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 1.10 2000/05/24 22:50:04 kevin Exp $
   6 **  $Log: phm2sdf.c,v $
   7 **  Revision 1.10  2000/05/24 22:50:04  kevin
   8 **  Added support for new SGP library
   9 **
  10 **  Revision 1.9  2000/05/16 04:33:59  kevin
  11 **  Improved option processing
  12 **
  13 **  Revision 1.8  2000/05/11 01:06:30  kevin
  14 **  Changed sprintf to snprintf
  15 **
  16 **  Revision 1.7  2000/05/08 20:02:32  kevin
  17 **  ANSI C changes
  18 **
  19 **  Revision 1.6  2000/05/03 08:49:50  kevin
  20 **  Code cleanup
  21 **
  22 **  Revision 1.5  2000/04/30 19:17:54  kevin
  23 **  *** empty log message ***
  24 **
  25 **  Revision 1.4  2000/04/30 04:06:13  kevin
  26 **  Update Raysum i/o routines
  27 **  Fix MPI bug in ctrec (scatter_raysum) that referenced rs_global
  28 **
  29 **  Revision 1.3  2000/04/28 18:19:01  kevin
  30 **  removed unused files
  31 **
  32 **  Revision 1.2  2000/04/28 13:50:45  kevin
  33 **  Removed Makefile Makefile.in that are automatically generated by autoconf
  34 **
  35 **  Revision 1.1.1.1  2000/04/28 13:02:44  kevin
  36 **  Initial CVS import for first public release
  37 **
  38 **
  39 **
  40 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  41 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  42 **  published by the Free Software Foundation.
  43 **
  44 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  45 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  46 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  47 **  GNU General Public License for more details.
  48 **
  49 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  50 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  51 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  52 ******************************************************************************/
  53
  54 /* FILE
  55  *   phm2sdf.c                  Generate a SDF image from a phantom
  56  *
  57  * HISTORY
  58  *   1984 - Final DOS verion
  59  *   1999 - First UNIX version
  60  */
  61
  62 #include "ct.h"
  63
  64 enum { O_PHANTOM, O_DESC, O_NSAMPLE, O_FILTER, O_TRACE, O_VERBOSE, O_HELP,
  65        O_PHMFILE, O_FILTER_DOMAIN, O_FILTER_BW, O_FILTER_PARAM, O_DEBUG, O_VERSION };
  66
  67 static struct option my_options[] =
  68 {
  69   {"phantom", 1, 0, O_PHANTOM},
  70   {"phmfile", 1, 0, O_PHMFILE},
  71   {"desc", 1, 0, O_DESC},
  72   {"nsample", 1, 0, O_NSAMPLE},
  73   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  74   {"filter-domain", 1, 0, O_FILTER_DOMAIN},
  75   {"filter-bw", 1, 0, O_FILTER_BW},
  76   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  77   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  78   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  79   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  80   {"help", 0, 0, O_HELP},
  81   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  82   {0, 0, 0, 0}
  83 };
  84
  85 void
  86 phm2sdf_usage (const char *program)
  87 {
  88   fprintf(stdout,"phm2sdf_usage: %s outfile nx ny [--phantom phantom-name] [--phmfile filename] [--filter filter-name] [OPTIONS]\n",kbasename(program));
  89   fprintf(stdout,"Generate phantom image from a predefined --phantom or a --phmfile\n");
  90   fprintf(stdout,"\n");
  91   fprintf(stdout,"     outfile         Name of output file for image\n");
  92   fprintf(stdout,"     nx              Number of pixels X-axis\n");
  93   fprintf(stdout,"     ny              Number of pixels Y-axis\n");
  94   fprintf(stdout,"     --phantom       Phantom to use for projection\n");
  95   fprintf(stdout,"        herman       Herman head phantom\n");
  96   fprintf(stdout,"        rowland      Rowland head phantom\n");
  97   fprintf(stdout,"        browland     Bordered Rowland head phantom\n");
  98   fprintf(stdout,"        unitpulse    Unit pulse phantom\n");
  99   fprintf(stdout,"     --phmfile       Generate Phantom from phantom file\n");
 100   fprintf(stdout,"     --filter        Generate Phantom from a filter function\n");
 101   fprintf(stdout,"       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting\n");
 102   fprintf(stdout,"       abs_sinc      Abs * Sinc\n");
 103   fprintf(stdout,"       abs_cos       Abs * Cosine\n");
 104   fprintf(stdout,"       abs_hamming   Abs * Hamming\n");
 105   fprintf(stdout,"       shepp         Shepp-Logan\n");
 106   fprintf(stdout,"       bandlimit     Bandlimiting\n");
 107   fprintf(stdout,"       sinc          Sinc\n");
 108   fprintf(stdout,"       cos           Cosine\n");
 109   fprintf(stdout,"       triangle      Triangle\n");
 110   fprintf(stdout,"       hamming       Hamming\n");
 111   fprintf(stdout,"     --filter-param  Alpha level for Hamming filter\n");
 112   fprintf(stdout,"     --filter-domain Set domain of filter\n");
 113   fprintf(stdout,"         spatial     Spatial domain (default)\n");
 114   fprintf(stdout,"         freq        Frequency domain\n");
 115   fprintf(stdout,"     --filter-bw     Filter bandwidth (default = 1)\n");
 116   fprintf(stdout,"     --desc          Description of raysum\n");
 117   fprintf(stdout,"     --nsample       Number of samples per axis per pixel (default = 1)\n");
 118   fprintf(stdout,"     --trace         Trace level to use\n");
 119   fprintf(stdout,"        none         No tracing (default)\n");
 120   fprintf(stdout,"        text         Trace text level\n");
 121   fprintf(stdout,"        phm          Trace phantom\n");
 122   fprintf(stdout,"        rays         Trace rays\n");
 123   fprintf(stdout,"        plot         Trace plot\n");
 124   fprintf(stdout,"        clipping     Trace clipping\n");
 125   fprintf(stdout,"     --debug         Debug mode\n");
 126   fprintf(stdout,"     --verbose       Verbose mode\n");
 127   fprintf(stdout,"     --version       Print version\n");
 128   fprintf(stdout,"     --help          Print this help message\n");
 129 }
 130
 131 #ifdef MPI_CT
 132 void mpi_gather_image (IMAGE *im_global, IMAGE *im_local, const int opt_debug);
 133 #endif
 134
 135 int
 136 phm2sdf_main (const int argc, char *const argv[])
 137 {
 138   IMAGE *im_global = NULL;
 139   PHANTOM *phm = NULL;
 140   int opt_nx = 0, opt_ny = 0;
 141   int opt_nsample = 1;
 142   int opt_phmnum = -1;
 143   int opt_filter = -1;
 144   int opt_filter_domain = D_SPATIAL;
 145   char *opt_outfile = NULL;
 146   int opt_debug = 0;
 147   char str[256];
 148   char opt_desc[256], opt_phmfilename[256];
 149   char *endstr, *endptr;
 150   double opt_filter_param = 1;
 151   double opt_filter_bw = 1.;
 152   int opt_trace = TRACE_NONE;
 153   int opt_verbose = 0;
 154   double time_start=0, time_end=0;
 155 #ifdef MPI_CT
 156   IMAGE *im_local = NULL;
 157   int mpi_argc = argc;
 158   char **mpi_argv = (char **) argv;
 159   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 160
 161   MPI_Init(&mpi_argc, &mpi_argv);
 162   MPI_Comm_dup (MPI_COMM_WORLD, &mpi_ct.comm);
 163   MPI_Comm_size(mpi_ct.comm, &mpi_ct.nproc);
 164   MPI_Comm_rank(mpi_ct.comm, &mpi_ct.my_rank);
 165
 166   if (mpi_ct.nproc > MPI_MAX_PROCESS) {
 167     sys_error(ERR_FATAL, "Number of mpi processes (%d) exceeds max processes (%d)",
 168               mpi_ct.nproc, MPI_MAX_PROCESS);
 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         if ((opt_phmnum = opt_set_phantom(optarg)) < 0) {
 195           phm2sdf_usage(argv[0]);
 196           return (1);
 197         }
 198         break;
 199       case O_PHMFILE:
 200         strncpy(opt_phmfilename, optarg, sizeof(opt_phmfilename));
 201         phm = phm_create_from_file(opt_phmfilename);
 202 #ifdef MPI_CT
 203         if (mpi_ct.my_rank == 0)
 204           fprintf(stderr, "Can't use phantom from file in MPI mode\n");
 205         return (1);
 206 #endif
 207         break;
 208       case O_VERBOSE:
 209         opt_verbose = 1;
 210         break;
 211       case O_DEBUG:
 212         opt_debug = 1;
 213         break;
 214       case O_TRACE:
 215         if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 216           phm2sdf_usage(argv[0]);
 217           return (1);
 218         }
 219         break;
 220       case O_FILTER:
 221         if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 222           phm2sdf_usage (argv[0]);
 223           return (1);
 224         }
 225         break;
 226       case O_FILTER_DOMAIN:
 227         if ((opt_filter_domain = opt_set_filter_domain(optarg)) < 0) {
 228           phm2sdf_usage (argv[0]);
 229           return (1);
 230         }
 231         break;
 232       case O_DESC:
 233         strncpy(opt_desc, optarg, sizeof(opt_desc));
 234         break;
 235       case O_FILTER_BW:
 236         opt_filter_bw = strtod(optarg, &endptr);
 237         endstr = optarg + strlen(optarg);
 238         if (endptr != endstr) {
 239           fprintf(stderr,"Error setting --filter-bw to %s\n", optarg);
 240           phm2sdf_usage(argv[0]);
 241           return (1);
 242         }
 243         break;
 244       case O_FILTER_PARAM:
 245         opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 246         endstr = optarg + strlen(optarg);
 247         if (endptr != endstr) {
 248           fprintf(stderr,"Error setting --filter-param to %s\n", optarg);
 249           phm2sdf_usage(argv[0]);
 250           return (1);
 251         }
 252         break;
 253       case O_NSAMPLE:
 254         opt_nsample = strtol(optarg, &endptr, 10);
 255         endstr = optarg + strlen(optarg);
 256         if (endptr != endstr) {
 257           fprintf(stderr,"Error setting --nsample to %s\n", optarg);
 258           phm2sdf_usage(argv[0]);
 259           return (1);
 260         }
 261         break;
 262         case O_VERSION:
 263 #ifdef VERSION
 264           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 265 #else
 266           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 267 #endif
 268       case O_HELP:
 269       case '?':
 270         phm2sdf_usage(argv[0]);
 271         return (0);
 272       default:
 273         phm2sdf_usage(argv[0]);
 274         return (1);
 275       }
 276     }
 277
 278     if (phm == NULL && opt_phmnum == -1 && opt_filter == -1) {
 279       fprintf(stderr, "No phantom defined\n");
 280       phm2sdf_usage(argv[0]);
 281       return (1);
 282     }
 283
 284     if (optind + 3 != argc) {
 285       phm2sdf_usage(argv[0]);
 286       return (1);
 287     }
 288     opt_outfile = argv[optind];
 289     opt_nx = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 290     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 291     if (endptr != endstr) {
 292       fprintf(stderr,"Error setting nx to %s\n", argv[optind+1]);
 293       phm2sdf_usage(argv[0]);
 294       return (1);
 295     }
 296     opt_ny = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 297     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 298     if (endptr != endstr) {
 299       fprintf(stderr,"Error setting ny to %s\n", argv[optind+2]);
 300       phm2sdf_usage(argv[0]);
 301       return (1);
 302     }
 303
 304     snprintf(str, sizeof(str), "nx=%d, ny=%d, nsample=%d, ", opt_nx, opt_ny, opt_nsample);
 305     if (opt_phmfilename[0]) {
 306       strncat(str, "phantom=", sizeof(str));
 307       strncat(str, opt_phmfilename, sizeof(str));
 308     }
 309     else if (opt_phmnum != -1) {
 310       strncat(str, "phantom=", sizeof(str));
 311       strncat(str, name_of_phantom(opt_phmnum), sizeof(str));
 312     }
 313     else if (opt_filter != -1) {
 314       strncat(str, "filter=", sizeof(str));
 315       strncat(str, name_of_filter(opt_filter), sizeof(str));
 316       strncat(str, " - ", sizeof(str));
 317       strncat(str, name_of_filter_domain(opt_filter_domain), sizeof(str));
 318     }
 319     if (opt_desc[0]) {
 320       strncat(str, ": ", sizeof(str));
 321       strncat(str, opt_desc, sizeof(str));
 322     }
 323     strncpy(opt_desc, str, sizeof(opt_desc));
 324
 325     if (opt_verbose)
 326       printf("Compile Phantom to Image\n\n");
 327 #ifdef MPI_CT
 328   }
 329 #endif
 330
 331 #ifdef MPI_CT
 332   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 333   MPI_Bcast(&opt_verbose, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 334   MPI_Bcast(&opt_debug, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 335   MPI_Bcast(&opt_trace, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 336   MPI_Bcast(&opt_nx, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 337   MPI_Bcast(&opt_ny, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 338   MPI_Bcast(&opt_nsample, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 339   MPI_Bcast(&opt_phmnum, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 340   MPI_Bcast(&opt_filter, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 341   MPI_Bcast(&opt_filter_domain, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 342   MPI_Bcast(&opt_filter_param, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 343   MPI_Bcast(&opt_filter_bw, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 344
 345   if (opt_verbose) {
 346     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 347     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 348     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 349     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 350       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 351   }
 352
 353   mpi_ct_calc_work_units(opt_nx);
 354
 355   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 356     im_global = image_create (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 357
 358   im_local = image_create(NULL, opt_nx, opt_ny);
 359 #else
 360   im_global = image_create (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 361 #endif
 362
 363   if (opt_phmnum >= 0)
 364       phm = phm_create (opt_phmnum);
 365
 366 #ifdef MPI_CT
 367   else {
 368     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 369       fprintf(stderr, "phmnum < 0\n");
 370     exit(1);
 371   }
 372 #endif
 373
 374 #ifdef MPI_CT
 375   if (phm->type == P_UNIT_PULSE) {
 376     if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 377       im_global->v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 378       im_global->calctime = 0;
 379     }
 380   } else if (opt_filter != -1) {
 381     if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 382       image_filter_response (im_global, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 383       im_global->calctime = 0;
 384     }
 385   } else {
 386     if (opt_verbose)
 387       mpi_t1 = MPI_Wtime();
 388     phm_to_image (phm, im_local, mpi_ct.start_work_unit[mpi_ct.my_rank],
 389                   mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], opt_nsample, opt_trace);
 390     if (opt_verbose) {
 391       mpi_t2 = MPI_Wtime();
 392       mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 393       MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 394       if (mpi_ct.my_rank == 0)
 395         printf("Time to compile phm = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 396     }
 397     mpi_gather_image(im_global, im_local, opt_debug);
 398   }
 399 #else
 400   if (phm->type == P_UNIT_PULSE) {
 401     im_global->v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 402     im_global->calctime = 0;
 403   } else if (opt_filter != -1) {
 404     image_filter_response (im_global, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 405     im_global->calctime = 0;
 406   } else {
 407 #if HAVE_SGP
 408       if (opt_trace >= TRACE_PHM)
 409         phm_show(phm);
 410 #endif
 411       phm_to_image (phm, im_global, 0, opt_nx, opt_nsample, opt_trace);
 412   }
 413 #endif
 414
 415 #ifdef MPI_CT
 416   time_end = MPI_Wtime();
 417 #else
 418   time_end = td_current_sec();
 419 #endif
 420
 421 #ifdef MPI_CT
 422   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 423 #endif
 424   {
 425     im_global->calctime = time_end - time_start;
 426     strncpy (im_global->remark, opt_desc, sizeof(im_global->remark));
 427     image_save (im_global);
 428     if (opt_verbose)
 429       fprintf (stdout, "Time to compile image = %.2f sec\n\n", im_global->calctime);
 430   }
 431
 432   if (opt_trace >= TRACE_PHM)
 433     {
 434       double dmin, dmax;
 435       int nscale;
 436
 437       printf ("Enter display size scale (nominal = 1): ");
 438       scanf ("%d", &nscale);
 439       printf ("Enter minimum and maximum densities (min, max): ");
 440       scanf ("%lf %lf", &dmin, &dmax);
 441       image_display_scale (im_global, nscale, dmin, dmax);
 442     }
 443
 444   phm_free (phm);
 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
 486
 487 #ifndef NO_MAIN
 488 int
 489 main (const int argc, char *const argv[])
 490 {
 491   return (phm2sdf_main(argc, argv));
 492 }
 493 #endif