tools/phm2pj.cpp

   1 /*****************************************************************************
   2 ** FILE IDENTIFICATION
   3 **
   4 **   Name:          phm2pj.cpp
   5 **   Purpose:       Take projections of a phantom object
   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: phm2pj.cpp,v 1.28 2001/03/01 07:30:49 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_NRAY, O_ROTANGLE, O_PHMFILE, O_GEOMETRY, O_FOCAL_LENGTH, O_CENTER_DETECTOR_LENGTH,
  33 O_VIEW_RATIO, O_SCAN_RATIO, O_TRACE, O_VERBOSE, O_HELP, O_DEBUG, O_VERSION };
  34
  35 static struct option phm2pj_options[] =
  36 {
  37   {"phantom", 1, 0, O_PHANTOM},
  38   {"phmfile", 1, 0, O_PHMFILE},
  39   {"desc", 1, 0, O_DESC},
  40   {"nray", 1, 0, O_NRAY},
  41   {"rotangle", 1, 0, O_ROTANGLE},
  42   {"geometry", 1, 0, O_GEOMETRY},
  43   {"focal-length", 1, 0, O_FOCAL_LENGTH},
  44   {"center-detector-length", 1, 0, O_CENTER_DETECTOR_LENGTH},
  45   {"view-ratio", 1, 0, O_VIEW_RATIO},
  46   {"scan-ratio", 1, 0, O_SCAN_RATIO},
  47   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  48   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  49   {"help", 0, 0, O_HELP},
  50   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  51   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  52   {0, 0, 0, 0}
  53 };
  54
  55 static const char* g_szIdStr = "$Id: phm2pj.cpp,v 1.28 2001/03/01 07:30:49 kevin Exp $";
  56
  57
  58 void
  59 phm2pj_usage (const char *program)
  60 {
  61   std::cout << "usage: " << fileBasename(program) << " outfile ndet nview [--phantom phantom-name] [--phmfile filename] [OPTIONS]\n";
  62   std::cout << "Calculate (projections) through phantom object, either a predefined --phantom or a --phmfile\n\n";
  63   std::cout << "     outfile          Name of output file for projections\n";
  64   std::cout << "     ndet             Number of detectors\n";
  65   std::cout << "     nview            Number of rotated views\n";
  66   std::cout << "     --phantom        Phantom to use for projection\n";
  67   std::cout << "        herman        Herman head phantom\n";
  68   std::cout << "        herman-b      Herman head phantom (Bordered)\n";
  69   std::cout << "        shepp-logan   Shepp-Logan head phantom\n";
  70   std::cout << "        shepp-logan-b Shepp-Logan head phantom (Bordered)\n";
  71   std::cout << "        unitpulse     Unit pulse phantom\n";
  72   std::cout << "     --phmfile        Get Phantom from phantom file\n";
  73   std::cout << "     --desc           Description of raysum\n";
  74   std::cout << "     --nray           Number of rays per detector (default = 1)\n";
  75   std::cout << "     --rotangle       Angle to rotate view through (fraction of a circle)\n";
  76   std::cout << "                      (default = select appropriate for geometry)\n";
  77   std::cout << "     --geometry       Geometry of scanning\n";
  78   std::cout << "        parallel      Parallel scan beams (default)\n";
  79   std::cout << "        equilinear    Equilinear divergent scan beams\n";
  80   std::cout << "        equiangular   Equiangular divergent scan beams\n";
  81   std::cout << "     --focal-length   Focal length ratio (ratio to radius of view area)\n";
  82   std::cout << "                      (default = 2)\n";
  83   std::cout << "     --center-detector-length  Distance from center of phantom to detector array\n";
  84   std::cout << "                      (ratio to radius of view area) (default = 2)\n";
  85   std::cout << "     --view-ratio     Length to view (view diameter to phantom diameter)\n";
  86   std::cout << "                      (default = 1)\n";
  87   std::cout << "     --scan-ratio     Length to scan (scan diameter to view diameter)\n";
  88   std::cout << "                      (default = 1)\n";
  89   std::cout << "     --trace          Trace level to use\n";
  90   std::cout << "        none          No tracing (default)\n";
  91   std::cout << "        console       Trace text level\n";
  92   std::cout << "        phantom       Trace phantom image\n";
  93   std::cout << "        proj          Trace projections\n";
  94   std::cout << "        plot          Trace plot\n";
  95   std::cout << "        clipping      Trace clipping\n";
  96   std::cout << "     --verbose        Verbose mode\n";
  97   std::cout << "     --debug          Debug mode\n";
  98   std::cout << "     --version        Print version\n";
  99   std::cout << "     --help           Print this help message\n";
 100 }
 101
 102 #ifdef HAVE_MPI
 103 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug);
 104 #endif
 105
 106 int
 107 phm2pj_main (int argc, char* const argv[])
 108 {
 109   Phantom phm;
 110   std::string optGeometryName = Scanner::convertGeometryIDToName(Scanner::GEOMETRY_PARALLEL);
 111   char *opt_outfile = NULL;
 112   std::string opt_desc;
 113   std::string optPhmName;
 114   std::string optPhmFileName;
 115   int opt_ndet;
 116   int opt_nview;
 117   int opt_nray = 1;
 118   double dOptFocalLength = 2.;
 119   double dOptCenterDetectorLength = 2.;
 120   double dOptViewRatio = 1.;
 121   double dOptScanRatio = 1.;
 122   int opt_trace = Trace::TRACE_NONE;
 123   int opt_verbose = 0;
 124   int opt_debug = 0;
 125   double opt_rotangle = -1;
 126   char* endptr = NULL;
 127   char* endstr;
 128
 129 #ifdef HAVE_MPI
 130   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 131 #endif
 132
 133   Timer timerProgram;
 134
 135 #ifdef HAVE_MPI
 136   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 137 #endif
 138     while (1) {
 139       int c = getopt_long(argc, argv, "", phm2pj_options, NULL);
 140
 141       if (c == -1)
 142         break;
 143
 144       switch (c) {
 145       case O_PHANTOM:
 146         optPhmName = optarg;
 147         break;
 148       case O_PHMFILE:
 149         optPhmFileName = optarg;
 150         break;
 151       case O_VERBOSE:
 152         opt_verbose = 1;
 153         break;
 154       case O_DEBUG:
 155         opt_debug = 1;
 156         break;
 157         break;
 158       case O_TRACE:
 159         if ((opt_trace = Trace::convertTraceNameToID(optarg)) == Trace::TRACE_INVALID) {
 160           phm2pj_usage(argv[0]);
 161           return (1);
 162         }
 163         break;
 164       case O_DESC:
 165         opt_desc = optarg;
 166         break;
 167       case O_ROTANGLE:
 168         opt_rotangle = strtod(optarg, &endptr);
 169         endstr = optarg + strlen(optarg);
 170         if (endptr != endstr) {
 171           std::cerr << "Error setting --rotangle to " << optarg << std::endl;
 172           phm2pj_usage(argv[0]);
 173           return (1);
 174         }
 175         break;
 176       case O_GEOMETRY:
 177         optGeometryName = optarg;
 178         break;
 179       case O_FOCAL_LENGTH:
 180         dOptFocalLength = strtod(optarg, &endptr);
 181         endstr = optarg + strlen(optarg);
 182         if (endptr != endstr) {
 183           std::cerr << "Error setting --focal-length to " << optarg << std::endl;
 184           phm2pj_usage(argv[0]);
 185           return (1);
 186         }
 187         break;
 188       case O_CENTER_DETECTOR_LENGTH:
 189         dOptCenterDetectorLength = strtod(optarg, &endptr);
 190         endstr = optarg + strlen(optarg);
 191         if (endptr != endstr) {
 192           std::cerr << "Error setting --center-detector-length to " << optarg << std::endl;
 193           phm2pj_usage(argv[0]);
 194           return (1);
 195         }
 196         break;
 197       case O_VIEW_RATIO:
 198         dOptViewRatio = strtod(optarg, &endptr);
 199         endstr = optarg + strlen(optarg);
 200         if (endptr != endstr) {
 201           std::cerr << "Error setting --view-ratio to " << optarg << std::endl;
 202           phm2pj_usage(argv[0]);
 203           return (1);
 204         }
 205         break;
 206       case O_SCAN_RATIO:
 207         dOptScanRatio = strtod(optarg, &endptr);
 208         endstr = optarg + strlen(optarg);
 209         if (endptr != endstr) {
 210           std::cerr << "Error setting --scan-ratio to " << optarg << std::endl;
 211           phm2pj_usage(argv[0]);
 212           return (1);
 213         }
 214         break;
 215       case O_NRAY:
 216         opt_nray = strtol(optarg, &endptr, 10);
 217         endstr = optarg + strlen(optarg);
 218         if (endptr != endstr) {
 219           std::cerr << "Error setting --nray to %s" << optarg << std::endl;
 220           phm2pj_usage(argv[0]);
 221           return (1);
 222         }
 223         break;
 224       case O_VERSION:
 225 #ifdef VERSION
 226         std::cout << "Version: " << VERSION << std::endl << g_szIdStr << std::endl;
 227 #else
 228         std::cout << "Unknown version number\n";
 229 #endif
 230         return (0);
 231       case O_HELP:
 232       case '?':
 233         phm2pj_usage(argv[0]);
 234         return (0);
 235       default:
 236         phm2pj_usage(argv[0]);
 237         return (1);
 238       }
 239     }
 240
 241     if (optPhmName == "" && optPhmFileName == "") {
 242       std::cerr << "No phantom defined\n" << std::endl;
 243       phm2pj_usage(argv[0]);
 244       return (1);
 245     }
 246     if (optind + 3 != argc) {
 247       phm2pj_usage(argv[0]);
 248       return (1);
 249     }
 250
 251     opt_outfile = argv[optind];
 252     opt_ndet = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 253     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 254     if (endptr != endstr) {
 255       std::cerr << "Error setting --ndet to " << argv[optind+1] << std::endl;
 256       phm2pj_usage(argv[0]);
 257       return (1);
 258     }
 259     opt_nview = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 260     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 261     if (endptr != endstr) {
 262       std::cerr << "Error setting --nview to " << argv[optind+2] << std::endl;
 263       phm2pj_usage(argv[0]);
 264       return (1);
 265     }
 266
 267     if (opt_rotangle < 0) {
 268       if (optGeometryName.compare ("parallel") == 0)
 269         opt_rotangle = 0.5;
 270       else
 271         opt_rotangle = 1.0;
 272     }
 273
 274     std::ostringstream desc;
 275     desc << "phm2pj: NDet=" << opt_ndet << ", Nview=" << opt_nview << ", NRay=" << opt_nray << ", RotAngle=" << opt_rotangle << ", Geometry=" << optGeometryName << ", ";
 276     if (optPhmFileName.length()) {
 277       desc << "PhantomFile=" << optPhmFileName;
 278     } else if (optPhmName != "") {
 279       desc << "Phantom=" << optPhmName;
 280     }
 281     if (opt_desc.length()) {
 282       desc << ": " << opt_desc;
 283     }
 284     opt_desc = desc.str();
 285
 286     if (optPhmName != "") {
 287       phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 288       if (phm.fail()) {
 289         std::cout << phm.failMessage() << std::endl << std::endl;
 290         phm2pj_usage(argv[0]);
 291         return (1);
 292       }
 293     }
 294
 295     if (optPhmFileName != "") {
 296 #ifdef HAVE_MPI
 297       std::cerr << "Can not read phantom from file in MPI mode\n";
 298       return (1);
 299 #endif
 300       phm.createFromFile (optPhmFileName.c_str());
 301     }
 302
 303 #ifdef HAVE_MPI
 304   }
 305 #endif
 306
 307 #ifdef HAVE_MPI
 308   TimerCollectiveMPI timerBcast(mpiWorld.getComm());
 309   mpiWorld.BcastString (optPhmName);
 310   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_rotangle, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 311   mpiWorld.getComm().Bcast (&dOptFocalLength, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 312   mpiWorld.getComm().Bcast (&dOptCenterDetectorLength, 1, MPI::DOUBLE, 0)
 313     mpiWorld.getComm().Bcast (&dOptViewRatio, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 314   mpiWorld.getComm().Bcast (&dOptScanRatio, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 315   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nview, 1, MPI::INT, 0);
 316   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 317   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nray, 1, MPI::INT, 0);
 318   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 319   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 320   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 321   if (opt_verbose)
 322     timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 323
 324   if (mpiWorld.getRank() > 0 && optPhmName != "")
 325     phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 326 #endif
 327
 328   opt_rotangle *= TWOPI;
 329   Scanner scanner (phm, optGeometryName.c_str(), opt_ndet, opt_nview, opt_nray, opt_rotangle, dOptFocalLength,
 330     dOptCenterDetectorLength, dOptViewRatio, dOptScanRatio);
 331   if (scanner.fail()) {
 332     std::cout << "Scanner Creation Error: " << scanner.failMessage() << std::endl;
 333     return (1);
 334   }
 335 #ifdef HAVE_MPI
 336   mpiWorld.setTotalWorkUnits (opt_nview);
 337
 338   Projections pjGlobal;
 339   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 340     pjGlobal.initFromScanner (scanner);
 341
 342   if (opt_verbose) {
 343     std::ostringstream os;
 344     pjGlobal.printScanInfo(os);
 345     std::cout << os.str();
 346   }
 347
 348   Projections pjLocal (scanner);
 349   pjLocal.setNView (mpiWorld.getMyLocalWorkUnits());
 350
 351   if (opt_debug)
 352     std::cout << "pjLocal->nview = " << pjLocal.nView() << " (process " << mpiWorld.getRank() << ")\n";;
 353
 354   TimerCollectiveMPI timerProject (mpiWorld.getComm());
 355   scanner.collectProjections (pjLocal, phm, mpiWorld.getMyStartWorkUnit(), mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(), false, opt_trace);
 356   if (opt_verbose)
 357     timerProject.timerEndAndReport ("Time to collect projections");
 358
 359   TimerCollectiveMPI timerGather (mpiWorld.getComm());
 360   GatherProjectionsMPI (mpiWorld, pjGlobal, pjLocal, opt_debug);
 361   if (opt_verbose)
 362     timerGather.timerEndAndReport ("Time to gather projections");
 363
 364 #else
 365   Projections pjGlobal (scanner);
 366   scanner.collectProjections (pjGlobal, phm, opt_trace);
 367 #endif
 368
 369 #ifdef HAVE_MPI
 370   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 371 #endif
 372   {
 373     pjGlobal.setCalcTime (timerProgram.timerEnd());
 374     pjGlobal.setRemark (opt_desc);
 375     pjGlobal.write (opt_outfile);
 376     if (opt_verbose) {
 377       phm.print (std::cout);
 378       std::cout << std::endl;
 379       std::ostringstream os;
 380       pjGlobal.printScanInfo (os);
 381       std::cout << os.str() << std::endl;
 382       std::cout << "  Remark: " << pjGlobal.remark() << std::endl;
 383       std::cout << "Run time: " << pjGlobal.calcTime() << " seconds\n";
 384     }
 385   }
 386
 387   return (0);
 388 }
 389
 390
 391 /* FUNCTION
 392 *    GatherProjectionsMPI
 393 *
 394 * SYNOPSIS
 395 *    Gather's raysums from all processes in pjLocal in pjGlobal in process 0
 396 */
 397
 398 #ifdef HAVE_MPI
 399 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug)
 400 {
 401   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++) {
 402     DetectorArray& detArray = pjLocal.getDetectorArray(iw);
 403     double viewAngle = detArray.viewAngle();
 404     int nDet = detArray.nDet();
 405     DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 406
 407     mpiWorld.getComm().Send(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0);
 408     mpiWorld.getComm().Send(&nDet, 1, MPI::INT, 0, 0);
 409     mpiWorld.getComm().Send(detval, nDet, MPI::FLOAT, 0, 0);
 410   }
 411
 412   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 413     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 414       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 415         MPI::Status status;
 416         double viewAngle;
 417         int nDet;
 418         DetectorArray& detArray = pjGlobal.getDetectorArray(iw);
 419         DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 420
 421         mpiWorld.getComm().Recv(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, iProc, 0, status);
 422         mpiWorld.getComm().Recv(&nDet, 1, MPI::INT, iProc, 0, status);
 423         mpiWorld.getComm().Recv(detval, nDet, MPI::FLOAT, iProc, 0, status);
 424         detArray.setViewAngle (viewAngle);
 425       }
 426     }
 427   }
 428 }
 429 #endif
 430
 431
 432 #ifndef NO_MAIN
 433 int
 434 main (int argc, char* argv[])
 435 {
 436   int retval = 1;
 437
 438   try {
 439     retval = phm2pj_main(argc, argv);
 440 #if HAVE_DMALLOC
 441     //    dmalloc_shutdown();
 442 #endif
 443   } catch (exception e) {
 444     std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
 445   } catch (...) {
 446     std::cerr << "Unknown exception\n";
 447   }
 448
 449   return (retval);
 450 }
 451 #endif
 452