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   fTime = sigStart;
 156
 157   //calculate time and energy
 158   Int_t    maxBin=0 ;
 159   Int_t    maxAmp=0 ;
 160   Int_t    nMax = 0 ; //number of points in plato
 161   Double_t aMean =0. ;
 162   Double_t aRMS  =0. ;
 163   Double_t wts   =0 ;
 164   for (Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 165     if(signal[i] > pedestal){
 166       Double_t de = signal[i] - pedestal ;
 167       if(de > 1.) {
 168         aMean += de*i ;
 169         aRMS  += de*i*i ;
 170         wts   += de;
 171       }
 172       if(signal[i] >  maxAmp){
 173         maxAmp = signal[i];
 174         nMax=0;
 175         maxBin = i ;
 176       }
 177       if(signal[i] == maxAmp)
 178         nMax++;
 179     }
 180   }
 181
 182   if (maxBin==sigLength-1){//bad "rising" sample
 183     fEnergy =    0. ;
 184     fTime   = -999. ;
 185     fQuality=  999. ;
 186     return kTRUE ;
 187   }
 188
 189   fEnergy=Double_t(maxAmp)-pedestal ;
 190   fOverflow =0 ;  //look for plato on the top of sample
 191   if (fEnergy>500 &&  //this is not fluctuation of soft sample
 192      nMax>2){ //and there is a plato
 193     fOverflow = kTRUE ;
 194   }
 195
 196   if (wts > 0) {
 197     aMean /= wts;
 198     aRMS   = aRMS/wts - aMean*aMean;
 199   }
 200
 201   //do not take too small energies
 202   if (fEnergy < kBaseLine)
 203     fEnergy = 0;
 204
 205   //do not test quality of too soft samples
 206   if (fEnergy < maxEtoFit){
 207     if (aRMS < 2.) //sigle peak
 208       fQuality = 999. ;
 209     else
 210       fQuality =   0. ;
 211     //Evaluate time of signal arriving
 212     Int_t i=0;
 213     while(signal[sigLength-i-1]<pedestal+kBaseLine  && i<sigLength)
 214      i++ ;
 215     fTime+=i ;
 216     return kTRUE ;
 217   }
 218
 219   // if sample has reasonable mean and RMS, try to fit it with gamma2
 220   //This method can not analyse overflow samples
 221   if(fOverflow){
 222     fQuality = 99. ;
 223     return kTRUE ;
 224   }
 225   // First estimate t0
 226   Double_t a=0,b=0,c=0 ;
 227   for(Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 228     if(samples->At(i)<=pedestal)
 229       continue ;
 230     Double_t t= times->At(i) ;
 231     Double_t f02 = TMath::Exp(-2.*t);
 232     Double_t f12 = t*f02;
 233     Double_t f22 = t*f12;
 234     // Derivatives
 235     Double_t f02d = -2.*f02;
 236     Double_t f12d = f02 - 2.*f12;
 237     Double_t f22d = 2.*(f12 - f22);
 238     a += f02d * (samples->At(i)-pedestal) ;
 239     b -= f12d * (samples->At(i)-pedestal) ;
 240     c += f22d * (samples->At(i)-pedestal) ;
 241   }
 242
 243   //Find 2 roots
 244   Double_t det = b*b - a*c;
 245   if(det>=1.e-6 && det<0.0) {
 246     det = 0.0; //rounding error
 247   }
 248   if(det<0.){ //Problem
 249     fQuality = 1500. ;
 250     if(AliLog::GetDebugLevel("PHOS","AliPHOSRawFitterv3")>3){
 251       printf(" det=%e \n",det) ;
 252       goto plot ;
 253     }
 254     return kTRUE ;
 255   }
 256
 257   if(det>0.0 && a!=0.) {
 258     det = TMath::Sqrt(det);
 259     Double_t t1 = (-b + det) / a;
 260 //    Double_t t2 = (-b - det) / a; //second root is wrong one
 261     Double_t amp1=0., den1=0. ;
 262     for(Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 263       if(samples->At(i)<pedestal)
 264         continue ;
 265       Double_t dt1 = times->At(i) - t1;
 266       Double_t f01 = dt1*dt1*TMath::Exp(-2.*dt1);
 267       amp1 += f01*(samples->At(i)-pedestal);
 268       den1 += f01*f01;
 269     }
 270     if(den1>0.0) amp1 /= den1;
 271     Double_t chi1=0.; // chi2=0. ;
 272     for(Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 273       if(samples->At(i)<=pedestal)
 274         continue ;
 275       Double_t dt1 = times->At(i)- t1;
 276       Double_t dy1 = samples->At(i)-pedestal- amp1*dt1*dt1*TMath::Exp(-2.*dt1) ;
 277       chi1 += dy1*dy1;
 278     }
 279     fEnergy=amp1*TMath::Exp(-2.) ; ;
 280     fTime+=t1*tau ;
 281     fQuality=chi1/sigLength ;
 282   }
 283   else {
 284     Double_t t1 ;
 285     if(a!=0.)
 286       t1=-b/a ;
 287     else
 288       t1=-c/b ;
 289     Double_t amp=0.,den=0.; ;
 290     for(Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 291       if(samples->At(i)<=pedestal)
 292         continue ;
 293       Double_t dt = times->At(i) - t1;
 294       Double_t f = dt*dt*TMath::Exp(-2.*dt);
 295       amp += f*samples->At(i);
 296       den += f*f;
 297     }
 298     if(den>0.0) amp /= den;
 299     // chi2 calculation
 300     fQuality=0.;
 301     for(Int_t i=0; i<sigLength; i++){
 302       if(samples->At(i)<=pedestal)
 303         continue ;
 304       Double_t t = times->At(i)- t1;
 305       Double_t dy = samples->At(i)- amp*t*t*TMath::Exp(-2.*t) ;
 306       fQuality += dy*dy;
 307     }
 308     fTime+=t1*tau ;
 309     fEnergy = amp*TMath::Exp(-2.);
 310     fQuality/= sigLength ; //If we have overflow the number of actually fitted points is smaller, but chi2 in this case is not important.
 311   }
 312
 313   //Impose cut on quality
 314   fQuality/=2.+0.004*fEnergy*fEnergy ;
 315
 316   //Draw corrupted samples
 317   if(AliLog::GetDebugLevel("PHOS","AliPHOSRawFitterv3")>3){
 318     plot:
 319     if(fQuality >1. && !fOverflow ){ //Draw only bad samples
 320       printf("Sample par: amp=%f,  t0=%f, Quality=%f \n",fEnergy,fTime,fQuality) ;
 321       TH1I * h = (TH1I*)gROOT->FindObjectAny("hSamples") ;
 322       if(!h) h = new TH1I("h","Samples",50,0.,50.) ;
 323       h->Reset() ;
 324       for (Int_t i=0; i<sigLength; i++) {
 325         h->SetBinContent(i,samples->At(i)) ;
 326       }
 327       TF1 * fffit = new TF1("fffit","[0]+[1]*((x-[2])/[3])^2*exp(2.-2.*(x-[2])/[3])",0.,200.) ;
 328       fffit->SetParameters(pedestal,fEnergy,fTime-sigStart,tau) ;
 329       fffit->SetLineColor(2) ;
 330       TCanvas * can = (TCanvas*)gROOT->FindObjectAny("cSamples") ;
 331       if(!can){
 332         can = new TCanvas("cSamples","cSamples",10,10,400,400) ;
 333         can->SetFillColor(0) ;
 334         can->SetFillStyle(0) ;
 335         can->Range(0,0,1,1);
 336         can->SetBorderSize(0);
 337       }
 338       can->cd() ;
 339
 340       TPad * spectrum_1 = new TPad("spectrum_1", "spectrum_1",0.001,0.32,0.99,0.99);
 341       spectrum_1->Draw();
 342       spectrum_1->cd();
 343       spectrum_1->Range(0,0,1,1);
 344       spectrum_1->SetFillColor(0);
 345       spectrum_1->SetFillStyle(4000);
 346       spectrum_1->SetBorderSize(1);
 347       spectrum_1->SetBottomMargin(0.012);
 348       spectrum_1->SetTopMargin(0.03);
 349       spectrum_1->SetLeftMargin(0.10);
 350       spectrum_1->SetRightMargin(0.05);
 351
 352       char title[155] ;
 353       sprintf(title,"Sample, mod=%d, x=%d, z=%d, Quality=%5.1f",fModule,fCellX,fCellZ,fQuality) ;
 354       h->SetTitle(title) ;
 355       h->Draw() ;
 356       fffit->Draw("same") ;
 357
 358       sprintf(title,"mod%d_x%d_z%d_HG",fModule,fCellX,fCellZ) ;
 359       TFile fout("samples_bad.root","update") ;
 360       h->Write(title);
 361       fout.Close() ;
 362
 363       can->cd() ;
 364       TPad *spectrum_2 = new TPad("spectrum_2", "spectrum_2",0.001,0.01,0.99,0.32);
 365       spectrum_2->SetFillColor(0) ;
 366       spectrum_2->SetFillStyle(0) ;
 367       spectrum_2->SetGridy() ;
 368       spectrum_2->Draw();
 369       spectrum_2->Range(0,0,1,1);
 370       spectrum_2->SetFillColor(0);
 371       spectrum_2->SetBorderSize(1);
 372       spectrum_2->SetTopMargin(0.01);
 373       spectrum_2->SetBottomMargin(0.25);
 374       spectrum_2->SetLeftMargin(0.10);
 375       spectrum_2->SetRightMargin(0.05);
 376       spectrum_2->cd() ;
 377
 378       TH1I * hd = (TH1I*)gROOT->FindObjectAny("hSamplesDif") ;
 379       if(!hd) hd = new TH1I("hd","Samples",50,0.,50.) ;
 380       hd->Reset() ;
 381       for (Int_t i=0; i<sigLength; i++) {
 382         hd->SetBinContent(i,TMath::Max(-1023.,TMath::Min(1023.,samples->At(i)-fffit->Eval(i)))) ;
 383       }
 384       hd->Draw();
 385
 386       can->Update() ;
 387       printf("Press <enter> to continue\n") ;
 388       getchar();
 389
 390
 391       delete fffit ;
 392       delete spectrum_1 ;
 393       delete spectrum_2 ;
 394     }
 395   }
 396
 397   delete samples ;
 398   delete times ;
 399   return kTRUE;
 400 }