PHOS/AliPHOSRawDecoderv1.cxx

   1 /**************************************************************************
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   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
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   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
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  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id$ */
  17
  18 // This class decodes the stream of ALTRO samples to extract
  19 // the PHOS "digits" of current event. Uses fitting procedure
  20 // to separate reasonable samples
  21 //
  22 // Typical use case:
  23 //     AliRawReader* rf = new AliRawReaderDate("2006run2211.raw");
  24 //     AliPHOSRawDecoder dc(rf);
  25 //     while (rf->NextEvent()) {
  26 //       dc.SubtractPedestals(kTRUE);
  27 //       while ( dc.NextDigit() ) {
  28 //         Int_t module = dc.GetModule();
  29 //         Int_t column = dc.GetColumn();
  30 //         Int_t row = dc.GetRow();
  31 //         Double_t amplitude = dc.GetEnergy();
  32 //         Double_t time = dc.GetTime();
  33 //         Bool_t IsLowGain = dc.IsLowGain();
  34 //            ..........
  35 //       }
  36 //     }
  37
  38 // Author: Dmitri Peressounko
  39
  40 // --- ROOT system ---
  41 #include "TList.h"
  42 #include "TMath.h"
  43 #include "TMinuit.h"
  44
  45 #include "TCanvas.h"
  46 #include "TH1.h"
  47 #include "TH2.h"
  48 #include "TF1.h"
  49 #include "TROOT.h"
  50
  51 // --- AliRoot header files ---
  52 //#include "AliLog.h"
  53 #include "AliPHOSRawDecoderv1.h"
  54 #include "AliPHOSPulseGenerator.h"
  55
  56
  57 ClassImp(AliPHOSRawDecoderv1)
  58
  59 //-----------------------------------------------------------------------------
  60   AliPHOSRawDecoderv1::AliPHOSRawDecoderv1():AliPHOSRawDecoder(),
  61 fSampleParamsLow(0x0),fSampleParamsHigh(0x0),fToFit(0x0)
  62 {
  63   //Default constructor.
  64 }
  65
  66 //-----------------------------------------------------------------------------
  67 AliPHOSRawDecoderv1::AliPHOSRawDecoderv1(AliRawReader* rawReader,  AliAltroMapping **mapping):
  68   AliPHOSRawDecoder(rawReader,mapping),
  69   fSampleParamsLow(0x0),fSampleParamsHigh(0x0),fToFit(0x0)
  70 {
  71   //Construct a decoder object.
  72   //Is is user responsibility to provide next raw event
  73   //using AliRawReader::NextEvent().
  74
  75   if(!gMinuit)
  76     gMinuit = new TMinuit(100);
  77   fSampleParamsHigh =new TArrayD(7) ;
  78   fSampleParamsHigh->AddAt(2.174,0) ;
  79   fSampleParamsHigh->AddAt(0.106,1) ;
  80   fSampleParamsHigh->AddAt(0.173,2) ;
  81   fSampleParamsHigh->AddAt(0.06106,3) ;
  82   //last two parameters are pedestal and overflow
  83   fSampleParamsLow=new TArrayD(7) ;
  84   fSampleParamsLow->AddAt(2.456,0) ;
  85   fSampleParamsLow->AddAt(0.137,1) ;
  86   fSampleParamsLow->AddAt(2.276,2) ;
  87   fSampleParamsLow->AddAt(0.08246,3) ;
  88   fToFit = new TList() ;
  89 }
  90
  91 //-----------------------------------------------------------------------------
  92 AliPHOSRawDecoderv1::~AliPHOSRawDecoderv1()
  93 {
  94   //Destructor.
  95   if(fSampleParamsLow){
  96     delete fSampleParamsLow ;
  97     fSampleParamsLow=0 ;
  98   }
  99   if(fSampleParamsHigh){
 100     delete fSampleParamsHigh ;
 101     fSampleParamsHigh=0;
 102   }
 103   if(fToFit){
 104     delete fToFit ;
 105     fToFit=0 ;
 106   }
 107 }
 108
 109 //-----------------------------------------------------------------------------
 110 AliPHOSRawDecoderv1::AliPHOSRawDecoderv1(const AliPHOSRawDecoderv1 &phosDecoder ):
 111   AliPHOSRawDecoder(phosDecoder),
 112   fSampleParamsLow(0x0),fSampleParamsHigh(0x0),fToFit(0x0)
 113 {
 114   //Copy constructor.
 115   fToFit = new TList() ;
 116   fSampleParamsLow =new TArrayD(*(phosDecoder.fSampleParamsLow)) ;
 117   fSampleParamsHigh=new TArrayD(*(phosDecoder.fSampleParamsHigh)) ;
 118 }
 119
 120 //-----------------------------------------------------------------------------
 121 AliPHOSRawDecoderv1& AliPHOSRawDecoderv1::operator = (const AliPHOSRawDecoderv1 &phosDecoder)
 122 {
 123   //Assignment operator.
 124
 125   //  if(this != &phosDecoder) {
 126   //  }
 127   fToFit = new TList() ;
 128   if(fSampleParamsLow){
 129     fSampleParamsLow = phosDecoder.fSampleParamsLow ;
 130     fSampleParamsHigh= phosDecoder.fSampleParamsHigh ;
 131   }
 132   else{
 133     fSampleParamsLow =new TArrayD(*(phosDecoder.fSampleParamsLow)) ;
 134     fSampleParamsHigh=new TArrayD(*(phosDecoder.fSampleParamsHigh)) ;
 135   }
 136   return *this;
 137 }
 138
 139 //-----------------------------------------------------------------------------
 140 Bool_t AliPHOSRawDecoderv1::NextDigit()
 141 {
 142   //Extract an energy deposited in the crystal,
 143   //crystal' position (module,column,row),
 144   //time and gain (high or low).
 145   //First collects sample, then evaluates it and if it has
 146   //reasonable shape, fits it with Gamma2 function and extracts
 147   //energy and time.
 148
 149 //Debug=====================
 150 //  TCanvas * c = 0; //(TCanvas*)gROOT->FindObjectAny("CSample") ;
 151 //  if(!c)
 152 //    c = new TCanvas("CSample","CSample") ;
 153 //
 154 //  TH1D * h = 0 ; //(TH1D*)gROOT->FindObjectAny("hSample") ;
 155 //  if(!h)
 156 //    h=new TH1D("hSample","",200,0.,200.) ;
 157 //
 158 //  TF1 * fff = 0 ; //(TF1*)gROOT->FindObjectAny("fff") ;
 159 //  if(!fff)
 160 //    fff = new TF1("fff","[0]+[1]*((abs(x-[2]))^[3]*exp(-(x-[2])*[4])+[5]*(x-[2])*(x-[2])*exp(-(x-[2])*[6]))",0.,1000.) ;
 161 //End debug===========
 162
 163   AliCaloRawStream* in = fCaloStream;
 164
 165   Int_t    iBin     = fSamples->GetSize() ;
 166   Int_t    tLength  = 0;
 167   fEnergy = -111;
 168   Float_t pedMean = 0;
 169   Int_t   nPed = 0;
 170   Float_t baseLine = 1.0;
 171   const Float_t nPreSamples = 10;
 172   fQuality= 999. ;
 173   const Float_t sampleMaxHG=102.332 ;  //maximal height of HG sample with given parameterization
 174   const Float_t sampleMaxLG=277.196 ;  //maximal height of HG sample with given parameterization
 175   const Float_t maxEtoFit=5 ; //fit only samples above this energy, accept all samples (with good aRMS) below it
 176
 177   while ( in->Next() ) {
 178
 179     if(!tLength) {
 180       tLength = in->GetTimeLength();
 181       if(tLength!=fSamples->GetSize()) {
 182         delete fSamples ;
 183         delete fTimes ;
 184         fSamples = new TArrayI(tLength);
 185         fTimes = new TArrayI(tLength);
 186         iBin= fSamples->GetSize() ;
 187       }
 188       else{
 189         fSamples->Reset() ;
 190       }
 191     }
 192
 193     // Fit the full sample
 194     if(in->IsNewHWAddress() && iBin != fSamples->GetSize()) {
 195
 196       //First remember new sample
 197       fNewLowGainFlag = in->IsLowGain();
 198       fNewModule = in->GetModule()+1;
 199       fNewRow    = in->GetRow()   +1;
 200       fNewColumn = in->GetColumn()+1;
 201       fNewAmp = in->GetSignal() ;
 202       fNewTime=in->GetTime() ;
 203       //new handle already collected
 204       Double_t pedestal =0. ;
 205       if(fPedSubtract){
 206         if (nPed > 0)
 207           pedestal = (Double_t)(pedMean/nPed);
 208         else
 209           return kFALSE;
 210       }
 211
 212       //calculate time and energy
 213       Int_t maxBin=0 ;
 214       Int_t maxAmp=0 ;
 215       Double_t aMean=0. ;
 216       Double_t aRMS=0. ;
 217       Double_t wts=0 ;
 218       Int_t tStart = 0 ;
 219       for(Int_t i=iBin; i<fSamples->GetSize(); i++){
 220         if(fSamples->At(i)>0){
 221           Double_t de=fSamples->At(i)-pedestal ;
 222           if(de>1.){
 223             aMean+=de*i ;
 224             aRMS+=de*i*i ;
 225             wts+=de;
 226           }
 227           if(de>2 && tStart==0)
 228             tStart=i ;
 229           if(maxAmp<fSamples->At(i)){
 230             maxBin=i ;
 231             maxAmp=fSamples->At(i) ;
 232           }
 233         }
 234       }
 235       if(maxBin==fSamples->GetSize()-1){//bad "rising" sample
 236         fEnergy=0. ;
 237         fTime=-999.;
 238         fQuality= 999. ;
 239         return kTRUE ;
 240       }
 241       fEnergy=Double_t(maxAmp)-pedestal ;
 242       fOverflow =0 ;  //look for plato on the top of sample
 243       if(fEnergy>500 &&  //this is not fluctuation of soft sample
 244          maxBin<fSamples->GetSize()-1 && fSamples->At(maxBin+1)==maxAmp){ //and there is a plato
 245          fOverflow = kTRUE ;
 246       }
 247
 248       if(wts>0){
 249         aMean/=wts;
 250         aRMS=aRMS/wts-aMean*aMean;
 251       }
 252
 253       //do not take too small energies
 254       if(fEnergy < baseLine)
 255          fEnergy = 0;
 256
 257       //do not test quality of too soft samples
 258       if(fEnergy<maxEtoFit){
 259         fTime=fTimes->At(tStart);
 260         if(aRMS<2.) //sigle peak
 261           fQuality=999. ;
 262         else
 263           fQuality= 0. ;
 264         return kTRUE ;
 265       }
 266
 267
 268 //Debug:=====Draw sample
 269 //if(fEnergy>pedestal+10.){
 270 //if(fLowGainFlag && fEnergy>2){
 271 //  if(!c)
 272 //    if(!fLowGainFlag && fRow==32 && fColumn==18){
 273 //    TCanvas *c = new TCanvas("CSample","CSample") ;
 274 //    c->cd() ;
 275 //    h->Draw() ;
 276 //    c->Update() ;
 277 // printf("fEnergy=%f, aRMS=%f \n",fEnergy,aRMS) ;
 278 //getchar() ;
 279 //}
 280 //======================
 281
 282       //IF sample has reasonable mean and RMS, try to fit it with gamma2
 283
 284         gMinuit->mncler();                     // Reset Minuit's list of paramters
 285         gMinuit->SetPrintLevel(-1) ;           // No Printout
 286         gMinuit->SetFCN(AliPHOSRawDecoderv1::UnfoldingChiSquare) ;
 287         // To set the address of the minimization function
 288
 289        fToFit->Clear() ;
 290        Double_t b,bmin,bmax ;
 291        if(fLowGainFlag){
 292          fSampleParamsLow->AddAt(pedestal,4) ;
 293          if(fOverflow)
 294            fSampleParamsLow->AddAt(double(maxAmp),5) ;
 295          else
 296            fSampleParamsLow->AddAt(double(1023),5) ;
 297          fSampleParamsLow->AddAt(double(iBin),6) ;
 298          fToFit->AddFirst((TObject*)fSampleParamsLow) ;
 299          b=fSampleParamsLow->At(2) ;
 300          bmin=0.5 ;
 301          bmax=10. ;
 302        }
 303        else{
 304          fSampleParamsHigh->AddAt(pedestal,4) ;
 305          if(fOverflow)
 306            fSampleParamsHigh->AddAt(double(maxAmp),5) ;
 307          else
 308            fSampleParamsHigh->AddAt(double(1023),5);
 309          fSampleParamsHigh->AddAt(double(iBin),6);
 310          fToFit->AddFirst((TObject*)fSampleParamsHigh) ;
 311          b=fSampleParamsHigh->At(2) ;
 312          bmin=0.05 ;
 313          bmax=0.4 ;
 314         }
 315         fToFit->AddLast((TObject*)fSamples) ;
 316         fToFit->AddLast((TObject*)fTimes) ;
 317
 318         gMinuit->SetObjectFit((TObject*)fToFit) ;         // To tranfer pointer to UnfoldingChiSquare
 319         Int_t ierflg ;
 320         gMinuit->mnparm(0, "t0",  1.*tStart, 0.01, 0, 0, ierflg) ;
 321         if(ierflg != 0){
 322 //        AliWarning(Form("Unable to set initial value for fit procedure : t0=%e\n",1.*tStart) ) ;
 323           fEnergy=0. ;
 324           fTime=-999. ;
 325           fQuality=999 ;
 326           return kTRUE ; //will scan further
 327         }
 328         Double_t amp0;
 329         if(fLowGainFlag)
 330           amp0=fEnergy/sampleMaxLG;
 331         else
 332           amp0=fEnergy/sampleMaxHG;
 333
 334         gMinuit->mnparm(1, "Energy", amp0 , 0.01*amp0, 0, 0, ierflg) ;
 335         if(ierflg != 0){
 336 //        AliWarning(Form("Unable to set initial value for fit procedure : E=%e\n", amp0)) ;
 337           fEnergy=0. ;
 338           fTime=-999. ;
 339           fQuality=999 ;
 340           return kTRUE ; //will scan further
 341         }
 342
 343         gMinuit->mnparm(2, "p2", b, 0.01*b, bmin, bmax, ierflg) ;
 344         if(ierflg != 0){
 345 //        AliWarning(Form("Unable to set initial value for fit procedure : E=%e\n", amp0)) ;
 346           fEnergy=0. ;
 347           fTime=-999. ;
 348           fQuality=999 ;
 349           return kTRUE ; //will scan further
 350         }
 351
 352
 353         Double_t p0 = 0.0001 ; // "Tolerance" Evaluation stops when EDM = 0.0001*p0 ; The number of function call slightly
 354         //  depends on it.
 355         Double_t p1 = 1.0 ;
 356         Double_t p2 = 0.0 ;
 357         gMinuit->mnexcm("SET STR", &p2, 0, ierflg) ;   // force TMinuit to reduce function calls
 358         gMinuit->mnexcm("SET GRA", &p1, 1, ierflg) ;   // force TMinuit to use my gradient
 359         //      gMinuit->SetMaxIterations(100);
 360         gMinuit->mnexcm("SET NOW", &p2 , 0, ierflg) ;  // No Warnings
 361
 362         gMinuit->mnexcm("MIGRAD", &p0, 0, ierflg) ;    // minimize
 363
 364
 365         Double_t err,t0err ;
 366         Double_t t0,efit ;
 367         gMinuit->GetParameter(0,t0, t0err) ;
 368         gMinuit->GetParameter(1,efit, err) ;
 369
 370         Double_t bfit, berr ;
 371         gMinuit->GetParameter(2,bfit,berr) ;
 372
 373         //Calculate total energy
 374         //this isparameterization of depetendence of pulse height on parameter b
 375         if(fLowGainFlag)
 376           efit*=99.54910 + 78.65038*bfit ;
 377         else
 378           efit*=80.33109+128.6433*bfit ;
 379
 380         if(efit<0. || efit > 10000.){
 381 //leave energy as previously found max
 382 //          fEnergy=0 ; //bad sample
 383           fTime=-999.;
 384           fQuality=999 ;
 385           return kTRUE;
 386         }
 387
 388         //evaluate fit quality
 389         Double_t fmin,fedm,errdef ;
 390         Int_t npari,nparx,istat;
 391         gMinuit->mnstat(fmin,fedm,errdef,npari,nparx,istat) ;
 392         fQuality=fmin/(fSamples->GetSize()-iBin) ;
 393         //compare quality with some parameterization
 394         if(fLowGainFlag){
 395           fQuality/=2.+0.002*fEnergy ;
 396         }
 397         else{
 398           fQuality/=0.75+0.0025*fEnergy ;
 399         }
 400
 401 //Debug================
 402 //        Double_t n,alpha,beta ;
 403 //        if(fLowGainFlag){
 404 //          n=fSampleParamsLow->At(0) ;
 405 //          alpha=fSampleParamsLow->At(1) ;
 406 //          beta=fSampleParamsLow->At(3) ;
 407 //        }
 408 //        else{
 409 //          n=fSampleParamsHigh->At(0) ;
 410 //          alpha=fSampleParamsHigh->At(1) ;
 411 //          beta=fSampleParamsHigh->At(3) ;
 412 //        }
 413 //
 414 //    if( fQuality > 1 && fEnergy > 20. && !fOverflow){
 415 //    if(!fLowGainFlag && fRow==32 && fColumn==18){
 416 //    printf("Col=%d, row=%d, qual=%f, E=%f, t0=%f, b=%f\n",fColumn,fRow,fQuality,efit,t0,bfit) ;
 417 //    TCanvas * c = new TCanvas("samp") ;
 418 //    c->cd() ;
 419 //    h->Draw() ;
 420 //    if(fLowGainFlag){
 421 //      fff->SetParameters(pedestal,efit/sampleMaxLG,t0,n,alpha,bfit,beta) ;
 422 //    }
 423 //    else{
 424 //     fff->SetParameters(pedestal,efit/sampleMaxHG,t0,n,alpha,bfit,beta) ;
 425 //    }
 426 ////    for(Int_t i=1;i<=h->GetNbinsX(); i++){
 427 //       Double_t x=h->GetBinCenter(i) ;
 428 //       h->SetBinContent(i,h->GetBinContent(i)-fff->Eval(x)) ;
 429 //    }
 430 //    h->SetMinimum(-15.) ;
 431 //    h->SetMaximum(15.) ;
 432 //    h->Draw() ;
 433 //    fff->Draw("same") ;
 434 //    c->Update();
 435 //    getchar() ;
 436 //    }
 437 //====================
 438
 439       fEnergy=efit ;
 440       fTime=t0 ;
 441
 442
 443       return kTRUE;
 444     }
 445
 446     fLowGainFlag = in->IsLowGain();
 447     fModule = in->GetModule()+1;
 448     fRow    = in->GetRow()   +1;
 449     fColumn = in->GetColumn()+1;
 450
 451     //add previouly taken if coincides
 452     if(fLowGainFlag==fNewLowGainFlag && fModule==fNewModule &&
 453        fRow==fNewRow && fColumn==fNewColumn){
 454        iBin--;
 455        if(fPedSubtract && fNewTime < nPreSamples) {
 456          pedMean += in->GetSignal();
 457          nPed++;
 458        }
 459        fSamples->AddAt(fNewAmp,iBin);
 460        fTimes->AddAt(fNewTime,iBin);
 461
 462        //Mark that we already take it
 463        fNewModule=-1 ;
 464     }
 465
 466     // Fill array with samples
 467     iBin--;
 468     if(fPedSubtract && (in->GetTime() < nPreSamples)) {
 469       pedMean += in->GetSignal();
 470       nPed++;
 471     }
 472     fSamples->AddAt(in->GetSignal(),iBin);
 473     fTimes->AddAt(in->GetTime(),iBin);
 474
 475 //Debug==============
 476 //    h->SetBinContent(iBin,in->GetSignal()) ;
 477
 478   } // in.Next()
 479
 480   return kFALSE;
 481 }
 482 //_____________________________________________________________________________
 483 void AliPHOSRawDecoderv1::UnfoldingChiSquare(Int_t & /*nPar*/, Double_t * Grad, Double_t & fret, Double_t * x, Int_t iflag)
 484 {
 485   // Number of parameters, Gradient, Chi squared, parameters, what to do
 486
 487   TList * toFit= (TList*)gMinuit->GetObjectFit() ;
 488   TArrayD * params=(TArrayD*)toFit->At(0) ;
 489   TArrayI * samples = (TArrayI*)toFit->At(1) ;
 490   TArrayI * times = (TArrayI*)toFit->At(2) ;
 491
 492   fret = 0. ;
 493   if(iflag == 2)
 494     for(Int_t iparam = 0 ; iparam < 3 ; iparam++)
 495       Grad[iparam] = 0 ; // Will evaluate gradient
 496
 497   Double_t t0=x[0] ;
 498   Double_t en=x[1] ;
 499   Double_t b=x[2] ;
 500   Double_t n=params->At(0) ;
 501   Double_t alpha=params->At(1) ;
 502   Double_t beta=params->At(3) ;
 503   Double_t ped=params->At(4) ;
 504
 505   Double_t overflow=params->At(5) ;
 506   Int_t iBin = (Int_t) params->At(6) ;
 507   Int_t nSamples=TMath::Min(iBin+70,samples->GetSize()) ; //Here we set number of points to fit (70)
 508
 509   Int_t tStep=times->At(iBin+1)-times->At(iBin) ;
 510   Double_t ddt=TMath::Ceil(t0)-t0-tStep ;
 511   Double_t exp1=TMath::Exp(-alpha*ddt) ;
 512   Double_t exp2=TMath::Exp(-beta*ddt) ;
 513   Double_t dexp1=TMath::Exp(-alpha*tStep) ;
 514   Double_t dexp2=TMath::Exp(-beta*tStep) ;
 515   for(Int_t i = iBin; i<nSamples ; i++) {
 516     Double_t fsample = double(samples->At(i)) ;
 517 //    if(fsample>=overflow)
 518 //      continue ;
 519     Double_t dt=double(times->At(i))-t0 ;
 520     Double_t diff ;
 521     if(dt<=0.){
 522       diff=fsample - ped ;
 523       fret += diff*diff ;
 524       continue ;
 525     }
 526     exp1*=dexp1 ;
 527     exp2*=dexp2 ;
 528     Double_t dtn=TMath::Power(dt,n) ;
 529     Double_t dtnE=dtn*exp1 ;
 530     Double_t dt2E=dt*dt*exp2 ;
 531     Double_t fit=ped+en*(dtnE + b*dt2E) ;
 532     if(fit>=overflow){
 533       diff=fsample-overflow ;
 534       fret += diff*diff ;
 535       //zero gradient here
 536     }
 537     else{
 538       diff = fsample - fit ;
 539       fret += diff*diff ;
 540       if(iflag == 2){  // calculate gradient
 541         Grad[0] += en*diff*(dtnE*(n/dt-alpha)+b*dt2E*(2./dt-beta))  ; //derivative over t0
 542         Grad[1] -= diff*(dtnE+b*dt2E) ;
 543         Grad[2] -= en*diff*dt2E ;
 544       }
 545     }
 546   }
 547   if(iflag == 2)
 548     for(Int_t iparam = 0 ; iparam < 3 ; iparam++)
 549       Grad[iparam] *= 2. ;
 550 }
 551 //-----------------------------------------------------------------------------
 552 Double_t AliPHOSRawDecoderv1::Gamma2(Double_t dt,Double_t en,Double_t b,TArrayD * params){  //Function for fitting samples
 553   //parameters:
 554   //dt-time after start
 555   //en-amplutude
 556   //function parameters
 557
 558   Double_t ped=params->At(4) ;
 559   if(dt<0.)
 560     return ped ; //pedestal
 561   else
 562     return ped+en*(TMath::Power(dt,params->At(0))*TMath::Exp(-dt*params->At(1))+b*dt*dt*TMath::Exp(-dt*params->At(3))) ;
 563 }
 564