PHOS/AliPHOSRawFitterv1.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * Copyright(c) 2007, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved.      *
   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
   7  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
   9  * without fee, provided that the above copyright notice appears in all   *
  10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
  11  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
  12  * about the suitability of this software for any purpose. It is          *
  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id: $ */
  17
  18 // This class extracts the signal parameters (energy, time, quality)
  19 // from ALTRO samples. Energy is in ADC counts, time is in time bin units.
  20 // A fitting algorithm evaluates the energy and the time from Minuit minimization
  21 //
  22 // Typical use case:
  23 //     AliPHOSRawFitter *fitter=new AliPHOSRawFitter();
  24 //     fitter->SetChannelGeo(module,cellX,cellZ,caloFlag);
  25 //     fitter->SetCalibData(fgCalibData) ;
  26 //     fitter->Eval(sig,sigStart,sigLength);
  27 //     Double_t amplitude = fitter.GetEnergy();
  28 //     Double_t time      = fitter.GetTime();
  29 //     Bool_t   isLowGain = fitter.GetCaloFlag()==0;
  30
  31 // Author: Dmitri Peressounko (Oct.2008)
  32 // Modified: Yuri Kharlov (Jul.2009)
  33
  34 // --- ROOT system ---
  35 #include "TArrayD.h"
  36 #include "TList.h"
  37 #include "TMath.h"
  38 #include "TMinuit.h"
  39 #include "TCanvas.h"
  40 #include "TH1.h"
  41 #include "TH2.h"
  42 #include "TF1.h"
  43 #include "TROOT.h"
  44
  45 // --- AliRoot header files ---
  46 #include "AliLog.h"
  47 #include "AliPHOSCalibData.h"
  48 #include "AliPHOSRawFitterv1.h"
  49 #include "AliPHOSPulseGenerator.h"
  50
  51 ClassImp(AliPHOSRawFitterv1)
  52
  53 //-----------------------------------------------------------------------------
  54 AliPHOSRawFitterv1::AliPHOSRawFitterv1():
  55   AliPHOSRawFitterv0(),
  56   fSampleParamsLow(0x0),
  57   fSampleParamsHigh(0x0),
  58   fToFit(0x0)
  59 {
  60   //Default constructor.
  61   if(!gMinuit)
  62     gMinuit = new TMinuit(100);
  63   fSampleParamsHigh =new TArrayD(7) ;
  64   fSampleParamsHigh->AddAt(2.174,0) ;
  65   fSampleParamsHigh->AddAt(0.106,1) ;
  66   fSampleParamsHigh->AddAt(0.173,2) ;
  67   fSampleParamsHigh->AddAt(0.06106,3) ;
  68   //last two parameters are pedestal and overflow
  69   fSampleParamsLow=new TArrayD(7) ;
  70   fSampleParamsLow->AddAt(2.456,0) ;
  71   fSampleParamsLow->AddAt(0.137,1) ;
  72   fSampleParamsLow->AddAt(2.276,2) ;
  73   fSampleParamsLow->AddAt(0.08246,3) ;
  74   fToFit = new TList() ;
  75 }
  76
  77 //-----------------------------------------------------------------------------
  78 AliPHOSRawFitterv1::~AliPHOSRawFitterv1()
  79 {
  80   //Destructor.
  81   if(fSampleParamsLow){
  82     delete fSampleParamsLow ;
  83     fSampleParamsLow=0 ;
  84   }
  85   if(fSampleParamsHigh){
  86     delete fSampleParamsHigh ;
  87     fSampleParamsHigh=0;
  88   }
  89   if(fToFit){
  90     delete fToFit ;
  91     fToFit=0 ;
  92   }
  93 }
  94
  95 //-----------------------------------------------------------------------------
  96 AliPHOSRawFitterv1::AliPHOSRawFitterv1(const AliPHOSRawFitterv1 &phosFitter ):
  97   AliPHOSRawFitterv0(phosFitter),
  98   fSampleParamsLow(0x0),
  99   fSampleParamsHigh(0x0),
 100   fToFit(0x0)
 101 {
 102   //Copy constructor.
 103   fToFit = new TList() ;
 104   fSampleParamsLow =new TArrayD(*(phosFitter.fSampleParamsLow)) ;
 105   fSampleParamsHigh=new TArrayD(*(phosFitter.fSampleParamsHigh)) ;
 106 }
 107
 108 //-----------------------------------------------------------------------------
 109 AliPHOSRawFitterv1& AliPHOSRawFitterv1::operator = (const AliPHOSRawFitterv1 &phosFitter)
 110 {
 111   //Assignment operator.
 112
 113   fToFit = new TList() ;
 114   if(fSampleParamsLow){
 115     fSampleParamsLow = phosFitter.fSampleParamsLow ;
 116     fSampleParamsHigh= phosFitter.fSampleParamsHigh ;
 117   }
 118   else{
 119     fSampleParamsLow =new TArrayD(*(phosFitter.fSampleParamsLow)) ;
 120     fSampleParamsHigh=new TArrayD(*(phosFitter.fSampleParamsHigh)) ;
 121   }
 122   return *this;
 123 }
 124
 125 //-----------------------------------------------------------------------------
 126 Bool_t AliPHOSRawFitterv1::Eval(const UShort_t *signal, Int_t sigStart, Int_t sigLength)
 127 {
 128   //Extract an energy deposited in the crystal,
 129   //crystal' position (module,column,row),
 130   //time and gain (high or low).
 131   //First collects sample, then evaluates it and if it has
 132   //reasonable shape, fits it with Gamma2 function and extracts
 133   //energy and time.
 134
 135   if (fCaloFlag == 2 || fNBunches > 1) {
 136     fQuality = 1000;
 137     return kTRUE;
 138   }
 139
 140   Float_t pedMean = 0;
 141   Float_t pedRMS  = 0;
 142   Int_t   nPed    = 0;
 143   const Float_t kBaseLine   = 1.0;
 144   const Int_t   kPreSamples = 10;
 145
 146   TArrayI *fSamples = new TArrayI(sigLength); // array of sample amplitudes
 147   TArrayI *fTimes   = new TArrayI(sigLength); // array of sample time stamps
 148   for (Int_t i=0; i<sigLength; i++) {
 149     if (i<kPreSamples) {
 150       nPed++;
 151       pedMean += signal[i];
 152       pedRMS  += signal[i]*signal[i] ;
 153     }
 154     fSamples->AddAt(signal[i],i);
 155     fTimes  ->AddAt(       i ,i);
 156   }
 157
 158   fEnergy = -111;
 159   fQuality= 999. ;
 160   const Float_t sampleMaxHG=102.332 ;  //maximal height of HG sample with given parameterization
 161   const Float_t sampleMaxLG=277.196 ;  //maximal height of LG sample with given parameterization
 162   const Float_t maxEtoFit=5 ; //fit only samples above this energy, accept all samples (with good aRMS) below it
 163   Double_t pedestal = 0;
 164
 165   if (fPedSubtract) {
 166     if (nPed > 0) {
 167       fPedestalRMS=(pedRMS - pedMean*pedMean/nPed)/nPed ;
 168       if(fPedestalRMS > 0.)
 169         fPedestalRMS = TMath::Sqrt(fPedestalRMS) ;
 170       fEnergy -= (Double_t)(pedMean/nPed); // pedestal subtraction
 171     }
 172     else
 173       return kFALSE;
 174   }
 175   else {
 176     //take pedestals from DB
 177     pedestal = (Double_t) fAmpOffset ;
 178     if (fCalibData) {
 179       Float_t truePed       = fCalibData->GetADCpedestalEmc(fModule, fCellZ, fCellX) ;
 180       Int_t   altroSettings = fCalibData->GetAltroOffsetEmc(fModule, fCellZ, fCellX) ;
 181       pedestal += truePed - altroSettings ;
 182     }
 183     else{
 184       AliWarning(Form("Can not read data from OCDB")) ;
 185     }
 186     fEnergy-=pedestal ;
 187   }
 188
 189   if (fEnergy < kBaseLine) fEnergy = 0;
 190
 191   //calculate time and energy
 192   Int_t    maxBin=0 ;
 193   Int_t    maxAmp=0 ;
 194   Double_t aMean =0. ;
 195   Double_t aRMS  =0. ;
 196   Double_t wts   =0 ;
 197   Int_t    tStart=0 ;
 198
 199   for (Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 200     if(signal[i] > pedestal){
 201       Double_t de = signal[i] - pedestal ;
 202       if(de > 1.) {
 203         aMean += de*i ;
 204         aRMS  += de*i*i ;
 205         wts   += de;
 206       }
 207       if(de > 2 && tStart==0)
 208         tStart = i ;
 209       if(maxAmp < signal[i]){
 210         maxBin = i ;
 211         maxAmp = signal[i] ;
 212       }
 213     }
 214   }
 215
 216   if (maxBin==sigLength-1){//bad "rising" sample
 217     fEnergy =    0. ;
 218     fTime   = -999. ;
 219     fQuality=  999. ;
 220     return kTRUE ;
 221   }
 222
 223   fEnergy=Double_t(maxAmp)-pedestal ;
 224   fOverflow =0 ;  //look for plato on the top of sample
 225   if (fEnergy>500 &&  //this is not fluctuation of soft sample
 226      maxBin<sigLength-1 && fSamples->At(maxBin+1)==maxAmp){ //and there is a plato
 227     fOverflow = kTRUE ;
 228   }
 229
 230   if (wts > 0) {
 231     aMean /= wts;
 232     aRMS   = aRMS/wts - aMean*aMean;
 233   }
 234
 235   //do not take too small energies
 236   if (fEnergy < kBaseLine)
 237     fEnergy = 0;
 238
 239   //do not test quality of too soft samples
 240   if (fEnergy < maxEtoFit){
 241     fTime = tStart;
 242     if (aRMS < 2.) //sigle peak
 243       fQuality = 999. ;
 244     else
 245       fQuality =   0. ;
 246     return kTRUE ;
 247   }
 248
 249   // if sample has reasonable mean and RMS, try to fit it with gamma2
 250
 251   gMinuit->mncler();                     // Reset Minuit's list of paramters
 252   gMinuit->SetPrintLevel(-1) ;           // No Printout
 253   gMinuit->SetFCN(AliPHOSRawFitterv1::UnfoldingChiSquare) ;
 254   // To set the address of the minimization function
 255
 256   fToFit->Clear("nodelete") ;
 257   Double_t b=0,bmin=0,bmax=0 ;
 258   if      (fCaloFlag == 0){ // Low gain
 259     fSampleParamsLow->AddAt(pedestal,4) ;
 260     if (fOverflow)
 261       fSampleParamsLow->AddAt(double(maxAmp),5) ;
 262     else
 263       fSampleParamsLow->AddAt(double(1023),5) ;
 264     fSampleParamsLow->AddAt(double(sigLength),6) ;
 265     fToFit->AddFirst((TObject*)fSampleParamsLow) ;
 266     b=fSampleParamsLow->At(2) ;
 267     bmin=0.5 ;
 268     bmax=10. ;
 269   }
 270   else if (fCaloFlag == 1){ // High gain
 271     fSampleParamsHigh->AddAt(pedestal,4) ;
 272     if (fOverflow)
 273       fSampleParamsHigh->AddAt(double(maxAmp),5) ;
 274     else
 275       fSampleParamsHigh->AddAt(double(1023),5);
 276     fSampleParamsHigh->AddAt(double(sigLength),6);
 277     fToFit->AddFirst((TObject*)fSampleParamsHigh) ;
 278     b=fSampleParamsHigh->At(2) ;
 279     bmin=0.05 ;
 280     bmax=0.4 ;
 281   }
 282   fToFit->AddLast((TObject*)fSamples) ;
 283   fToFit->AddLast((TObject*)fTimes) ;
 284
 285   gMinuit->SetObjectFit((TObject*)fToFit) ;         // To tranfer pointer to UnfoldingChiSquare
 286   Int_t ierflg ;
 287   gMinuit->mnparm(0, "t0",  1.*tStart, 0.01, -500., 500., ierflg) ;
 288   if(ierflg != 0){
 289     //    AliWarning(Form("Unable to set initial value for fit procedure : t0=%e\n",1.*tStart) ) ;
 290     fEnergy =   0. ;
 291     fTime   =-999. ;
 292     fQuality= 999. ;
 293     return kTRUE ; //will scan further
 294   }
 295   Double_t amp0=0;
 296   if      (fCaloFlag == 0) // Low gain
 297     amp0 = fEnergy/sampleMaxLG;
 298   else if (fCaloFlag == 1) // High gain
 299     amp0 = fEnergy/sampleMaxHG;
 300
 301   gMinuit->mnparm(1, "Energy", amp0 , 0.01*amp0, 0, 0, ierflg) ;
 302   if(ierflg != 0){
 303     //    AliWarning(Form("Unable to set initial value for fit procedure : E=%e\n", amp0)) ;
 304     fEnergy =   0. ;
 305     fTime   =-999. ;
 306     fQuality= 999. ;
 307     return kTRUE ; //will scan further
 308   }
 309
 310   gMinuit->mnparm(2, "p2", b, 0.01*b, bmin, bmax, ierflg) ;
 311   if(ierflg != 0){
 312     //        AliWarning(Form("Unable to set initial value for fit procedure : E=%e\n", amp0)) ;
 313     fEnergy =   0. ;
 314     fTime   =-999. ;
 315     fQuality= 999. ;
 316     return kTRUE ; //will scan further
 317   }
 318
 319   Double_t p0 = 0.0001 ; // "Tolerance" Evaluation stops when EDM = 0.0001*p0 ; The number of function call slightly
 320   //  depends on it.
 321   Double_t p1 = 1.0 ;
 322   Double_t p2 = 0.0 ;
 323   gMinuit->mnexcm("SET STR", &p2, 0, ierflg) ;   // force TMinuit to reduce function calls
 324   gMinuit->mnexcm("SET GRA", &p1, 1, ierflg) ;   // force TMinuit to use my gradient
 325   //    gMinuit->SetMaxIterations(100);
 326   gMinuit->mnexcm("SET NOW", &p2 , 0, ierflg) ;  // No Warnings
 327
 328   gMinuit->mnexcm("MIGRAD", &p0, 0, ierflg) ;    // minimize
 329
 330   Double_t err,t0err ;
 331   Double_t t0,efit ;
 332   gMinuit->GetParameter(0,t0, t0err) ;
 333   gMinuit->GetParameter(1,efit, err) ;
 334
 335   Double_t bfit, berr ;
 336   gMinuit->GetParameter(2,bfit,berr) ;
 337
 338   //Calculate total energy
 339   //this is parameterization of dependence of pulse height on parameter b
 340   if(fCaloFlag == 0) // Low gain
 341     efit *= 99.54910 + 78.65038*bfit ;
 342   else if(fCaloFlag == 1) // High gain
 343     efit *= 80.33109 + 128.6433*bfit ;
 344
 345   if(efit < 0. || efit > 10000.){
 346     //set energy to previously found max
 347     fTime   =-999.;
 348     fQuality= 999 ;
 349     return kTRUE;
 350   }
 351
 352   //evaluate fit quality
 353   Double_t fmin,fedm,errdef ;
 354   Int_t npari,nparx,istat;
 355   gMinuit->mnstat(fmin,fedm,errdef,npari,nparx,istat) ;
 356   fQuality = fmin/sigLength ;
 357   //compare quality with some parameterization
 358   if      (fCaloFlag == 0) // Low gain
 359     fQuality /= 2.00 + 0.0020*fEnergy ;
 360   else if (fCaloFlag == 1) // High gain
 361     fQuality /= 0.75 + 0.0025*fEnergy ;
 362
 363   fEnergy = efit ;
 364   fTime   = t0 - 4.024*bfit ; //-10.402*bfit+4.669*bfit*bfit ; //Correction for 70 samples
 365   fTime  += sigStart;
 366
 367   delete fSamples ;
 368   delete fTimes ;
 369   return kTRUE;
 370 }
 371 //_____________________________________________________________________________
 372 void AliPHOSRawFitterv1::UnfoldingChiSquare(Int_t & /*nPar*/, Double_t * Grad, Double_t & fret, Double_t * x, Int_t iflag)
 373 {
 374   // Number of parameters, Gradient, Chi squared, parameters, what to do
 375
 376   TList * toFit= (TList*)gMinuit->GetObjectFit() ;
 377   TArrayD * params=(TArrayD*)toFit->At(0) ;
 378   TArrayI * samples = (TArrayI*)toFit->At(1) ;
 379   TArrayI * times = (TArrayI*)toFit->At(2) ;
 380
 381   fret = 0. ;
 382   if(iflag == 2)
 383     for(Int_t iparam = 0 ; iparam < 3 ; iparam++)
 384       Grad[iparam] = 0 ; // Will evaluate gradient
 385
 386   Double_t t0=x[0] ;
 387   Double_t en=x[1] ;
 388   Double_t b=x[2] ;
 389   Double_t n=params->At(0) ;
 390   Double_t alpha=params->At(1) ;
 391   Double_t beta=params->At(3) ;
 392   Double_t ped=params->At(4) ;
 393
 394   Double_t overflow=params->At(5) ;
 395   Int_t iBin = (Int_t) params->At(6) ;
 396   Int_t nSamples=TMath::Min(iBin+70,samples->GetSize()) ; //Here we set number of points to fit (70)
 397   // iBin - first non-zero sample
 398   Int_t tStep=times->At(iBin+1)-times->At(iBin) ;
 399   Double_t ddt=times->At(iBin)-t0-tStep ;
 400   Double_t exp1=TMath::Exp(-alpha*ddt) ;
 401   Double_t exp2=TMath::Exp(-beta*ddt) ;
 402   Double_t dexp1=TMath::Exp(-alpha*tStep) ;
 403   Double_t dexp2=TMath::Exp(-beta*tStep) ;
 404   for(Int_t i = iBin; i<nSamples ; i++) {
 405     Double_t dt=double(times->At(i))-t0 ;
 406     Double_t fsample = double(samples->At(i)) ;
 407     if(fsample>=overflow)
 408       continue ;
 409     Double_t diff ;
 410     exp1*=dexp1 ;
 411     exp2*=dexp2 ;
 412     if(dt<=0.){
 413       diff=fsample - ped ;
 414       fret += diff*diff ;
 415       continue ;
 416     }
 417     Double_t dtn=TMath::Power(dt,n) ;
 418     Double_t dtnE=dtn*exp1 ;
 419     Double_t dt2E=dt*dt*exp2 ;
 420     Double_t fit=ped+en*(dtnE + b*dt2E) ;
 421     diff = fsample - fit ;
 422     fret += diff*diff ;
 423     if(iflag == 2){  // calculate gradient
 424       Grad[0] += en*diff*(dtnE*(n/dt-alpha)+b*dt2E*(2./dt-beta))  ; //derivative over t0
 425       Grad[1] -= diff*(dtnE+b*dt2E) ;
 426       Grad[2] -= en*diff*dt2E ;
 427     }
 428   }
 429   if(iflag == 2)
 430     for(Int_t iparam = 0 ; iparam < 3 ; iparam++)
 431       Grad[iparam] *= 2. ;
 432 }
 433 //-----------------------------------------------------------------------------
 434 Double_t AliPHOSRawFitterv1::Gamma2(Double_t dt,Double_t en,Double_t b,TArrayD * params){  //Function for fitting samples
 435   //parameters:
 436   //dt-time after start
 437   //en-amplutude
 438   //function parameters
 439
 440   Double_t ped=params->At(4) ;
 441   if(dt<0.)
 442     return ped ; //pedestal
 443   else
 444     return ped+en*(TMath::Power(dt,params->At(0))*TMath::Exp(-dt*params->At(1))+b*dt*dt*TMath::Exp(-dt*params->At(3))) ;
 445 }