133
 134 int
 135 main (const int argc, char *const argv[])
 136 {
 137   IMAGE *im_global = NULL;
 138   PHANTOM *phm = NULL;
 139   int opt_nx = 0, opt_ny = 0;
 140   int opt_nsample = 1;
 141   int opt_phmnum = -1;
 142   int opt_filter = -1;
 143   int opt_filter_domain = D_SPATIAL;
 144   char *opt_outfile = NULL;
 145   int opt_debug = 0;
 146   char str[256];
 147   char opt_desc[256], opt_phmfilename[256];
 148   char *endstr, *endptr;
 149   double opt_filter_param = 1;
 150   double opt_filter_bw = 1.;
 151   int opt_trace = TRACE_NONE;
 152   int opt_verbose = 0;
 153   double time_start=0, time_end=0;
 154 #ifdef MPI_CT
 155   IMAGE *im_local = NULL;
 156   int mpi_argc = argc;
 157   char **mpi_argv = (char **) argv;
 158   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 159
 160   MPI_Init(&mpi_argc, &mpi_argv);
 161   MPI_Comm_dup (MPI_COMM_WORLD, &mpi_ct.comm);
 162   MPI_Comm_size(mpi_ct.comm, &mpi_ct.nproc);
 163   MPI_Comm_rank(mpi_ct.comm, &mpi_ct.my_rank);
 164
 165   if (mpi_ct.nproc > MPI_MAX_PROCESS) {
 166     sys_error(ERR_FATAL, "Number of mpi processes (%d) exceeds max processes (%d)",
 167               mpi_ct.nproc, MPI_MAX_PROCESS);
 168     exit(1);
 169   }
 170 #endif
 171
 172 #ifdef MPI_CT
 173   time_start = MPI_Wtime();
 174 #else
 175   time_start = td_current_sec();
 176 #endif
 177
 178 #ifdef MPI_CT
 179   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 180 #endif
 181
 182     strcpy(opt_desc, "");
 183     strcpy(opt_phmfilename, "");
 184     while (1) {
 185       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 186       char *endptr = NULL;
 187       char *endstr;
 188
 189       if (c == -1)
 190         break;
 191
 192       switch (c) {
 193       case O_PHANTOM:
 194         opt_phmnum = opt_set_phantom(optarg, argv[0]);
 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         exit(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         opt_trace = opt_set_trace(optarg, argv[0]);
 213         break;
 214       case O_FILTER:
 215         opt_filter = opt_set_filter(optarg, argv[0]);
 216         break;
 217       case O_FILTER_DOMAIN:
 218         opt_filter_domain = opt_set_filter_domain(optarg, argv[0]);
 219         break;
 220       case O_DESC:
 221         strncpy(opt_desc, optarg, sizeof(opt_desc));
 222         break;
 223       case O_FILTER_BW:
 224         opt_filter_bw = strtod(optarg, &endptr);
 225         endstr = optarg + strlen(optarg);
 226         if (endptr != endstr) {
 227           fprintf(stderr,"Error setting --filter-bw to %s\n", optarg);
 228           usage(argv[0]);
 229           exit(1);
 230         }
 231         break;
 232       case O_FILTER_PARAM:
 233         opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 234         endstr = optarg + strlen(optarg);
 235         if (endptr != endstr) {
 236           fprintf(stderr,"Error setting --filter-param to %s\n", optarg);
 237           usage(argv[0]);
 238           exit(1);
 239         }
 240         break;
 241       case O_NSAMPLE:
 242         opt_nsample = strtol(optarg, &endptr, 10);
 243         endstr = optarg + strlen(optarg);
 244         if (endptr != endstr) {
 245           fprintf(stderr,"Error setting --nsample to %s\n", optarg);
 246           usage(argv[0]);
 247           exit(1);
 248         }
 249         break;
 250         case O_VERSION:
 251 #ifdef VERSION
 252           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 253 #else
 254           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 255 #endif
 256       case O_HELP:
 257       case '?':
 258         usage(argv[0]);
 259         exit(0);
 260       default:
 261         usage(argv[0]);
 262         exit(1);
 263       }
 264     }
 265
 266     if (phm == NULL && opt_phmnum == -1 && opt_filter == -1) {
 267       fprintf(stderr, "No phantom defined\n");
 268       usage(argv[0]);
 269       exit(1);
 270     }
 271
 272 #if HAVE_INTERACTIVE_GRAPHICS
 273     if (opt_trace >= TRACE_PHM)
 274       show_phm(phm);
 275 #endif
 276
 277     if (optind + 3 != argc) {
 278       usage(argv[0]);
 279       exit(1);
 280     }
 281     opt_outfile = argv[optind];
 282     opt_nx = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 283     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 284     if (endptr != endstr) {
 285       fprintf(stderr,"Error setting nx to %s\n", argv[optind+1]);
 286       usage(argv[0]);
 287       exit(1);
 288     }
 289     opt_ny = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 290     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 291     if (endptr != endstr) {
 292       fprintf(stderr,"Error setting ny to %s\n", argv[optind+2]);
 293       usage(argv[0]);
 294       exit(1);
 295     }
 296
 297     snprintf(str, sizeof(str), "nx=%d, ny=%d, nsample=%d, ", opt_nx, opt_ny, opt_nsample);
 298     if (opt_phmfilename[0]) {
 299       strncat(str, "phantom=", sizeof(str));
 300       strncat(str, opt_phmfilename, sizeof(str));
 301     }
 302     else if (opt_phmnum != -1) {
 303       strncat(str, "phantom=", sizeof(str));
 304       strncat(str, name_of_phantom(opt_phmnum), sizeof(str));
 305     }
 306     else if (opt_filter != -1) {
 307       strncat(str, "filter=", sizeof(str));
 308       strncat(str, name_of_filter(opt_filter), sizeof(str));
 309       strncat(str, " - ", sizeof(str));
 310       strncat(str, name_of_filter_domain(opt_filter_domain), sizeof(str));
 311     }
 312     if (opt_desc[0]) {
 313       strncat(str, ": ", sizeof(str));
 314       strncat(str, opt_desc, sizeof(str));
 315     }
 316     strncpy(opt_desc, str, sizeof(opt_desc));
 317
 318     if (opt_verbose)
 319       printf("Compile Phantom to Image\n\n");
 320 #ifdef MPI_CT
 321   }
 322 #endif
 323
 324 #ifdef MPI_CT
 325   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 326   MPI_Bcast(&opt_verbose, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 327   MPI_Bcast(&opt_debug, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 328   MPI_Bcast(&opt_trace, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 329   MPI_Bcast(&opt_nx, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 330   MPI_Bcast(&opt_ny, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 331   MPI_Bcast(&opt_nsample, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 332   MPI_Bcast(&opt_phmnum, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 333   MPI_Bcast(&opt_filter, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 334   MPI_Bcast(&opt_filter_domain, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 335   MPI_Bcast(&opt_filter_param, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 336   MPI_Bcast(&opt_filter_bw, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 337
 338   if (opt_verbose) {
 339     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 340     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 341     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 342     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 343       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 344   }
 345
 346   mpi_ct_calc_work_units(opt_nx);
 347
 348   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 349     im_global = image_create (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 350
 351   im_local = image_create(NULL, opt_nx, opt_ny);
 352 #else
 353   im_global = image_create (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 354 #endif
 355
 356   if (opt_phmnum > 0)
 357     phm = phm_create (opt_phmnum);
 358 #ifdef MPI_CT
 359   else {
 360     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 361       fprintf(stderr, "phmnum < 0\n");
 362     exit(1);
 363   }
 364 #endif
 365
 366 #ifdef MPI_CT
 367   if (phm->type == P_UNIT_PULSE) {
 368     if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 369       im_global->v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 370       im_global->calctime = 0;
 371     }
 372   } else if (opt_filter != -1) {
 373     if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 374       image_filter_response (im_global, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 375       im_global->calctime = 0;
 376     }
 377   } else {
 378     if (opt_verbose)
 379       mpi_t1 = MPI_Wtime();
 380     phm_to_image (phm, im_local, mpi_ct.start_work_unit[mpi_ct.my_rank],
 381                   mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], opt_nsample, opt_trace);
 382     if (opt_verbose) {
 383       mpi_t2 = MPI_Wtime();
 384       mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 385       MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 386       if (mpi_ct.my_rank == 0)
 387         printf("Time to compile phm = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 388     }
 389     mpi_gather_image(im_global, im_local, opt_debug);
 390   }
 391 #else
 392   if (phm->type == P_UNIT_PULSE) {
 393     im_global->v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 394     im_global->calctime = 0;
 395   } else if (opt_filter != -1) {
 396     image_filter_response (im_global, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 397     im_global->calctime = 0;
 398   } else {
 399     phm_to_image (phm, im_global, 0, opt_nx, opt_nsample, opt_trace);
 400   }
 401 #endif
 402
 403 #ifdef MPI_CT
 404   time_end = MPI_Wtime();
 405   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 406     im_global->calctime = time_end - time_start;
 407     strncpy (im_global->remark, opt_desc, sizeof(im_global->remark));
 408   }
 409
 410   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 411     image_save (im_global);
 412     if (opt_verbose)
 413       fprintf (stdout, "Time to compile image = %.2f sec\n\n", im_global->calctime);
 414   }
 415 #else
 416   time_end = td_current_sec();
 417   im_global->calctime = time_end - time_start;
 418   strncpy (im_global->remark, opt_desc, sizeof(im_global->remark));
 419   image_save (im_global);
 420
 421   if (opt_trace >= TRACE_PHM)
 422     {
 423       crt_set_cpos (1, 1);
 424     }
 425
 426   if (opt_verbose)
 427     fprintf (stdout, "Time to compile image = %.2f sec\n\n", im_global->calctime);
 428 #endif
 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       WAITKEY();
 441
 442       crt_put_stra ("Finished", 8 + C_WHITE);
 443       crt_set_cpos (1, 2);
 444     }
 445
 446   return (0);
 447 }
 448
 449
 450
 451 #ifdef MPI_CT
 452 void mpi_gather_image (IMAGE *im_global, IMAGE *im_local, const int opt_debug)
 453 {
 454   int iproc;
 455   int end_work_unit;
 456   int iw;
 457
 458   end_work_unit = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank] - 1;
 459   for (iw = 0; iw <= end_work_unit; iw++) {
 460     MPI_Send(im_local->v[iw], im_local->ny, MPI_FLOAT, 0, 0, mpi_ct.comm);
 461   }
 462
 463   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 464     for (iproc = 0; iproc < mpi_ct.nproc; iproc++) {
 465       end_work_unit = mpi_ct.start_work_unit[iproc]
 466         + mpi_ct.local_work_units[iproc]
 467         - 1;
 468
 469       if (opt_debug) {
 470         fprintf(stdout, "Recv rs data from process %d (%d-%d)\n", iproc,
 471                 mpi_ct.start_work_unit[iproc], end_work_unit);
 472         fflush(stdout);
 473       }
 474
 475
 476       for (iw = mpi_ct.start_work_unit[iproc]; iw <= end_work_unit; iw++) {
 477         MPI_Status status;
 478
 479         MPI_Recv(im_global->v[iw], im_global->ny, MPI_FLOAT, iproc, 0, mpi_ct.comm, &status);
 480       }
 481     }
 482   }
 483
 484 }
 485 #endif