Lösung der ersten Aufgabe

Erstellung eines Keras Models

Für das Keras 3 Convolutional Layer + 4 FullyConnected Layer (mit DropOut und Batch Normalisierung verwendet).

num_classes=10
num_filters = 64
num_dense_neurons = 64

tf.keras.models.Sequential([
    layers.Conv2D(filters=num_filters, kernel_size=5, input_shape=(28, 28, 1)),
    layers.BatchNormalization(),
    layers.Activation('relu'),

    layers.Conv2D(filters=num_filters, kernel_size=5),
    layers.BatchNormalization(),
    layers.Activation('relu'),

    layers.Conv2D(filters=num_filters, kernel_size=5),
    layers.BatchNormalization(),
    layers.Activation('relu'),

    layers.Flatten(),

    layers.Dense(num_dense_neurons),
    layers.BatchNormalization(),
    layers.Activation('relu'),
    layers.Dropout(0.25),

    layers.Dense(num_dense_neurons),
    layers.BatchNormalization(),
    layers.Activation('relu'),
    layers.Dropout(0.25),

    layers.Dense(num_dense_neurons),
    layers.BatchNormalization(),
    layers.Activation('relu'),
    layers.Dropout(0.25),

    layers.Dense(num_classes),
    layers.BatchNormalization(),
    layers.Activation('softmax')
])

Das wichtigste, worauf zu achten ist, ist das der input_shape (input_dim ist auch möglich) mit der Größe der MNIST Bilder (28 * 28 px) übereinstimmt. Und das die Größe des Output Layers mit der Anzahl der Klassen (10) des MNIST Datensatzes übereinstimmt.

Das Model habe ich einige Zeit mit dem in Keras enthaltenen MNIST Datensatz trainieren lassen. train.py ist das Trainingsscript zum fortsetzen / wiederholen des Trainings.

Nach einer gewissen Trainingszet Zeit ergab sich eine Accuracy 99,44 % auf dem Evaluation-Datensatz. Das Model ist in der Datei model.h5 abgespeichert und kann über die Datei evaluate.py überprüft werden.

Kommunikation zwischen Rosnodes.

Um die Aufgabe zu lösen auf ich 4 Rosnodes erstellt. 4 Subscriber und 1 Publisher.

Subscriber: subscribe_specific_image & Publisher: publish_specific_number

Subscript sich auf das /camera/output/specific/compressed_img_msgs Topic. Dort emfängt er ein voreingestelltes Bild, das Bild ist immer das gleiche. Dieses wird mit cv_bridge in einen 28 * 28 * 1 px Vektor von Pixelwerten umgewandelt. Diesem Vektor wird eine Batch-Dimension hinzugefügt um den Anforderungen von Keras zu entsprechen. Danach der Vektor durch model.predict() eine Vorhersage gemacht, welche Zahl auf dem Bild zu sehen ist. Diese Vorhersage wird /camera/input/specific/number gepublisht.

Subscriber: subscribe_specific_check

Subscript sich auf das /camera/output/specific/check Topic. Dort emfängt es ob die zuvor vom publish_specific_number gepublishte Vorhersage korrekt war.

Subscriber: subscribe_random_image

Subscript sich auf das /camera/output/random/compressed_img_msgs Topic. Dort wird jedes mal ein zufälliges Bild aus dem MNIST-Datensatz empfangen. Von diesem wird, wie vorher bei subscribe_specific_image, durch das zuvor trainierte Keras Model, berechnet welche Zahl auf dem Bild zu sehen ist.

Subscriber: subscribe_random_number

Subscript sich auf das /camera/output/random/number Topic. Emfängt die wirkliche Zahl die auf dem zufälligen Bild zu sehen ist. So kann man überprüfen ob das Keras Model die richtige Prediction gemacht hat.

christophstach/ai-robotics