src/pjrec.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **   Name:          pjrec.cpp
   5 **   Purpose:       Reconstruct an image from projections
   6 **   Programmer:    Kevin Rosenberg
   7 **   Date Started:  Aug 1984
   8 **
   9 **  This is part of the CTSim program
  10 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
  11 **
  12 **  $Id: pjrec.cpp,v 1.4 2000/06/29 13:21:14 kevin Exp $
  13 **
  14 **  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  15 **  it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as
  16 **  published by the Free Software Foundation.
  17 **
  18 **  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  19 **  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  20 **  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  21 **  GNU General Public License for more details.
  22 **
  23 **  You should have received a copy of the GNU General Public License
  24 **  along with this program; if not, write to the Free Software
  25 **  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  26 ******************************************************************************/
  27
  28 #include "ct.h"
  29 #include "timer.h"
  30
  31
  32 enum {O_INTERP, O_FILTER, O_FILTER_PARAM, O_BACKPROJ, O_VERBOSE, O_TRACE, O_HELP, O_DEBUG, O_VERSION};
  33
  34 static struct option my_options[] =
  35 {
  36   {"interp", 1, 0, O_INTERP},
  37   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  38   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  39   {"backproj", 1, 0, O_BACKPROJ},
  40   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  41   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  42   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  43   {"help", 0, 0, O_HELP},
  44   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  45   {0, 0, 0, 0}
  46 };
  47
  48
  49 void
  50 pjrec_usage (const char *program)
  51 {
  52   cout << "usage: " << fileBasename(program) << " raysum-file image-file nx-image ny-image [OPTIONS]" << endl;
  53   cout << "Image reconstruction from raysum projections" << endl;
  54   cout << endl;
  55   cout << "   raysum-file     Input raysum file" << endl;
  56   cout << "   image-file      Output image file in SDF2D format" << endl;
  57   cout << "   nx-image        Number of columns in output image" << endl;
  58   cout << "   ny-image        Number of rows in output image" << endl;
  59   cout << "   --interp        Interpolation method during backprojection" << endl;
  60   cout << "       nearest     Nearest neighbor interpolation" << endl;
  61   cout << "       linear      Linear interpolation" << endl;
  62 #if HAVE_BSPLINE_INTERP
  63   cout << "       bspline     B-spline interpolation" << endl;
  64 #endif
  65   cout << "    --filter       Filter name" << endl;
  66   cout << "       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting (default)" << endl;
  67   cout << "       abs_sinc      Abs * Sinc" << endl;
  68   cout << "       abs_cos       Abs * Cosine" << endl;
  69   cout << "       abs_hamming   Abs * Hamming" << endl;
  70   cout << "       shepp         Shepp-Logan" << endl;
  71   cout << "       bandlimit     Bandlimiting" << endl;
  72   cout << "       sinc          Sinc" << endl;
  73   cout << "       cos           Cosine" << endl;
  74   cout << "       triangle      Triangle" << endl;
  75   cout << "       hamming       Hamming" << endl;
  76   cout << "    --backproj     Backprojection Method" << endl;
  77   cout << "       trig        Trigometric functions at every point" << endl;
  78   cout << "       table       Trigometric functions with precalculated table" << endl;
  79   cout << "       diff        Difference method" << endl;
  80   cout << "       diff2       Optimized difference method (default)" << endl;
  81   cout << "       idiff2      Optimized difference method with integer math" << endl;
  82   cout << "    --filter-param Alpha level for Hamming filter" << endl;
  83   cout << "    --trace        Set tracing to level" << endl;
  84   cout << "         none      No tracing (default)" << endl;
  85   cout << "         text      Text level tracing" << endl;
  86   cout << "         phm       Trace phantom" << endl;
  87   cout << "         rays      Trace allrays" << endl;
  88   cout << "         plot      Trace plotting" << endl;
  89   cout << "         clipping  Trace clipping" << endl;
  90   cout << "    --verbose      Turn on verbose mode" << endl;
  91   cout << "    --debug        Turn on debug mode" << endl;
  92   cout << "    --version      Print version" << endl;
  93   cout << "    --help         Print this help message" << endl;
  94 }
  95
  96
  97 #ifdef HAVE_MPI
  98 static void ScatterProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& projGlobal, Projections& projLocal, const int debug);
  99 static void ReduceImageMPI (MPIWorld& mpiWorld, ImageFile* imLocal, ImageFile* imGlobal);
 100 #endif
 101
 102
 103 int
 104 pjrec_main (int argc, char * argv[])
 105 {
 106   Projections projGlobal;
 107   ImageFile* imGlobal = NULL;
 108   char* filenameProj = NULL;
 109   char* filenameImage = NULL;
 110   string remark;
 111   char *endptr;
 112   int optVerbose = 0;
 113   int optDebug = 0;
 114   int optTrace = TRACE_NONE;
 115   double optFilterParam = -1;
 116   string optFilterName = SignalFilter::FILTER_ABS_BANDLIMIT_STR;
 117   string optFilterMethodName = SignalFilter::FILTER_METHOD_CONVOLUTION_STR;
 118   string optInterpName = Backprojector::INTERP_LINEAR_STR;
 119   string optBackprojName = Backprojector::BPROJ_IDIFF2_STR;
 120   //  string optFilterMethodName = SignalFilter::FILTER_METHOD_CONVOLUTION_STR;
 121   int optInterpParam = 1;
 122   int nx, ny;
 123 #ifdef HAVE_MPI
 124   ImageFile* imLocal;
 125   int mpi_nview, mpi_ndet;
 126   double mpi_detinc, mpi_rotinc, mpi_phmlen;
 127   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 128 #endif
 129
 130   Timer timerProgram;
 131
 132 #ifdef HAVE_MPI
 133   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 134 #endif
 135     while (1) {
 136       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 137       char *endptr = NULL;
 138
 139       if (c == -1)
 140         break;
 141
 142       switch (c)
 143         {
 144         case O_INTERP:
 145           optInterpName = optarg;
 146           break;
 147         case O_FILTER:
 148           optFilterName = optarg;
 149           break;
 150         case O_BACKPROJ:
 151           optBackprojName = optarg;
 152           break;
 153         case O_FILTER_PARAM:
 154           optFilterParam = strtod(optarg, &endptr);
 155           if (endptr != optarg + strlen(optarg)) {
 156             pjrec_usage(argv[0]);
 157           }
 158           break;
 159         case O_VERBOSE:
 160           optVerbose = 1;
 161           break;
 162         case O_DEBUG:
 163           optDebug = 1;
 164           break;
 165         case O_TRACE:
 166           if ((optTrace = opt_set_trace(optarg)) < 0) {
 167             pjrec_usage(argv[0]);
 168             return (1);
 169           }
 170           break;
 171         case O_VERSION:
 172 #ifdef VERSION
 173           cout <<  "Version " <<  VERSION << endl;
 174 #else
 175           cout << "Unknown version number" << endl;
 176 #endif
 177           return (0);
 178         case O_HELP:
 179         case '?':
 180           pjrec_usage(argv[0]);
 181           return (0);
 182         default:
 183           pjrec_usage(argv[0]);
 184           return (1);
 185         }
 186     }
 187
 188     if (optind + 4 != argc) {
 189       pjrec_usage(argv[0]);
 190       return (1);
 191     }
 192
 193     filenameProj = argv[optind];
 194
 195     filenameImage = argv[optind + 1];
 196
 197     nx = strtol(argv[optind + 2], &endptr, 10);
 198     ny = strtol(argv[optind + 3], &endptr, 10);
 199
 200     ostringstream filterDesc;
 201     if (optFilterParam >= 0)
 202       filterDesc << optFilterName << ": alpha=" << optFilterParam;
 203     else
 204       filterDesc << optFilterName;
 205
 206     ostringstream label;
 207     label << "pjrec: " << nx << "x" << ny << ", " << filterDesc.str() << ", " << optInterpName << ", " << optBackprojName;
 208     remark = label.str();
 209
 210     if (optVerbose)
 211       cout << "Remark: " << remark << endl;
 212 #ifdef HAVE_MPI
 213   }
 214 #endif
 215
 216 #ifdef HAVE_MPI
 217   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 218     projGlobal.read (filenameProj);
 219     if (optVerbose)
 220       projGlobal.printScanInfo();
 221
 222     mpi_ndet = projGlobal.nDet();
 223     mpi_nview = projGlobal.nView();
 224     mpi_detinc = projGlobal.detInc();
 225     mpi_phmlen = projGlobal.phmLen();
 226     mpi_rotinc = projGlobal.rotInc();
 227   }
 228
 229   TimerCollectiveMPI timerBcast (mpiWorld.getComm());
 230   mpiWorld.BcastString (optBackprojName);
 231   mpiWorld.BcastString (optFilterName);
 232   mpiWorld.BcastString (optInterpName);
 233   mpiWorld.getComm().Bcast (&optVerbose, 1, MPI::INT, 0);
 234   mpiWorld.getComm().Bcast (&optDebug, 1, MPI::INT, 0);
 235   mpiWorld.getComm().Bcast (&optTrace, 1, MPI::INT, 0);
 236   mpiWorld.getComm().Bcast (&optFilterParam, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 237   mpiWorld.getComm().Bcast (&optInterpParam, 1, MPI::INT, 0);
 238   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 239   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_nview, 1, MPI::INT, 0);
 240   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_detinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 241   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_phmlen, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 242   mpiWorld.getComm().Bcast (&mpi_rotinc, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 243   mpiWorld.getComm().Bcast (&nx, 1, MPI::INT, 0);
 244   mpiWorld.getComm().Bcast (&ny, 1, MPI::INT, 0);
 245   if (optVerbose)
 246       timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 247
 248   mpiWorld.setTotalWorkUnits (mpi_nview);
 249
 250   Projections projLocal (mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(), mpi_ndet);
 251   projLocal.setDetInc (mpi_detinc);
 252   projLocal.setPhmLen (mpi_phmlen);
 253   projLocal.setRotInc (mpi_rotinc);
 254
 255   TimerCollectiveMPI timerScatter (mpiWorld.getComm());
 256   ScatterProjectionsMPI (mpiWorld, projGlobal, projLocal, optDebug);
 257   if (optVerbose)
 258       timerScatter.timerEndAndReport ("Time to scatter projections");
 259
 260   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 261     imGlobal = new ImageFile (nx, ny);
 262   }
 263
 264   imLocal = new ImageFile (nx, ny);
 265 #else
 266   projGlobal.read (filenameProj);
 267   if (optVerbose)
 268     projGlobal.printScanInfo();
 269
 270   imGlobal = new ImageFile (nx, ny);
 271 #endif
 272
 273 #ifdef HAVE_MPI
 274   TimerCollectiveMPI timerReconstruct (mpiWorld.getComm());
 275   projLocal.reconstruct (*imLocal, optFilterName.c_str(), optFilterParam, optFilterMethodName.c_str(), optInterpName.c_str(), optInterpParam, optBackprojName.c_str(), optTrace);
 276   if (optVerbose)
 277       timerReconstruct.timerEndAndReport ("Time to reconstruct");
 278
 279   TimerCollectiveMPI timerReduce (mpiWorld.getComm());
 280   ReduceImageMPI (mpiWorld, imLocal, imGlobal);
 281   if (optVerbose)
 282       timerReduce.timerEndAndReport ("Time to reduce image");
 283 #else
 284   projGlobal.reconstruct (*imGlobal, optFilterName.c_str(), optFilterParam, optFilterMethodName.c_str(), optInterpName.c_str(), optInterpParam, optBackprojName.c_str(), optTrace);
 285 #endif
 286
 287 #ifdef HAVE_MPI
 288   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 289 #endif
 290     {
 291       double calcTime = timerProgram.timerEnd();
 292       imGlobal->labelAdd (projGlobal.getLabel());
 293       imGlobal->labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, remark.c_str(), calcTime);
 294       imGlobal->fileWrite (filenameImage);
 295       if (optVerbose)
 296         cout << "Run time: " << calcTime << " seconds" << endl;
 297     }
 298 #ifdef HAVE_MPI
 299   MPI::Finalize();
 300 #endif
 301
 302   return (0);
 303 }
 304
 305
 306 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 307 // MPI Support Routines
 308 //
 309 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 310
 311 #ifdef HAVE_MPI
 312 static void ScatterProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& projGlobal, Projections& projLocal, const int optDebug)
 313 {
 314   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 315     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 316       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 317         DetectorArray& detarray = projGlobal.getDetectorArray( iw );
 318         int nDet = detarray.nDet();
 319         DetectorValue* detval = detarray.detValues();
 320
 321         double viewAngle = detarray.viewAngle();
 322         mpiWorld.getComm().Send(&nDet, 1, MPI::INT, iProc, 0);
 323         mpiWorld.getComm().Send(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, iProc, 0);
 324         mpiWorld.getComm().Send(detval, nDet, MPI::FLOAT, iProc, 0);
 325       }
 326     }
 327   }
 328
 329   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++) {
 330     MPI::Status status;
 331     int nDet;
 332     double viewAngle;
 333     DetectorValue* detval = projLocal.getDetectorArray(iw).detValues();
 334
 335     mpiWorld.getComm().Recv(&nDet, 1, MPI::INT, 0, 0, status);
 336     mpiWorld.getComm().Recv(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0, status);
 337     mpiWorld.getComm().Recv(detval, nDet, MPI::FLOAT, 0, 0, status);
 338     projLocal.getDetectorArray(iw).setViewAngle( viewAngle );
 339   }
 340 }
 341
 342 static void
 343 ReduceImageMPI (MPIWorld& mpiWorld, ImageFile* imLocal, ImageFile* imGlobal)
 344 {
 345   ImageFileArray vLocal = imLocal->getArray();
 346
 347   for (int ix = 0; ix < imLocal->nx(); ix++) {
 348     void *recvbuf = NULL;
 349     if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 350       ImageFileArray vGlobal = imGlobal->getArray();
 351       recvbuf = vGlobal[ix];
 352     }
 353     mpiWorld.getComm().Reduce (vLocal[ix], recvbuf, imLocal->ny(), imLocal->getMPIDataType(), MPI::SUM, 0);
 354   }
 355 }
 356
 357 #endif
 358
 359
 360 #ifndef NO_MAIN
 361 int
 362 main (int argc, char* argv[])
 363 {
 364   int retval = 1;
 365
 366   try {
 367     retval = pjrec_main(argc, argv);
 368   } catch (exception e) {
 369     cerr << "Exception: " << e.what() << endl;
 370   } catch (...) {
 371     cerr << "Unknown exception" << endl;
 372   }
 373
 374   return (retval);
 375 }
 376 #endif
 377