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 1.18 2000/12/17 23:30:48 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_FIELD_OF_VIEW,
  33        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   {"field-of-view", 1, 0, O_FIELD_OF_VIEW},
  45   {"trace", 1, 0, O_TRACE},
  46   {"verbose", 0, 0, O_VERBOSE},
  47   {"help", 0, 0, O_HELP},
  48   {"debug", 0, 0, O_DEBUG},
  49   {"version", 0, 0, O_VERSION},
  50   {0, 0, 0, 0}
  51 };
  52
  53 static const char* g_szIdStr = "$Id: phm2pj.cpp,v 1.18 2000/12/17 23:30:48 kevin Exp $";
  54
  55
  56 void
  57 phm2pj_usage (const char *program)
  58 {
  59   std::cout << "usage: " << fileBasename(program) << " outfile ndet nview [--phantom phantom-name] [--phmfile filename] [OPTIONS]\n";
  60   std::cout << "Calculate (projections) through phantom object, either a predefined --phantom or a --phmfile\n\n";
  61   std::cout << "     outfile          Name of output file for projections\n";
  62   std::cout << "     ndet             Number of detectors\n";
  63   std::cout << "     nview            Number of rotated views\n";
  64   std::cout << "     --phantom        Phantom to use for projection\n";
  65   std::cout << "        herman        Herman head phantom\n";
  66   std::cout << "        herman-b      Herman head phantom (Bordered)\n";
  67   std::cout << "        shepp-logan   Shepp-Logan head phantom\n";
  68   std::cout << "        shepp-logan-b Shepp-Logan head phantom (Bordered)\n";
  69   std::cout << "        unitpulse     Unit pulse phantom\n";
  70   std::cout << "     --phmfile        Get Phantom from phantom file\n";
  71   std::cout << "     --desc           Description of raysum\n";
  72   std::cout << "     --nray           Number of rays per detector (default = 1)\n";
  73   std::cout << "     --rotangle       Degrees to rotate view through (multiple of PI)\n";
  74   std::cout << "                      (default = 1)\n";
  75   std::cout << "     --geometry       Geometry of scanning\n";
  76   std::cout << "        parallel      Parallel scan beams (default)\n";
  77   std::cout << "        equilinear    Equilinear divergent scan beams\n";
  78   std::cout << "        equiangular   Equiangular divergent scan beams\n";
  79   std::cout << "     --focal-length   Focal length ratio (ratio to radius of phantom)\n";
  80   std::cout << "                      (default = 1)\n";
  81   std::cout << "     --field-of-view  Field of view (ratio to diameter of phantom square)\n";
  82   std::cout << "                      (default = 1)\n";
  83   std::cout << "     --trace          Trace level to use\n";
  84   std::cout << "        none          No tracing (default)\n";
  85   std::cout << "        console       Trace text level\n";
  86   std::cout << "        phantom       Trace phantom image\n";
  87   std::cout << "        proj          Trace projections\n";
  88   std::cout << "        plot          Trace plot\n";
  89   std::cout << "        clipping      Trace clipping\n";
  90   std::cout << "     --verbose        Verbose mode\n";
  91   std::cout << "     --debug          Debug mode\n";
  92   std::cout << "     --version        Print version\n";
  93   std::cout << "     --help           Print this help message\n";
  94 }
  95
  96 #ifdef HAVE_MPI
  97 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug);
  98 #endif
  99
 100 int
 101 phm2pj_main (int argc, char* argv[])
 102 {
 103   Phantom phm;
 104   std::string optGeometryName = Scanner::convertGeometryIDToName(Scanner::GEOMETRY_PARALLEL);
 105   char *opt_outfile = NULL;
 106   std::string opt_desc;
 107   std::string optPhmName;
 108   std::string optPhmFileName;
 109   int opt_ndet;
 110   int opt_nview;
 111   int opt_nray = 1;
 112   double dOptFocalLength = 1.;
 113   double dOptFieldOfView = 1.;
 114   int opt_trace = Trace::TRACE_NONE;
 115   int opt_verbose = 0;
 116   int opt_debug = 0;
 117   double opt_rotangle = 1;
 118   char* endptr = NULL;
 119   char* endstr;
 120
 121 #ifdef HAVE_MPI
 122   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 123 #endif
 124
 125   Timer timerProgram;
 126
 127 #ifdef HAVE_MPI
 128   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 129 #endif
 130     while (1) {
 131       int c = getopt_long(argc, argv, "", phm2pj_options, NULL);
 132
 133       if (c == -1)
 134         break;
 135
 136       switch (c) {
 137       case O_PHANTOM:
 138         optPhmName = optarg;
 139         break;
 140       case O_PHMFILE:
 141         optPhmFileName = optarg;
 142         break;
 143       case O_VERBOSE:
 144         opt_verbose = 1;
 145         break;
 146       case O_DEBUG:
 147         opt_debug = 1;
 148         break;
 149         break;
 150       case O_TRACE:
 151         if ((opt_trace = Trace::convertTraceNameToID(optarg)) == Trace::TRACE_INVALID) {
 152           phm2pj_usage(argv[0]);
 153           return (1);
 154         }
 155         break;
 156       case O_DESC:
 157         opt_desc = optarg;
 158         break;
 159       case O_ROTANGLE:
 160         opt_rotangle = strtod(optarg, &endptr);
 161         endstr = optarg + strlen(optarg);
 162         if (endptr != endstr) {
 163           std::cerr << "Error setting --rotangle to " << optarg << endl;
 164           phm2pj_usage(argv[0]);
 165           return (1);
 166         }
 167         break;
 168       case O_GEOMETRY:
 169         optGeometryName = optarg;
 170         break;
 171       case O_FOCAL_LENGTH:
 172         dOptFocalLength = strtod(optarg, &endptr);
 173         endstr = optarg + strlen(optarg);
 174         if (endptr != endstr) {
 175           std::cerr << "Error setting --focal-length to " << optarg << endl;
 176           phm2pj_usage(argv[0]);
 177           return (1);
 178         }
 179         break;
 180       case O_FIELD_OF_VIEW:
 181         dOptFieldOfView = strtod(optarg, &endptr);
 182         endstr = optarg + strlen(optarg);
 183         if (endptr != endstr) {
 184           std::cerr << "Error setting --field-of-view to " << optarg << endl;
 185           phm2pj_usage(argv[0]);
 186           return (1);
 187         }
 188         break;
 189       case O_NRAY:
 190         opt_nray = strtol(optarg, &endptr, 10);
 191         endstr = optarg + strlen(optarg);
 192         if (endptr != endstr) {
 193           std::cerr << "Error setting --nray to %s" << optarg << endl;
 194           phm2pj_usage(argv[0]);
 195           return (1);
 196         }
 197         break;
 198         case O_VERSION:
 199 #ifdef VERSION
 200           std::cout << "Version: " << VERSION << endl << g_szIdStr << endl;
 201 #else
 202           std::cout << "Unknown version number\n";
 203 #endif
 204           return (0);
 205       case O_HELP:
 206       case '?':
 207         phm2pj_usage(argv[0]);
 208         return (0);
 209       default:
 210         phm2pj_usage(argv[0]);
 211         return (1);
 212       }
 213     }
 214
 215     if (optPhmName == "" && optPhmFileName == "") {
 216       std::cerr << "No phantom defined\n" << endl;
 217       phm2pj_usage(argv[0]);
 218       return (1);
 219     }
 220     if (optind + 3 != argc) {
 221       phm2pj_usage(argv[0]);
 222       return (1);
 223     }
 224
 225     opt_outfile = argv[optind];
 226     opt_ndet = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 227     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 228     if (endptr != endstr) {
 229       std::cerr << "Error setting --ndet to " << argv[optind+1] << endl;
 230       phm2pj_usage(argv[0]);
 231       return (1);
 232     }
 233     opt_nview = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 234     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 235     if (endptr != endstr) {
 236       std::cerr << "Error setting --nview to " << argv[optind+2] << endl;
 237       phm2pj_usage(argv[0]);
 238       return (1);
 239     }
 240
 241     std::ostringstream desc;
 242     desc << "phm2pj: NDet=" << opt_ndet << ", Nview=" << opt_nview << ", NRay=" << opt_nray << ", RotAngle=" << opt_rotangle << ", Geometry=" << optGeometryName << ", ";
 243     if (optPhmFileName.length()) {
 244       desc << "PhantomFile=" << optPhmFileName;
 245     } else if (optPhmName != "") {
 246       desc << "Phantom=" << optPhmName;
 247     }
 248     if (opt_desc.length()) {
 249       desc << ": " << opt_desc;
 250     }
 251     opt_desc = desc.str();
 252
 253     if (optPhmName != "") {
 254       phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 255       if (phm.fail()) {
 256         std::cout << phm.failMessage() << endl << endl;
 257         phm2pj_usage(argv[0]);
 258         return (1);
 259       }
 260     }
 261
 262     if (optPhmFileName != "") {
 263 #ifdef HAVE_MPI
 264       std::cerr << "Can not read phantom from file in MPI mode\n";
 265       return (1);
 266 #endif
 267       phm.createFromFile (optPhmFileName.c_str());
 268     }
 269
 270 #ifdef HAVE_MPI
 271   }
 272 #endif
 273
 274 #ifdef HAVE_MPI
 275   TimerCollectiveMPI timerBcast(mpiWorld.getComm());
 276   mpiWorld.BcastString (optPhmName);
 277   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_rotangle, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 278   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nview, 1, MPI::INT, 0);
 279   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 280   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nray, 1, MPI::INT, 0);
 281   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 282   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 283   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 284   timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 285
 286   if (mpiWorld.getRank() > 0 && optPhmName != "")
 287     phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 288 #endif
 289
 290   opt_rotangle *= PI;
 291   Scanner scanner (phm, optGeometryName.c_str(), opt_ndet, opt_nview, opt_nray, opt_rotangle, dOptFocalLength, dOptFieldOfView);
 292   if (scanner.fail()) {
 293     std::cout << "Scanner Creation Error: " << scanner.failMessage() << endl;
 294     return (1);
 295   }
 296 #ifdef HAVE_MPI
 297   mpiWorld.setTotalWorkUnits (opt_nview);
 298
 299   Projections pjGlobal;
 300   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 301     pjGlobal.initFromScanner (scanner);
 302
 303   if (opt_verbose) {
 304     std::ostringstream os;
 305     pjGlobal.printScanInfo(os);
 306     std::cout << os.str();
 307   }
 308
 309   Projections pjLocal (scanner);
 310   pjLocal.setNView (mpiWorld.getMyLocalWorkUnits());
 311
 312   if (opt_debug)
 313     std::cout << "pjLocal->nview = " << pjLocal.nView() << " (process " << mpiWorld.getRank() << ")\n";;
 314
 315   TimerCollectiveMPI timerProject (mpiWorld.getComm());
 316   scanner.collectProjections (pjLocal, phm, mpiWorld.getMyStartWorkUnit(), mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(), false, opt_trace);
 317   if (opt_verbose)
 318     timerProject.timerEndAndReport ("Time to collect projections");
 319
 320   TimerCollectiveMPI timerGather (mpiWorld.getComm());
 321   GatherProjectionsMPI (mpiWorld, pjGlobal, pjLocal, opt_debug);
 322   if (opt_verbose)
 323      timerGather.timerEndAndReport ("Time to gather projections");
 324
 325 #else
 326   Projections pjGlobal (scanner);
 327 #if HAVE_SGP
 328   SGPDriver* pSGPDriver = NULL;
 329   SGP* pSGP = NULL;
 330   if (opt_trace >= Trace::TRACE_PHANTOM) {
 331     pSGPDriver = new SGPDriver ("phm2pj", 600, 600);
 332     pSGP = new SGP (*pSGPDriver);
 333   }
 334   scanner.collectProjections (pjGlobal, phm, opt_trace, pSGP);
 335   if (opt_trace >= Trace::TRACE_PHANTOM) {
 336     std::cout << "Press enter to continue\n";
 337     cio_kb_getc();
 338     delete pSGP;  pSGP = NULL;
 339     delete pSGPDriver;  pSGPDriver = NULL;
 340   }
 341
 342 #else
 343   scanner.collectProjections (pjGlobal, phm, opt_trace);
 344 #endif
 345
 346 #endif
 347
 348 #ifdef HAVE_MPI
 349   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 350 #endif
 351     {
 352       pjGlobal.setCalcTime (timerProgram.timerEnd());
 353       pjGlobal.setRemark (opt_desc);
 354       pjGlobal.write (opt_outfile);
 355       if (opt_verbose) {
 356         phm.print();
 357         std::cout << endl;
 358         ostringstream os;
 359         pjGlobal.printScanInfo (os);
 360         std::cout << os.str() << endl;
 361         std::cout << "  Remark: " << pjGlobal.remark() << endl;
 362         std::cout << "Run time: " << pjGlobal.calcTime() << " seconds\n";
 363       }
 364     }
 365
 366   return (0);
 367 }
 368
 369
 370 /* FUNCTION
 371  *    GatherProjectionsMPI
 372  *
 373  * SYNOPSIS
 374  *    Gather's raysums from all processes in pjLocal in pjGlobal in process 0
 375  */
 376
 377 #ifdef HAVE_MPI
 378 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug)
 379 {
 380   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++) {
 381     DetectorArray& detArray = pjLocal.getDetectorArray(iw);
 382     double viewAngle = detArray.viewAngle();
 383     int nDet = detArray.nDet();
 384     DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 385
 386     mpiWorld.getComm().Send(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0);
 387     mpiWorld.getComm().Send(&nDet, 1, MPI::INT, 0, 0);
 388     mpiWorld.getComm().Send(detval, nDet, MPI::FLOAT, 0, 0);
 389   }
 390
 391   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 392     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 393       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 394         MPI::Status status;
 395         double viewAngle;
 396         int nDet;
 397         DetectorArray& detArray = pjGlobal.getDetectorArray(iw);
 398         DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 399
 400         mpiWorld.getComm().Recv(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, iProc, 0, status);
 401         mpiWorld.getComm().Recv(&nDet, 1, MPI::INT, iProc, 0, status);
 402         mpiWorld.getComm().Recv(detval, nDet, MPI::FLOAT, iProc, 0, status);
 403         detArray.setViewAngle (viewAngle);
 404       }
 405     }
 406   }
 407 }
 408 #endif
 409
 410
 411 #ifndef NO_MAIN
 412 int
 413 main (int argc, char* argv[])
 414 {
 415   int retval = 1;
 416
 417   try {
 418     retval = phm2pj_main(argc, argv);
 419 #if HAVE_DMALLOC
 420     //    dmalloc_shutdown();
 421 #endif
 422   } catch (exception e) {
 423     std::cerr << "Exception: " << e.what() << endl;
 424   } catch (...) {
 425     std::cerr << "Unknown exception\n";
 426   }
 427
 428   return (retval);
 429 }
 430 #endif
 431