PHOS/AliPHOSRawFitterv3.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 // Class uses FastFitting algorithm to fit sample and extract time and Amplitude
  21 // and evaluate sample quality = (chi^2/NDF)/some parameterization providing
  22 // efficiency close to 100%
  23 //
  24 // Typical use case:
  25 //     AliPHOSRawFitter *fitter=new AliPHOSRawFitter();
  26 //     fitter->SetChannelGeo(module,cellX,cellZ,caloFlag);
  27 //     fitter->SetCalibData(fgCalibData) ;
  28 //     fitter->Eval(sig,sigStart,sigLength);
  29 //     Double_t amplitude = fitter.GetEnergy();
  30 //     Double_t time      = fitter.GetTime();
  31 //     Bool_t   isLowGain = fitter.GetCaloFlag()==0;
  32
  33 // Author: Dmitri Peressounko (after A.Pavlinov - see RAW/AliCaloFastAltroFitv0.cxx)
  34
  35 // --- ROOT system ---
  36 #include "TArrayI.h"
  37 #include "TList.h"
  38 #include "TMath.h"
  39 #include "TH1I.h"
  40 #include "TF1.h"
  41 #include "TCanvas.h"
  42 #include "TFile.h"
  43 #include "TROOT.h"
  44
  45 // --- AliRoot header files ---
  46 #include "AliLog.h"
  47 #include "AliPHOSCalibData.h"
  48 #include "AliPHOSRawFitterv3.h"
  49 #include "AliPHOSPulseGenerator.h"
  50
  51 ClassImp(AliPHOSRawFitterv3)
  52
  53 //-----------------------------------------------------------------------------
  54 AliPHOSRawFitterv3::AliPHOSRawFitterv3():
  55   AliPHOSRawFitterv0()
  56 {
  57   //Default constructor.
  58 }
  59
  60 //-----------------------------------------------------------------------------
  61 AliPHOSRawFitterv3::~AliPHOSRawFitterv3()
  62 {
  63   //Destructor.
  64 }
  65
  66 //-----------------------------------------------------------------------------
  67 AliPHOSRawFitterv3::AliPHOSRawFitterv3(const AliPHOSRawFitterv3 &phosFitter ):
  68   AliPHOSRawFitterv0(phosFitter)
  69 {
  70   //Copy constructor.
  71 }
  72
  73 //-----------------------------------------------------------------------------
  74 AliPHOSRawFitterv3& AliPHOSRawFitterv3::operator = (const AliPHOSRawFitterv3 & /*phosFitter*/)
  75 {
  76   //Assignment operator.
  77   return *this;
  78 }
  79
  80 //-----------------------------------------------------------------------------
  81 Bool_t AliPHOSRawFitterv3::Eval(const UShort_t *signal, Int_t sigStart, Int_t sigLength)
  82 {
  83   //Extract an energy deposited in the crystal,
  84   //crystal' position (module,column,row),
  85   //time and gain (high or low).
  86   //First collects sample, then evaluates it and if it has
  87   //reasonable shape, fits it with Gamma2 function and extracts
  88   //energy and time.
  89
  90   if (fCaloFlag == 2 || fNBunches > 1) {
  91     fQuality = 1000;
  92     return kTRUE;
  93   }
  94   if(fCaloFlag!=0 && fCaloFlag!=1){//Corrupted sample
  95     fQuality=2000;
  96     fEnergy=0 ;
  97     return kTRUE;
  98   }
  99
 100   Float_t pedMean = 0;
 101   Float_t pedRMS  = 0;
 102   Int_t   nPed    = 0;
 103   const Float_t kBaseLine   = 1.0;
 104   const Int_t   kPreSamples = 10;
 105
 106
 107   //We tryed individual taus for each channel, but
 108   //this approach seems to be unstable. Much better results are obtaned with
 109   //fixed decay time for all channels.
 110   const Double_t tau=21. ;
 111
 112   TArrayD *samples = new TArrayD(sigLength); // array of sample amplitudes
 113   TArrayD *times   = new TArrayD(sigLength); // array of sample time stamps
 114   for (Int_t i=0; i<sigLength; i++) {
 115     if (i<kPreSamples) {
 116       nPed++;
 117       pedMean += signal[i];
 118       pedRMS  += signal[i]*signal[i] ;
 119     }
 120     samples->AddAt(signal[i],sigLength-i-1);
 121     times  ->AddAt(i/tau ,i);
 122   }
 123
 124   fEnergy = -111;
 125   fQuality= 999. ;
 126   const Float_t maxEtoFit=5 ; //fit only samples above this energy, accept all samples (with good aRMS) below it
 127   Double_t pedestal = 0;
 128
 129   if (fPedSubtract) {
 130     if (nPed > 0) {
 131       fPedestalRMS=(pedRMS - pedMean*pedMean/nPed)/nPed ;
 132       if(fPedestalRMS > 0.)
 133         fPedestalRMS = TMath::Sqrt(fPedestalRMS) ;
 134       fEnergy -= (Double_t)(pedMean/nPed); // pedestal subtraction
 135     }
 136     else
 137       return kFALSE;
 138   }
 139   else {
 140     //take pedestals from DB
 141     pedestal = (Double_t) fAmpOffset ;
 142     if (fCalibData) {
 143       Float_t truePed       = fCalibData->GetADCpedestalEmc(fModule, fCellZ, fCellX) ;
 144       Int_t   altroSettings = fCalibData->GetAltroOffsetEmc(fModule, fCellZ, fCellX) ;
 145       pedestal += truePed - altroSettings ;
 146     }
 147     else{
 148       AliWarning(Form("Can not read data from OCDB")) ;
 149     }
 150     fEnergy-=pedestal ;
 151   }
 152
 153   if (fEnergy < kBaseLine) fEnergy = 0;
 154   //Evaluate time
 155   Int_t iStart = 0;
 156   while(iStart<sigLength && samples->At(iStart)-pedestal <kBaseLine) iStart++ ;
 157   fTime = sigStart+iStart;
 158
 159   //calculate time and energy
 160   Int_t    maxBin=0 ;
 161   Int_t    maxAmp=0 ;
 162   Int_t    nMax = 0 ; //number of points in plato
 163   Double_t aMean =0. ;
 164   Double_t aRMS  =0. ;
 165   Double_t wts   =0 ;
 166   Int_t    tStart=0 ;
 167
 168   for (Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 169     if(signal[i] > pedestal){
 170       Double_t de = signal[i] - pedestal ;
 171       if(de > 1.) {
 172         aMean += de*i ;
 173         aRMS  += de*i*i ;
 174         wts   += de;
 175       }
 176       if(de > 2 && tStart==0)
 177         tStart = i ;
 178       if(signal[i] >  maxAmp){
 179         maxAmp = signal[i];
 180         nMax=0;
 181         maxBin = i ;
 182       }
 183       if(signal[i] == maxAmp)
 184         nMax++;
 185     }
 186   }
 187
 188   if (maxBin==sigLength-1){//bad "rising" sample
 189     fEnergy =    0. ;
 190     fTime   = -999. ;
 191     fQuality=  999. ;
 192     return kTRUE ;
 193   }
 194
 195   fEnergy=Double_t(maxAmp)-pedestal ;
 196   fOverflow =0 ;  //look for plato on the top of sample
 197   if (fEnergy>500 &&  //this is not fluctuation of soft sample
 198      nMax>2){ //and there is a plato
 199     fOverflow = kTRUE ;
 200   }
 201
 202   if (wts > 0) {
 203     aMean /= wts;
 204     aRMS   = aRMS/wts - aMean*aMean;
 205   }
 206
 207   //do not take too small energies
 208   if (fEnergy < kBaseLine)
 209     fEnergy = 0;
 210
 211   //do not test quality of too soft samples
 212   if (fEnergy < maxEtoFit){
 213     fTime = tStart;
 214     if (aRMS < 2.) //sigle peak
 215       fQuality = 999. ;
 216     else
 217       fQuality =   0. ;
 218     return kTRUE ;
 219   }
 220
 221   // if sample has reasonable mean and RMS, try to fit it with gamma2
 222   // First estimate t0
 223   Double_t a=0,b=0,c=0 ;
 224   for(Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 225     if(samples->At(i)<pedestal)
 226       continue ;
 227     Double_t t= times->At(i) ;
 228     Double_t f02 = TMath::Exp(-2.*t);
 229     Double_t f12 = t*f02;
 230     Double_t f22 = t*f12;
 231     // Derivatives
 232     Double_t f02d = -2.*f02;
 233     Double_t f12d = f02 - 2.*f12;
 234     Double_t f22d = 2.*(f12 - f22);
 235     a += f02d * (samples->At(i)-pedestal) ;
 236     b -= f12d * (samples->At(i)-pedestal) ;
 237     c += f22d * (samples->At(i)-pedestal) ;
 238   }
 239
 240   //Find 2 roots
 241   Double_t det = b*b - a*c;
 242   if(det>=1.e-6 && det<0.0) {
 243     det = 0.0; //rounding error
 244   }
 245   if(det<0.){ //Problem
 246     fQuality = 1500. ;
 247     if(AliLog::GetDebugLevel("PHOS","AliPHOSRawFitterv3")>3){
 248       printf(" det=%e \n",det) ;
 249       goto plot ;
 250     }
 251     return kTRUE ;
 252   }
 253
 254   if(det>0.0 && a!=0.) {
 255     det = TMath::Sqrt(det);
 256     Double_t t1 = (-b + det) / a;
 257 //    Double_t t2 = (-b - det) / a; //second root is wrong one
 258     Double_t amp1=0., den1=0. ;
 259     for(Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 260        Double_t dt1 = times->At(i) - t1;
 261        Double_t f01 = dt1*dt1*TMath::Exp(-2.*dt1);
 262        amp1 += f01*(samples->At(i)-pedestal);
 263        den1 += f01*f01;
 264      }
 265      if(den1>0.0) amp1 /= den1;
 266      Double_t chi1=0.; // chi2=0. ;
 267      for(Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 268        Double_t dt1 = times->At(i)- t1;
 269        Double_t dy1 = samples->At(i)-pedestal- amp1*dt1*dt1*TMath::Exp(-2.*dt1) ;
 270        chi1 += dy1*dy1;
 271      }
 272      fEnergy=amp1*TMath::Exp(-2.) ; ;
 273      fTime=t1*tau ;
 274      fQuality=chi1/sigLength ;
 275   }
 276   else {
 277     Double_t t1 ;
 278     if(a!=0.)
 279       t1=-b/a ;
 280     else
 281       t1=-c/b ;
 282     Double_t amp=0.,den=0.; ;
 283     for(Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 284        Double_t dt = times->At(i) - t1;
 285        Double_t f = dt*dt*TMath::Exp(-2.*dt);
 286        amp += f*samples->At(i);
 287        den += f*f;
 288      }
 289      if(den>0.0) amp /= den;
 290      // chi2 calculation
 291      fQuality=0.;
 292      for(Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 293        Double_t t = times->At(i)- t1;
 294        Double_t dy = samples->At(i)- amp*t*t*TMath::Exp(-2.*t) ;
 295        fQuality += dy*dy;
 296      }
 297      fTime=t1*tau ;
 298      fEnergy = amp*TMath::Exp(-2.);
 299      fQuality/= sigLength ;
 300   }
 301
 302   //Impose cut on quality
 303   fQuality/=2.+0.004*fEnergy*fEnergy ;
 304
 305   //Draw corrupted samples
 306   if(AliLog::GetDebugLevel("PHOS","AliPHOSRawFitterv3")>3){
 307     plot:
 308     if(fQuality >1. && !fOverflow ){ //Draw only bad samples
 309       printf("Sample par: amp=%f,  t0=%f, Quality=%f \n",fEnergy,fTime,fQuality) ;
 310       TH1I * h = (TH1I*)gROOT->FindObjectAny("hSamples") ;
 311       if(!h) h = new TH1I("h","Samples",50,0.,50.) ;
 312       h->Reset() ;
 313       for (Int_t i=0; i<sigLength; i++) {
 314         h->SetBinContent(i,samples->At(i)) ;
 315       }
 316       TF1 * fffit = new TF1("fffit","[0]+[1]*((x-[2])/[3])^2*exp(2.-2.*(x-[2])/[3])",0.,200.) ;
 317       fffit->SetParameters(pedestal,fEnergy,fTime,tau) ;
 318       fffit->SetLineColor(2) ;
 319       TCanvas * c = (TCanvas*)gROOT->FindObjectAny("cSamples") ;
 320       if(!c){
 321         c = new TCanvas("cSamples","cSamples",10,10,400,400) ;
 322         c->SetFillColor(0) ;
 323         c->SetFillStyle(0) ;
 324         c->Range(0,0,1,1);
 325         c->SetBorderSize(0);
 326       }
 327       c->cd() ;
 328
 329       TPad * spectrum_1 = new TPad("spectrum_1", "spectrum_1",0.001,0.32,0.99,0.99);
 330       spectrum_1->Draw();
 331       spectrum_1->cd();
 332       spectrum_1->Range(0,0,1,1);
 333       spectrum_1->SetFillColor(0);
 334       spectrum_1->SetFillStyle(4000);
 335       spectrum_1->SetBorderSize(1);
 336       spectrum_1->SetBottomMargin(0.012);
 337       spectrum_1->SetTopMargin(0.03);
 338       spectrum_1->SetLeftMargin(0.10);
 339       spectrum_1->SetRightMargin(0.05);
 340
 341       char title[155] ;
 342       sprintf(title,"Sample, mod=%d, x=%d, z=%d, Quality=%5.1f",fModule,fCellX,fCellZ,fQuality) ;
 343       h->SetTitle(title) ;
 344       h->Draw() ;
 345       fffit->Draw("same") ;
 346
 347       sprintf(title,"mod%d_x%d_z%d_HG",fModule,fCellX,fCellZ) ;
 348       TFile fout("samples_bad.root","update") ;
 349       h->Write(title);
 350       fout.Close() ;
 351
 352       c->cd() ;
 353       TPad *spectrum_2 = new TPad("spectrum_2", "spectrum_2",0.001,0.01,0.99,0.32);
 354       spectrum_2->SetFillColor(0) ;
 355       spectrum_2->SetFillStyle(0) ;
 356       spectrum_2->SetGridy() ;
 357       spectrum_2->Draw();
 358       spectrum_2->Range(0,0,1,1);
 359       spectrum_2->SetFillColor(0);
 360       spectrum_2->SetBorderSize(1);
 361       spectrum_2->SetTopMargin(0.01);
 362       spectrum_2->SetBottomMargin(0.25);
 363       spectrum_2->SetLeftMargin(0.10);
 364       spectrum_2->SetRightMargin(0.05);
 365       spectrum_2->cd() ;
 366
 367       TH1I * hd = (TH1I*)gROOT->FindObjectAny("hSamplesDif") ;
 368       if(!hd) hd = new TH1I("hd","Samples",50,0.,50.) ;
 369       hd->Reset() ;
 370       for (Int_t i=0; i<sigLength; i++) {
 371         hd->SetBinContent(i,TMath::Max(-1023.,TMath::Min(1023.,samples->At(i)-fffit->Eval(i)))) ;
 372       }
 373       hd->Draw();
 374
 375       c->Update() ;
 376       printf("Press <enter> to continue\n") ;
 377       getchar();
 378
 379
 380       delete fffit ;
 381       delete spectrum_1 ;
 382       delete spectrum_2 ;
 383     }
 384   }
 385
 386   delete samples ;
 387   delete times ;
 388   return kTRUE;
 389 }