src/phm2sdf.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 **  This is part of the CTSim program
   3 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
   4 **
   5 **  $Id: phm2sdf.cpp,v 1.1 2000/06/07 02:29:05 kevin Exp $
   6 **  $Log: phm2sdf.cpp,v $
   7 **  Revision 1.1  2000/06/07 02:29:05  kevin
   8 **  Initial C++ versions
   9 **
  10 **  Revision 1.10  2000/05/24 22:50:04  kevin
  11 **  Added support for new SGP library
  12 **
  13 **  Revision 1.9  2000/05/16 04:33:59  kevin
  14 **  Improved option processing
  15 **
  16 **  Revision 1.8  2000/05/11 01:06:30  kevin
  17 **  Changed sprintf to snprintf
  18 **
  19 **  Revision 1.7  2000/05/08 20:02:32  kevin
  20 **  ANSI C changes
  21 **
  22 **  Revision 1.6  2000/05/03 08:49:50  kevin
  23 **  Code cleanup
  24 **
  25 **  Revision 1.5  2000/04/30 19:17:54  kevin
  26 **  *** empty log message ***
  27 **
  28 **  Revision 1.4  2000/04/30 04:06:13  kevin
  29 **  Update Raysum i/o routines
  30 **  Fix MPI bug in ctrec (scatter_raysum) that referenced rs_global
  31 **
  32 **  Revision 1.3  2000/04/28 18:19:01  kevin
  33 **  removed unused files
  34 **
  35 **  Revision 1.2  2000/04/28 13:50:45  kevin
  36 **  Removed Makefile Makefile.in that are automatically generated by autoconf
  37 **
  38 **  Revision 1.1.1.1  2000/04/28 13:02:44  kevin
  39 **  Initial CVS import for first public release
  40 **
  41 **
  42 **
  43 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  44 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  45 **  published by the Free Software Foundation.
  46 **
  47 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  48 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  49 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  50 **  GNU General Public License for more details.
  51 **
  52 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  53 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  54 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  55 ******************************************************************************/
  56
  57 /* FILE
  58  *   phm2sdf.c                  Generate a SDF image from a phantom
  59  *
  60  * HISTORY
  61  *   1984 - Final DOS verion
  62  *   1999 - First UNIX version
  63  */
  64
  65 #include "ct.h"
  66
  67 enum { O_PHANTOM, O_DESC, O_NSAMPLE, O_FILTER, O_TRACE, O_VERBOSE, O_HELP,
  68        O_PHMFILE, O_FILTER_DOMAIN, O_FILTER_BW, O_FILTER_PARAM, O_DEBUG, O_VERSION };
  69
  70 static struct option my_options[] =
  71 {
  72   {"phantom", 1, 0, O_PHANTOM},
  73   {"phmfile", 1, 0, O_PHMFILE},
  74   {"desc", 1, 0, O_DESC},
  75   {"nsample", 1, 0, O_NSAMPLE},
  76   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  77   {"filter-domain", 1, 0, O_FILTER_DOMAIN},
  78   {"filter-bw", 1, 0, O_FILTER_BW},
  79   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  80   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  81   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  82   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  83   {"help", 0, 0, O_HELP},
  84   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  85   {0, 0, 0, 0}
  86 };
  87
  88 void
  89 phm2sdf_usage (const char *program)
  90 {
  91   fprintf(stdout,"phm2sdf_usage: %s outfile nx ny [--phantom phantom-name] [--phmfile filename] [--filter filter-name] [OPTIONS]\n",kbasename(program));
  92   fprintf(stdout,"Generate phantom image from a predefined --phantom or a --phmfile\n");
  93   fprintf(stdout,"\n");
  94   fprintf(stdout,"     outfile         Name of output file for image\n");
  95   fprintf(stdout,"     nx              Number of pixels X-axis\n");
  96   fprintf(stdout,"     ny              Number of pixels Y-axis\n");
  97   fprintf(stdout,"     --phantom       Phantom to use for projection\n");
  98   fprintf(stdout,"        herman       Herman head phantom\n");
  99   fprintf(stdout,"        rowland      Rowland head phantom\n");
 100   fprintf(stdout,"        browland     Bordered Rowland head phantom\n");
 101   fprintf(stdout,"        unitpulse    Unit pulse phantom\n");
 102   fprintf(stdout,"     --phmfile       Generate Phantom from phantom file\n");
 103   fprintf(stdout,"     --filter        Generate Phantom from a filter function\n");
 104   fprintf(stdout,"       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting\n");
 105   fprintf(stdout,"       abs_sinc      Abs * Sinc\n");
 106   fprintf(stdout,"       abs_cos       Abs * Cosine\n");
 107   fprintf(stdout,"       abs_hamming   Abs * Hamming\n");
 108   fprintf(stdout,"       shepp         Shepp-Logan\n");
 109   fprintf(stdout,"       bandlimit     Bandlimiting\n");
 110   fprintf(stdout,"       sinc          Sinc\n");
 111   fprintf(stdout,"       cos           Cosine\n");
 112   fprintf(stdout,"       triangle      Triangle\n");
 113   fprintf(stdout,"       hamming       Hamming\n");
 114   fprintf(stdout,"     --filter-param  Alpha level for Hamming filter\n");
 115   fprintf(stdout,"     --filter-domain Set domain of filter\n");
 116   fprintf(stdout,"         spatial     Spatial domain (default)\n");
 117   fprintf(stdout,"         freq        Frequency domain\n");
 118   fprintf(stdout,"     --filter-bw     Filter bandwidth (default = 1)\n");
 119   fprintf(stdout,"     --desc          Description of raysum\n");
 120   fprintf(stdout,"     --nsample       Number of samples per axis per pixel (default = 1)\n");
 121   fprintf(stdout,"     --trace         Trace level to use\n");
 122   fprintf(stdout,"        none         No tracing (default)\n");
 123   fprintf(stdout,"        text         Trace text level\n");
 124   fprintf(stdout,"        phm          Trace phantom\n");
 125   fprintf(stdout,"        rays         Trace rays\n");
 126   fprintf(stdout,"        plot         Trace plot\n");
 127   fprintf(stdout,"        clipping     Trace clipping\n");
 128   fprintf(stdout,"     --debug         Debug mode\n");
 129   fprintf(stdout,"     --verbose       Verbose mode\n");
 130   fprintf(stdout,"     --version       Print version\n");
 131   fprintf(stdout,"     --help          Print this help message\n");
 132 }
 133
 134 #ifdef MPI_CT
 135 void mpi_gather_image (IMAGE *im_global, IMAGE *im_local, const int opt_debug);
 136 #endif
 137
 138 int
 139 phm2sdf_main (const int argc, char *const argv[])
 140 {
 141   IMAGE *im_global = NULL;
 142   PHANTOM *phm = NULL;
 143   int opt_nx = 0, opt_ny = 0;
 144   int opt_nsample = 1;
 145   int opt_phmnum = -1;
 146   FilterType opt_filter = static_cast<FilterType>(-1);
 147   DomainType opt_filter_domain = D_SPATIAL;
 148   char *opt_outfile = NULL;
 149   int opt_debug = 0;
 150   char str[256];
 151   char opt_desc[256], opt_phmfilename[256];
 152   char *endstr, *endptr;
 153   double opt_filter_param = 1;
 154   double opt_filter_bw = 1.;
 155   int opt_trace = TRACE_NONE;
 156   int opt_verbose = 0;
 157   double time_start=0, time_end=0;
 158 #ifdef MPI_CT
 159   IMAGE *im_local = NULL;
 160   int mpi_argc = argc;
 161   char **mpi_argv = (char **) argv;
 162   double mpi_t1, mpi_t2, mpi_t, mpi_t_g;
 163
 164   MPI_Init(&mpi_argc, &mpi_argv);
 165   MPI_Comm_dup (MPI_COMM_WORLD, &mpi_ct.comm);
 166   MPI_Comm_size(mpi_ct.comm, &mpi_ct.nproc);
 167   MPI_Comm_rank(mpi_ct.comm, &mpi_ct.my_rank);
 168
 169   if (mpi_ct.nproc > MPI_MAX_PROCESS) {
 170     sys_error(ERR_FATAL, "Number of mpi processes (%d) exceeds max processes (%d)",
 171               mpi_ct.nproc, MPI_MAX_PROCESS);
 172   }
 173 #endif
 174
 175 #ifdef MPI_CT
 176   time_start = MPI_Wtime();
 177 #else
 178   time_start = td_current_sec();
 179 #endif
 180
 181 #ifdef MPI_CT
 182   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 183 #endif
 184
 185     strcpy(opt_desc, "");
 186     strcpy(opt_phmfilename, "");
 187     while (1) {
 188       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 189       char *endptr = NULL;
 190       char *endstr;
 191
 192       if (c == -1)
 193         break;
 194
 195       switch (c) {
 196       case O_PHANTOM:
 197         if ((opt_phmnum = opt_set_phantom(optarg)) < 0) {
 198           phm2sdf_usage(argv[0]);
 199           return (1);
 200         }
 201         break;
 202       case O_PHMFILE:
 203         strncpy(opt_phmfilename, optarg, sizeof(opt_phmfilename));
 204         phm = phm_create_from_file(opt_phmfilename);
 205 #ifdef MPI_CT
 206         if (mpi_ct.my_rank == 0)
 207           fprintf(stderr, "Can't use phantom from file in MPI mode\n");
 208         return (1);
 209 #endif
 210         break;
 211       case O_VERBOSE:
 212         opt_verbose = 1;
 213         break;
 214       case O_DEBUG:
 215         opt_debug = 1;
 216         break;
 217       case O_TRACE:
 218         if ((opt_trace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 219           phm2sdf_usage(argv[0]);
 220           return (1);
 221         }
 222         break;
 223       case O_FILTER:
 224         if ((opt_filter = opt_set_filter(optarg)) < 0) {
 225           phm2sdf_usage (argv[0]);
 226           return (1);
 227         }
 228         break;
 229       case O_FILTER_DOMAIN:
 230         if ((opt_filter_domain = opt_set_filter_domain(optarg)) < 0) {
 231           phm2sdf_usage (argv[0]);
 232           return (1);
 233         }
 234         break;
 235       case O_DESC:
 236         strncpy(opt_desc, optarg, sizeof(opt_desc));
 237         break;
 238       case O_FILTER_BW:
 239         opt_filter_bw = strtod(optarg, &endptr);
 240         endstr = optarg + strlen(optarg);
 241         if (endptr != endstr) {
 242           fprintf(stderr,"Error setting --filter-bw to %s\n", optarg);
 243           phm2sdf_usage(argv[0]);
 244           return (1);
 245         }
 246         break;
 247       case O_FILTER_PARAM:
 248         opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 249         endstr = optarg + strlen(optarg);
 250         if (endptr != endstr) {
 251           fprintf(stderr,"Error setting --filter-param to %s\n", optarg);
 252           phm2sdf_usage(argv[0]);
 253           return (1);
 254         }
 255         break;
 256       case O_NSAMPLE:
 257         opt_nsample = strtol(optarg, &endptr, 10);
 258         endstr = optarg + strlen(optarg);
 259         if (endptr != endstr) {
 260           fprintf(stderr,"Error setting --nsample to %s\n", optarg);
 261           phm2sdf_usage(argv[0]);
 262           return (1);
 263         }
 264         break;
 265         case O_VERSION:
 266 #ifdef VERSION
 267           fprintf(stdout, "Version %s\n", VERSION);
 268 #else
 269           fprintf(stderr, "Unknown version number");
 270 #endif
 271       case O_HELP:
 272       case '?':
 273         phm2sdf_usage(argv[0]);
 274         return (0);
 275       default:
 276         phm2sdf_usage(argv[0]);
 277         return (1);
 278       }
 279     }
 280
 281     if (phm == NULL && opt_phmnum == -1 && opt_filter == -1) {
 282       fprintf(stderr, "No phantom defined\n");
 283       phm2sdf_usage(argv[0]);
 284       return (1);
 285     }
 286
 287     if (optind + 3 != argc) {
 288       phm2sdf_usage(argv[0]);
 289       return (1);
 290     }
 291     opt_outfile = argv[optind];
 292     opt_nx = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 293     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 294     if (endptr != endstr) {
 295       fprintf(stderr,"Error setting nx to %s\n", argv[optind+1]);
 296       phm2sdf_usage(argv[0]);
 297       return (1);
 298     }
 299     opt_ny = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 300     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 301     if (endptr != endstr) {
 302       fprintf(stderr,"Error setting ny to %s\n", argv[optind+2]);
 303       phm2sdf_usage(argv[0]);
 304       return (1);
 305     }
 306
 307     snprintf(str, sizeof(str), "nx=%d, ny=%d, nsample=%d, ", opt_nx, opt_ny, opt_nsample);
 308     if (opt_phmfilename[0]) {
 309       strncat(str, "phantom=", sizeof(str));
 310       strncat(str, opt_phmfilename, sizeof(str));
 311     }
 312     else if (opt_phmnum != -1) {
 313       strncat(str, "phantom=", sizeof(str));
 314       strncat(str, name_of_phantom(opt_phmnum), sizeof(str));
 315     }
 316     else if (opt_filter != -1) {
 317       strncat(str, "filter=", sizeof(str));
 318       strncat(str, name_of_filter(opt_filter), sizeof(str));
 319       strncat(str, " - ", sizeof(str));
 320       strncat(str, name_of_filter_domain(opt_filter_domain), sizeof(str));
 321     }
 322     if (opt_desc[0]) {
 323       strncat(str, ": ", sizeof(str));
 324       strncat(str, opt_desc, sizeof(str));
 325     }
 326     strncpy(opt_desc, str, sizeof(opt_desc));
 327
 328     if (opt_verbose)
 329       printf("Compile Phantom to Image\n\n");
 330 #ifdef MPI_CT
 331   }
 332 #endif
 333
 334 #ifdef MPI_CT
 335   mpi_t1 = MPI_Wtime();
 336   MPI_Bcast(&opt_verbose, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 337   MPI_Bcast(&opt_debug, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 338   MPI_Bcast(&opt_trace, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 339   MPI_Bcast(&opt_nx, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 340   MPI_Bcast(&opt_ny, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 341   MPI_Bcast(&opt_nsample, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 342   MPI_Bcast(&opt_phmnum, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 343   MPI_Bcast(&opt_filter, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 344   MPI_Bcast(&opt_filter_domain, 1, MPI_INT, 0, mpi_ct.comm);
 345   MPI_Bcast(&opt_filter_param, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 346   MPI_Bcast(&opt_filter_bw, 1, MPI_DOUBLE, 0, mpi_ct.comm);
 347
 348   if (opt_verbose) {
 349     mpi_t2 = MPI_Wtime();
 350     mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 351     MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 352     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 353       printf("Time to Bcast vars = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 354   }
 355
 356   mpi_ct_calc_work_units(opt_nx);
 357
 358   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 359     im_global = image_create (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 360
 361   im_local = image_create(NULL, opt_nx, opt_ny);
 362 #else
 363   im_global = image_create (opt_outfile, opt_nx, opt_ny);
 364 #endif
 365
 366   if (opt_phmnum >= 0)
 367       phm = phm_create (opt_phmnum);
 368
 369 #ifdef MPI_CT
 370   else {
 371     if (mpi_ct.my_rank == 0)
 372       fprintf(stderr, "phmnum < 0\n");
 373     exit(1);
 374   }
 375 #endif
 376
 377 #ifdef MPI_CT
 378   if (phm->type == P_UNIT_PULSE) {
 379     if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 380       im_global->v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 381       im_global->calctime = 0;
 382     }
 383   } else if (opt_filter != -1) {
 384     if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 385       image_filter_response (im_global, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 386       im_global->calctime = 0;
 387     }
 388   } else {
 389     if (opt_verbose)
 390       mpi_t1 = MPI_Wtime();
 391     phm_to_image (phm, im_local, mpi_ct.start_work_unit[mpi_ct.my_rank],
 392                   mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank], opt_nsample, opt_trace);
 393     if (opt_verbose) {
 394       mpi_t2 = MPI_Wtime();
 395       mpi_t = mpi_t2 - mpi_t1;
 396       MPI_Reduce(&mpi_t, &mpi_t_g, 1, MPI_DOUBLE, MPI_MAX, 0, mpi_ct.comm);
 397       if (mpi_ct.my_rank == 0)
 398         printf("Time to compile phm = %f secs, Max time = %f\n", mpi_t, mpi_t_g);
 399     }
 400     mpi_gather_image(im_global, im_local, opt_debug);
 401   }
 402 #else
 403   if (phm->type == P_UNIT_PULSE) {
 404     im_global->v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 405     im_global->calctime = 0;
 406   } else if (opt_filter != -1) {
 407     image_filter_response (im_global, opt_filter_domain, opt_filter_bw, opt_filter, opt_filter_param, opt_trace);
 408     im_global->calctime = 0;
 409   } else {
 410 #if HAVE_SGP
 411       if (opt_trace >= TRACE_PHM)
 412         phm_show(phm);
 413 #endif
 414       phm_to_image (phm, im_global, 0, opt_nx, opt_nsample, opt_trace);
 415   }
 416 #endif
 417
 418 #ifdef MPI_CT
 419   time_end = MPI_Wtime();
 420 #else
 421   time_end = td_current_sec();
 422 #endif
 423
 424 #ifdef MPI_CT
 425   if (mpi_ct.my_rank == 0)
 426 #endif
 427   {
 428     im_global->calctime = time_end - time_start;
 429     strncpy (im_global->remark, opt_desc, sizeof(im_global->remark));
 430     image_save (im_global);
 431     if (opt_verbose)
 432       fprintf (stdout, "Time to compile image = %.2f sec\n\n", im_global->calctime);
 433   }
 434
 435   if (opt_trace >= TRACE_PHM)
 436     {
 437       double dmin, dmax;
 438       int nscale;
 439
 440       printf ("Enter display size scale (nominal = 1): ");
 441       scanf ("%d", &nscale);
 442       printf ("Enter minimum and maximum densities (min, max): ");
 443       scanf ("%lf %lf", &dmin, &dmax);
 444       image_display_scale (im_global, nscale, dmin, dmax);
 445     }
 446
 447   phm_free (phm);
 448
 449   return (0);
 450 }
 451
 452
 453
 454 #ifdef MPI_CT
 455 void mpi_gather_image (IMAGE *im_global, IMAGE *im_local, const int opt_debug)
 456 {
 457   int iproc;
 458   int end_work_unit;
 459   int iw;
 460
 461   end_work_unit = mpi_ct.local_work_units[mpi_ct.my_rank] - 1;
 462   for (iw = 0; iw <= end_work_unit; iw++) {
 463     MPI_Send(im_local->v[iw], im_local->ny, MPI_FLOAT, 0, 0, mpi_ct.comm);
 464   }
 465
 466   if (mpi_ct.my_rank == 0) {
 467     for (iproc = 0; iproc < mpi_ct.nproc; iproc++) {
 468       end_work_unit = mpi_ct.start_work_unit[iproc]
 469         + mpi_ct.local_work_units[iproc]
 470         - 1;
 471
 472       if (opt_debug) {
 473         fprintf(stdout, "Recv rs data from process %d (%d-%d)\n", iproc,
 474                 mpi_ct.start_work_unit[iproc], end_work_unit);
 475         fflush(stdout);
 476       }
 477
 478
 479       for (iw = mpi_ct.start_work_unit[iproc]; iw <= end_work_unit; iw++) {
 480         MPI_Status status;
 481
 482         MPI_Recv(im_global->v[iw], im_global->ny, MPI_FLOAT, iproc, 0, mpi_ct.comm, &status);
 483       }
 484     }
 485   }
 486
 487 }
 488 #endif
 489
 490 #ifndef NO_MAIN
 491 int
 492 main (const int argc, char *const argv[])
 493 {
 494   return (phm2sdf_main(argc, argv));
 495 }
 496 #endif