tools/phm2if.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **   Name:          phm2if.cpp
   5 **   Purpose:       Convert an phantom object to an image file
   6 **   Programmer:    Kevin Rosenberg
   7 **   Date Started:  1984
   8 **
   9 **  This is part of the CTSim program
  10 **  Copyright (C) 1983-2000 Kevin Rosenberg
  11 **
  12 **  $Id: phm2if.cpp,v 1.1 2000/07/13 07:01:35 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_PHANTOM, O_DESC, O_NSAMPLE, O_FILTER, O_TRACE, O_VERBOSE, O_HELP,
  33        O_PHMFILE, O_FILTER_DOMAIN, O_FILTER_BW, O_FILTER_PARAM, O_DEBUG, O_VERSION };
  34
  35 static struct option my_options[] =
  36 {
  37   {"phantom", 1, 0, O_PHANTOM},
  38   {"phmfile", 1, 0, O_PHMFILE},
  39   {"desc", 1, 0, O_DESC},
  40   {"nsample", 1, 0, O_NSAMPLE},
  41   {"filter", 1, 0, O_FILTER},
  42   {"filter-domain", 1, 0, O_FILTER_DOMAIN},
  43   {"filter-bw", 1, 0, O_FILTER_BW},
  44   {"filter-param", 1, 0, O_FILTER_PARAM},
  45   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  46   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  47   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  48   {"help", 0, 0, O_HELP},
  49   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  50   {0, 0, 0, 0}
  51 };
  52
  53 void
  54 phm2if_usage (const char *program)
  55 {
  56   cout << "phm2if_usage: " << fileBasename(program) << " outfile nx ny [--phantom phantom-name] [--phmfile filename] [--filter filter-name] [OPTIONS]" << endl;
  57   cout << "Generate phantom image from a predefined --phantom or a --phmfile" << endl;
  58   cout << endl;
  59   cout << "     outfile         Name of output file for image" << endl;
  60   cout << "     nx              Number of pixels X-axis" << endl;
  61   cout << "     ny              Number of pixels Y-axis" << endl;
  62   cout << "     --phantom       Phantom to use for projection" << endl;
  63   cout << "        herman       Herman head phantom" << endl;
  64   cout << "        bherman      Bordered Herman head phantom" << endl;
  65   cout << "        rowland      Rowland head phantom" << endl;
  66   cout << "        browland     Bordered Rowland head phantom" << endl;
  67   cout << "        unitpulse    Unit pulse phantom" << endl;
  68   cout << "     --phmfile       Generate Phantom from phantom file" << endl;
  69   cout << "     --filter        Generate Phantom from a filter function" << endl;
  70   cout << "       abs_bandlimit Abs * Bandlimiting" << endl;
  71   cout << "       abs_sinc      Abs * Sinc" << endl;
  72   cout << "       abs_cos       Abs * Cosine" << endl;
  73   cout << "       abs_hamming   Abs * Hamming" << endl;
  74   cout << "       shepp         Shepp-Logan" << endl;
  75   cout << "       bandlimit     Bandlimiting" << endl;
  76   cout << "       sinc          Sinc" << endl;
  77   cout << "       cos           Cosine" << endl;
  78   cout << "       triangle      Triangle" << endl;
  79   cout << "       hamming       Hamming" << endl;
  80   cout << "     --filter-param  Alpha level for Hamming filter" << endl;
  81   cout << "     --filter-domain Set domain of filter" << endl;
  82   cout << "         spatial     Spatial domain (default)" << endl;
  83   cout << "         freq        Frequency domain" << endl;
  84   cout << "     --filter-bw     Filter bandwidth (default = 1)" << endl;
  85   cout << "     --desc          Description of raysum" << endl;
  86   cout << "     --nsample       Number of samples per axis per pixel (default = 1)" << endl;
  87   cout << "     --trace         Trace level to use" << endl;
  88   cout << "        none         No tracing (default)" << endl;
  89   cout << "        text         Trace text level" << endl;
  90   cout << "        phm          Trace phantom" << endl;
  91   cout << "        rays         Trace rays" << endl;
  92   cout << "        plot         Trace plot" << endl;
  93   cout << "        clipping     Trace clipping" << endl;
  94   cout << "     --debug         Debug mode" << endl;
  95   cout << "     --verbose       Verbose mode" << endl;
  96   cout << "     --version       Print version" << endl;
  97   cout << "     --help          Print this help message" << endl;
  98 }
  99
 100 #ifdef HAVE_MPI
 101 void mpi_gather_image (MPIWorld& mpiWorld, ImageFile* imGlobal, ImageFile* imLocal, const int opt_debug);
 102 #endif
 103
 104 int
 105 phm2if_main (int argc, char* argv[])
 106 {
 107   ImageFile* imGlobal = NULL;
 108   Phantom phm;
 109   int opt_nx = 0, opt_ny = 0;
 110   int opt_nsample = 1;
 111   string optPhmName = Phantom::PHM_HERMAN_STR;
 112   string optFilterName;
 113   string optDomainName = SignalFilter::DOMAIN_SPATIAL_STR;
 114   char *opt_outfile = NULL;
 115   int opt_debug = 0;
 116   string opt_desc;
 117   string opt_phmFileName;
 118   char *endstr, *endptr;
 119   double opt_filter_param = 1;
 120   double opt_filter_bw = 1.;
 121   int opt_trace = TRACE_NONE;
 122   bool opt_verbose = false;
 123 #ifdef HAVE_MPI
 124   ImageFile* imLocal = NULL;
 125   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 126 #endif
 127
 128   Timer timerProgram;
 129
 130 #ifdef HAVE_MPI
 131   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 132 #endif
 133     while (1) {
 134       int c = getopt_long(argc, argv, "", my_options, NULL);
 135       char *endptr = NULL;
 136       char *endstr;
 137
 138       if (c == -1)
 139         break;
 140
 141       switch (c) {
 142       case O_PHANTOM:
 143         optPhmName = optarg;
 144         break;
 145       case O_PHMFILE:
 146         opt_phmFileName = optarg;
 147         break;
 148       case O_VERBOSE:
 149         opt_verbose = true;
 150         break;
 151       case O_DEBUG:
 152         opt_debug = 1;
 153         break;
 154       case O_TRACE:
 155         if ((opt_trace = convertTraceNameToID(optarg)) == TRACE_INVALID) {
 156           phm2if_usage(argv[0]);
 157           return (1);
 158         }
 159         break;
 160       case O_FILTER:
 161         optFilterName = optarg;
 162         break;
 163       case O_FILTER_DOMAIN:
 164         optDomainName = optarg;
 165         break;
 166       case O_DESC:
 167         opt_desc =  optarg;
 168         break;
 169       case O_FILTER_BW:
 170         opt_filter_bw = strtod(optarg, &endptr);
 171         endstr = optarg + strlen(optarg);
 172         if (endptr != endstr) {
 173           sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting --filter-bw to %s\n", optarg);
 174           phm2if_usage(argv[0]);
 175           return (1);
 176         }
 177         break;
 178       case O_FILTER_PARAM:
 179         opt_filter_param = strtod(optarg, &endptr);
 180         endstr = optarg + strlen(optarg);
 181         if (endptr != endstr) {
 182           sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting --filter-param to %s\n", optarg);
 183           phm2if_usage(argv[0]);
 184           return (1);
 185         }
 186         break;
 187       case O_NSAMPLE:
 188         opt_nsample = strtol(optarg, &endptr, 10);
 189         endstr = optarg + strlen(optarg);
 190         if (endptr != endstr) {
 191           sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting --nsample to %s\n", optarg);
 192           phm2if_usage(argv[0]);
 193           return (1);
 194         }
 195         break;
 196         case O_VERSION:
 197 #ifdef VERSION
 198           cout <<  "Version " << VERSION << endl;
 199 #else
 200           cerr << "Unknown version number" << endl;
 201 #endif
 202       case O_HELP:
 203       case '?':
 204         phm2if_usage(argv[0]);
 205         return (0);
 206       default:
 207         phm2if_usage(argv[0]);
 208         return (1);
 209       }
 210     }
 211
 212     if (optPhmName == "" && optFilterName == "" && opt_phmFileName == "") {
 213       cerr << "No phantom defined" << endl << endl;
 214       phm2if_usage(argv[0]);
 215       return (1);
 216     }
 217
 218     if (optind + 3 != argc) {
 219       phm2if_usage(argv[0]);
 220       return (1);
 221     }
 222     opt_outfile = argv[optind];
 223     opt_nx = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 224     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 225     if (endptr != endstr) {
 226       sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting nx to %s\n", argv[optind+1]);
 227       phm2if_usage(argv[0]);
 228       return (1);
 229     }
 230     opt_ny = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 231     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 232     if (endptr != endstr) {
 233       sys_error(ERR_SEVERE,"Error setting ny to %s\n", argv[optind+2]);
 234       phm2if_usage(argv[0]);
 235       return (1);
 236     }
 237
 238     ostringstream oss;
 239     oss << "phm2if: nx=" << opt_nx << ", ny=" << opt_ny << ", nsample=" << opt_nsample << ", ";
 240     if (opt_phmFileName != "")
 241       oss << "phantom=" << opt_phmFileName;
 242     else if (optPhmName != "")
 243       oss << "phantom=" << optPhmName;
 244     else if (optFilterName != "") {
 245       oss << "filter=" << optFilterName << " - " << optDomainName;
 246     }
 247     if (opt_desc != "")
 248       oss << ": " << opt_desc;
 249     opt_desc = oss.str();
 250
 251     if (optPhmName != "") {
 252       phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 253       if (phm.fail()) {
 254         cout << phm.failMessage() << endl << endl;
 255         phm2if_usage(argv[0]);
 256         return (1);
 257       }
 258     }
 259
 260     if (opt_phmFileName != "") {
 261       phm.createFromFile(opt_phmFileName.c_str());
 262 #ifdef HAVE_MPI
 263       if (mpiWorld.getRank() == 0)
 264         cerr << "Can't use phantom from file in MPI mode" << endl;
 265       return (1);
 266 #endif
 267     }
 268
 269     if (opt_verbose)
 270       cout << "Rasterize Phantom to Image" << endl << endl;
 271 #ifdef HAVE_MPI
 272   }
 273 #endif
 274
 275 #ifdef HAVE_MPI
 276   TimerCollectiveMPI timerBcast (mpiWorld.getComm());
 277   mpiWorld.BcastString (optPhmName);
 278   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 279   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 280   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 281   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nx, 1, MPI::INT, 0);
 282   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_ny, 1, MPI::INT, 0);
 283   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nsample, 1, MPI::INT, 0);
 284   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter_param, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 285   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_filter_bw, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 286
 287   mpiWorld.BcastString (optFilterName);
 288   mpiWorld.BcastString (optDomainName);
 289
 290   if (opt_verbose)
 291     timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 292
 293   mpiWorld.setTotalWorkUnits (opt_nx);
 294
 295   if (mpiWorld.getRank() > 0 && optPhmName != "")
 296       phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 297
 298   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 299     imGlobal = new ImageFile (opt_nx, opt_ny);
 300   }
 301   imLocal = new ImageFile (opt_nx, opt_ny);
 302 #else
 303   imGlobal = new ImageFile (opt_nx, opt_ny);
 304 #endif
 305
 306   ImageFileArray v;
 307 #ifdef HAVE_MPI
 308   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 309     v = imGlobal->getArray ();
 310
 311   if (phm.getComposition() == P_UNIT_PULSE) {
 312     if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 313       v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 314     }
 315   } else if (optFilterName != "") {
 316     if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 317       imGlobal->filterResponse (optDomainName.c_str(), opt_filter_bw, optFilterName.c_str(), opt_filter_param);
 318     }
 319   } else {
 320     TimerCollectiveMPI timerRasterize (mpiWorld.getComm());
 321     phm.convertToImagefile (*imLocal, opt_nsample, opt_trace, mpiWorld.getMyStartWorkUnit(), mpiWorld.getMyLocalWorkUnits());
 322     if (opt_verbose)
 323       timerRasterize.timerEndAndReport ("Time to rasterize phantom");
 324
 325     TimerCollectiveMPI timerGather (mpiWorld.getComm());
 326     mpi_gather_image (mpiWorld, imGlobal, imLocal, opt_debug);
 327     if (opt_verbose)
 328       timerGather.timerEndAndReport ("Time to gather image");
 329   }
 330 #else
 331   v = imGlobal->getArray ();
 332   if (phm.getComposition() == P_UNIT_PULSE) {
 333     v[opt_nx/2][opt_ny/2] = 1.;
 334   } else if (optFilterName != "") {
 335     imGlobal->filterResponse (optDomainName.c_str(), opt_filter_bw, optFilterName.c_str(), opt_filter_param);
 336   } else {
 337 #if HAVE_SGP
 338       if (opt_trace >= TRACE_PHM)
 339         phm.show();
 340 #endif
 341       phm.convertToImagefile (*imGlobal, opt_nsample, opt_trace);
 342   }
 343 #endif
 344
 345 #ifdef HAVE_MPI
 346   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 347 #endif
 348   {
 349     double calctime = timerProgram.timerEnd ();
 350     imGlobal->labelAdd (Array2dFileLabel::L_HISTORY, opt_desc.c_str(), calctime);
 351     imGlobal->fileWrite (opt_outfile);
 352     if (opt_verbose)
 353       cout << "Time to rasterized phantom: " << calctime << " seconds" << endl;
 354
 355     if (opt_trace >= TRACE_PHM) {
 356       double dmin, dmax;
 357       int nscale;
 358
 359       printf ("Enter display size scale (nominal = 1): ");
 360       scanf ("%d", &nscale);
 361       printf ("Enter minimum and maximum densities (min, max): ");
 362       scanf ("%lf %lf", &dmin, &dmax);
 363       imGlobal->displayScaling (nscale, dmin, dmax);
 364     }
 365   }
 366
 367   return (0);
 368 }
 369
 370
 371
 372 #ifdef HAVE_MPI
 373 void mpi_gather_image (MPIWorld& mpiWorld, ImageFile* imGlobal, ImageFile* imLocal, const int opt_debug)
 374 {
 375   ImageFileArray vLocal = imLocal->getArray();
 376   ImageFileArray vGlobal = NULL;
 377   int nyLocal = imLocal->ny();
 378
 379   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 380     vGlobal = imGlobal->getArray();
 381
 382   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++)
 383     mpiWorld.getComm().Send(vLocal[iw], nyLocal, imLocal->getMPIDataType(), 0, 0);
 384
 385   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 386     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 387       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 388         MPI::Status status;
 389         mpiWorld.getComm().Recv(vGlobal[iw], nyLocal, imLocal->getMPIDataType(), iProc, 0, status);
 390       }
 391     }
 392   }
 393
 394 }
 395 #endif
 396
 397 #ifndef NO_MAIN
 398 int
 399 main (int argc, char* argv[])
 400 {
 401   int retval = 1;
 402
 403   try {
 404     retval = phm2if_main(argc, argv);
 405   } catch (exception e) {
 406     cerr << "Exception: " << e.what() << endl;
 407   } catch (...) {
 408     cerr << "Unknown exception" << endl;
 409   }
 410
 411   return (retval);
 412 }
 413 #endif