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 1.30 2001/04/02 03:49:52 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 1.30 2001/04/02 03:49:52 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 << "        shepp-logan   Shepp-Logan head phantom\n";
  69   std::cout << "        unit-pulse     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       Angle to rotate view through (fraction of a circle)\n";
  74   std::cout << "                      (default = select appropriate for geometry)\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 view area)\n";
  80   std::cout << "                      (default = 2)\n";
  81   std::cout << "     --center-detector-length  Distance from center of phantom to detector array\n";
  82   std::cout << "                      (ratio to radius of view area) (default = 2)\n";
  83   std::cout << "     --view-ratio     Length to view (view diameter to phantom diameter)\n";
  84   std::cout << "                      (default = 1)\n";
  85   std::cout << "     --scan-ratio     Length to scan (scan diameter to view diameter)\n";
  86   std::cout << "                      (default = 1)\n";
  87   std::cout << "     --trace          Trace level to use\n";
  88   std::cout << "        none          No tracing (default)\n";
  89   std::cout << "        console       Trace text level\n";
  90   std::cout << "        phantom       Trace phantom image\n";
  91   std::cout << "        proj          Trace projections\n";
  92   std::cout << "        plot          Trace plot\n";
  93   std::cout << "        clipping      Trace clipping\n";
  94   std::cout << "     --verbose        Verbose mode\n";
  95   std::cout << "     --debug          Debug mode\n";
  96   std::cout << "     --version        Print version\n";
  97   std::cout << "     --help           Print this help message\n";
  98 }
  99
 100 #ifdef HAVE_MPI
 101 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug);
 102 #endif
 103
 104 int
 105 phm2pj_main (int argc, char* const argv[])
 106 {
 107   Phantom phm;
 108   std::string optGeometryName = Scanner::convertGeometryIDToName(Scanner::GEOMETRY_PARALLEL);
 109   char *opt_outfile = NULL;
 110   std::string opt_desc;
 111   std::string optPhmName;
 112   std::string optPhmFileName;
 113   int opt_ndet;
 114   int opt_nview;
 115   int opt_nray = 1;
 116   double dOptFocalLength = 2.;
 117   double dOptCenterDetectorLength = 2.;
 118   double dOptViewRatio = 1.;
 119   double dOptScanRatio = 1.;
 120   int opt_trace = Trace::TRACE_NONE;
 121   int opt_verbose = 0;
 122   int opt_debug = 0;
 123   double opt_rotangle = -1;
 124   char* endptr = NULL;
 125   char* endstr;
 126
 127 #ifdef HAVE_MPI
 128   MPIWorld mpiWorld (argc, argv);
 129 #endif
 130
 131   Timer timerProgram;
 132
 133 #ifdef HAVE_MPI
 134   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 135 #endif
 136     while (1) {
 137       int c = getopt_long(argc, argv, "", phm2pj_options, NULL);
 138
 139       if (c == -1)
 140         break;
 141
 142       switch (c) {
 143       case O_PHANTOM:
 144         optPhmName = optarg;
 145         break;
 146       case O_PHMFILE:
 147         optPhmFileName = optarg;
 148         break;
 149       case O_VERBOSE:
 150         opt_verbose = 1;
 151         break;
 152       case O_DEBUG:
 153         opt_debug = 1;
 154         break;
 155         break;
 156       case O_TRACE:
 157         if ((opt_trace = Trace::convertTraceNameToID(optarg)) == Trace::TRACE_INVALID) {
 158           phm2pj_usage(argv[0]);
 159           return (1);
 160         }
 161         break;
 162       case O_DESC:
 163         opt_desc = optarg;
 164         break;
 165       case O_ROTANGLE:
 166         opt_rotangle = strtod(optarg, &endptr);
 167         endstr = optarg + strlen(optarg);
 168         if (endptr != endstr) {
 169           std::cerr << "Error setting --rotangle to " << optarg << std::endl;
 170           phm2pj_usage(argv[0]);
 171           return (1);
 172         }
 173         break;
 174       case O_GEOMETRY:
 175         optGeometryName = optarg;
 176         break;
 177       case O_FOCAL_LENGTH:
 178         dOptFocalLength = strtod(optarg, &endptr);
 179         endstr = optarg + strlen(optarg);
 180         if (endptr != endstr) {
 181           std::cerr << "Error setting --focal-length to " << optarg << std::endl;
 182           phm2pj_usage(argv[0]);
 183           return (1);
 184         }
 185         break;
 186       case O_CENTER_DETECTOR_LENGTH:
 187         dOptCenterDetectorLength = strtod(optarg, &endptr);
 188         endstr = optarg + strlen(optarg);
 189         if (endptr != endstr) {
 190           std::cerr << "Error setting --center-detector-length to " << optarg << std::endl;
 191           phm2pj_usage(argv[0]);
 192           return (1);
 193         }
 194         break;
 195       case O_VIEW_RATIO:
 196         dOptViewRatio = strtod(optarg, &endptr);
 197         endstr = optarg + strlen(optarg);
 198         if (endptr != endstr) {
 199           std::cerr << "Error setting --view-ratio to " << optarg << std::endl;
 200           phm2pj_usage(argv[0]);
 201           return (1);
 202         }
 203         break;
 204       case O_SCAN_RATIO:
 205         dOptScanRatio = strtod(optarg, &endptr);
 206         endstr = optarg + strlen(optarg);
 207         if (endptr != endstr) {
 208           std::cerr << "Error setting --scan-ratio to " << optarg << std::endl;
 209           phm2pj_usage(argv[0]);
 210           return (1);
 211         }
 212         break;
 213       case O_NRAY:
 214         opt_nray = strtol(optarg, &endptr, 10);
 215         endstr = optarg + strlen(optarg);
 216         if (endptr != endstr) {
 217           std::cerr << "Error setting --nray to %s" << optarg << std::endl;
 218           phm2pj_usage(argv[0]);
 219           return (1);
 220         }
 221         break;
 222       case O_VERSION:
 223 #ifdef VERSION
 224         std::cout << "Version: " << VERSION << std::endl << g_szIdStr << std::endl;
 225 #else
 226         std::cout << "Unknown version number\n";
 227 #endif
 228         return (0);
 229       case O_HELP:
 230       case '?':
 231         phm2pj_usage(argv[0]);
 232         return (0);
 233       default:
 234         phm2pj_usage(argv[0]);
 235         return (1);
 236       }
 237     }
 238
 239     if (optPhmName == "" && optPhmFileName == "") {
 240       std::cerr << "No phantom defined\n" << std::endl;
 241       phm2pj_usage(argv[0]);
 242       return (1);
 243     }
 244     if (optind + 3 != argc) {
 245       phm2pj_usage(argv[0]);
 246       return (1);
 247     }
 248
 249     opt_outfile = argv[optind];
 250     opt_ndet = strtol(argv[optind+1], &endptr, 10);
 251     endstr = argv[optind+1] + strlen(argv[optind+1]);
 252     if (endptr != endstr) {
 253       std::cerr << "Error setting --ndet to " << argv[optind+1] << std::endl;
 254       phm2pj_usage(argv[0]);
 255       return (1);
 256     }
 257     opt_nview = strtol(argv[optind+2], &endptr, 10);
 258     endstr = argv[optind+2] + strlen(argv[optind+2]);
 259     if (endptr != endstr) {
 260       std::cerr << "Error setting --nview to " << argv[optind+2] << std::endl;
 261       phm2pj_usage(argv[0]);
 262       return (1);
 263     }
 264
 265     if (opt_rotangle < 0) {
 266       if (optGeometryName.compare ("parallel") == 0)
 267         opt_rotangle = 0.5;
 268       else
 269         opt_rotangle = 1.0;
 270     }
 271
 272     std::ostringstream desc;
 273     desc << "phm2pj: NDet=" << opt_ndet << ", Nview=" << opt_nview << ", NRay=" << opt_nray << ", RotAngle=" << opt_rotangle << ", Geometry=" << optGeometryName << ", ";
 274     if (optPhmFileName.length()) {
 275       desc << "PhantomFile=" << optPhmFileName;
 276     } else if (optPhmName != "") {
 277       desc << "Phantom=" << optPhmName;
 278     }
 279     if (opt_desc.length()) {
 280       desc << ": " << opt_desc;
 281     }
 282     opt_desc = desc.str();
 283
 284     if (optPhmName != "") {
 285       phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 286       if (phm.fail()) {
 287         std::cout << phm.failMessage() << std::endl << std::endl;
 288         phm2pj_usage(argv[0]);
 289         return (1);
 290       }
 291     }
 292
 293     if (optPhmFileName != "") {
 294 #ifdef HAVE_MPI
 295       std::cerr << "Can not read phantom from file in MPI mode\n";
 296       return (1);
 297 #endif
 298       phm.createFromFile (optPhmFileName.c_str());
 299     }
 300
 301 #ifdef HAVE_MPI
 302   }
 303 #endif
 304
 305 #ifdef HAVE_MPI
 306   TimerCollectiveMPI timerBcast(mpiWorld.getComm());
 307   mpiWorld.BcastString (optPhmName);
 308   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_rotangle, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 309   mpiWorld.getComm().Bcast (&dOptFocalLength, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 310   mpiWorld.getComm().Bcast (&dOptCenterDetectorLength, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 311   mpiWorld.getComm().Bcast (&dOptViewRatio, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 312   mpiWorld.getComm().Bcast (&dOptScanRatio, 1, MPI::DOUBLE, 0);
 313   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nview, 1, MPI::INT, 0);
 314   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_ndet, 1, MPI::INT, 0);
 315   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_nray, 1, MPI::INT, 0);
 316   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_verbose, 1, MPI::INT, 0);
 317   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_debug, 1, MPI::INT, 0);
 318   mpiWorld.getComm().Bcast (&opt_trace, 1, MPI::INT, 0);
 319   if (opt_verbose)
 320     timerBcast.timerEndAndReport ("Time to broadcast variables");
 321
 322   if (mpiWorld.getRank() > 0 && optPhmName != "")
 323     phm.createFromPhantom (optPhmName.c_str());
 324 #endif
 325
 326   opt_rotangle *= TWOPI;
 327   Scanner scanner (phm, optGeometryName.c_str(), opt_ndet, opt_nview, opt_nray, opt_rotangle, dOptFocalLength,
 328     dOptCenterDetectorLength, dOptViewRatio, dOptScanRatio);
 329   if (scanner.fail()) {
 330     std::cout << "Scanner Creation Error: " << scanner.failMessage() << std::endl;
 331     return (1);
 332   }
 333 #ifdef HAVE_MPI
 334   mpiWorld.setTotalWorkUnits (opt_nview);
 335
 336   Projections pjGlobal;
 337   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 338     pjGlobal.initFromScanner (scanner);
 339
 340   if (opt_verbose) {
 341     std::ostringstream os;
 342     pjGlobal.printScanInfo(os);
 343     std::cout << os.str();
 344   }
 345
 346   Projections pjLocal (scanner);
 347   pjLocal.setNView (mpiWorld.getMyLocalWorkUnits());
 348
 349   if (opt_debug)
 350     std::cout << "pjLocal->nview = " << pjLocal.nView() << " (process " << mpiWorld.getRank() << ")\n";;
 351
 352   TimerCollectiveMPI timerProject (mpiWorld.getComm());
 353   scanner.collectProjections (pjLocal, phm, mpiWorld.getMyStartWorkUnit(), mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(), false, opt_trace);
 354   if (opt_verbose)
 355     timerProject.timerEndAndReport ("Time to collect projections");
 356
 357   TimerCollectiveMPI timerGather (mpiWorld.getComm());
 358   GatherProjectionsMPI (mpiWorld, pjGlobal, pjLocal, opt_debug);
 359   if (opt_verbose)
 360     timerGather.timerEndAndReport ("Time to gather projections");
 361
 362 #else
 363   Projections pjGlobal (scanner);
 364   scanner.collectProjections (pjGlobal, phm, opt_trace);
 365 #endif
 366
 367 #ifdef HAVE_MPI
 368   if (mpiWorld.getRank() == 0)
 369 #endif
 370   {
 371     pjGlobal.setCalcTime (timerProgram.timerEnd());
 372     pjGlobal.setRemark (opt_desc);
 373     pjGlobal.write (opt_outfile);
 374     if (opt_verbose) {
 375       phm.print (std::cout);
 376       std::cout << std::endl;
 377       std::ostringstream os;
 378       pjGlobal.printScanInfo (os);
 379       std::cout << os.str() << std::endl;
 380       std::cout << "  Remark: " << pjGlobal.remark() << std::endl;
 381       std::cout << "Run time: " << pjGlobal.calcTime() << " seconds\n";
 382     }
 383   }
 384
 385   return (0);
 386 }
 387
 388
 389 /* FUNCTION
 390 *    GatherProjectionsMPI
 391 *
 392 * SYNOPSIS
 393 *    Gather's raysums from all processes in pjLocal in pjGlobal in process 0
 394 */
 395
 396 #ifdef HAVE_MPI
 397 void GatherProjectionsMPI (MPIWorld& mpiWorld, Projections& pjGlobal, Projections& pjLocal, const int opt_debug)
 398 {
 399   for (int iw = 0; iw < mpiWorld.getMyLocalWorkUnits(); iw++) {
 400     DetectorArray& detArray = pjLocal.getDetectorArray(iw);
 401     double viewAngle = detArray.viewAngle();
 402     int nDet = detArray.nDet();
 403     DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 404
 405     mpiWorld.getComm().Send(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, 0, 0);
 406     mpiWorld.getComm().Send(&nDet, 1, MPI::INT, 0, 0);
 407     mpiWorld.getComm().Send(detval, nDet, MPI::FLOAT, 0, 0);
 408   }
 409
 410   if (mpiWorld.getRank() == 0) {
 411     for (int iProc = 0; iProc < mpiWorld.getNumProcessors(); iProc++) {
 412       for (int iw = mpiWorld.getStartWorkUnit(iProc); iw <= mpiWorld.getEndWorkUnit(iProc); iw++) {
 413         MPI::Status status;
 414         double viewAngle;
 415         int nDet;
 416         DetectorArray& detArray = pjGlobal.getDetectorArray(iw);
 417         DetectorValue* detval = detArray.detValues();
 418
 419         mpiWorld.getComm().Recv(&viewAngle, 1, MPI::DOUBLE, iProc, 0, status);
 420         mpiWorld.getComm().Recv(&nDet, 1, MPI::INT, iProc, 0, status);
 421         mpiWorld.getComm().Recv(detval, nDet, MPI::FLOAT, iProc, 0, status);
 422         detArray.setViewAngle (viewAngle);
 423       }
 424     }
 425   }
 426 }
 427 #endif
 428
 429
 430 #ifndef NO_MAIN
 431 int
 432 main (int argc, char* argv[])
 433 {
 434   int retval = 1;
 435
 436   try {
 437     retval = phm2pj_main(argc, argv);
 438 #if HAVE_DMALLOC
 439     //    dmalloc_shutdown();
 440 #endif
 441   } catch (exception e) {
 442     std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
 443   } catch (...) {
 444     std::cerr << "Unknown exception\n";
 445   }
 446
 447   return (retval);
 448 }
 449 #endif
 450