ROS实验报告一

ROS实验一记录

实验一要求

实现一个复杂的话题（topics）通信，（若无法实现要求一，可使用本地图片）。实验报告需提交PDF，文件命名方式：学号+专业姓名+实验1。提交日期/方式：10.25号通过机房电脑系统提交。

要求一：需实现Ubuntu调用笔记本摄像头。

要求二：需实时对拍摄得的图片进行图像处理（灰度化，边缘检测，方式不限）。

要求三：提交的报告需附关键功能代码，以及处理前后的图片，并阐述清楚如何使用话题通信传输图片。

要求四：需通过实验分析话题通信是否存在数据丢失，队列参数的影响。

1、创建工作空间以及功能包

2、创建并编写源码文件

（1）在发布者节点中，先实现对于Ubuntu中笔记本摄像头的调用，然后将读取的图片转为ROS的图像消息

在订阅者节点中，直接展示ROS的图像信息

（2）在订阅者节点中，先实现对ROS图像消息的接收，并转为OpenCV图像，然后对于得到的图像分别调用灰度化处理函数、边缘检测函数实现作业要求

灰度化处理

这里需要明确灰度化函数的常见处理手法，参考这篇博客：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/658406188

这里我选择使用cv中自带的函数实现灰度化，效果如下：

边缘检测

参考这篇教程：

https://blog.csdn.net/G_redsky/article/details/136357836

方案1，使用Canny边缘检测

方案2，使用Sobel算子检测，Sobel算子通过计算图像的梯度来检测边缘

方案3：使用Laplacian算子实现边缘检测，Laplacian算子是一种二阶导数算子，用于强调图像中的快速变化区域

3、配置编译文件

4、编译

编译时遇到报错：

查找相关链接：

https://github.com/macs3-project/MACS/issues/49

解决方案如下：

将setup.py中的相关代码注释

然后又出现新的报错：

查找相关链接：

https://blog.csdn.net/2302_76761277/article/details/140596436

解决方案如下：

报错原因是setuptools版本问题，安装70.0.0指定版本即可

编译成功：

5、运行话题

（1）发布者话题

（2）订阅者话题

6、ROS使用话题通信传输图片原理阐释

ROS 的话题通信是一种发布 / 订阅模式的通信机制，一个节点可以发布特定主题的消息，而其他节点可以订阅该主题以接收这些消息。

对于传输图片来说，，在ROS中有专门的图像消息类型来表示图像数据，在代码中，使用到的是sensor_msgs/Image，首先需要使用cv_bridge将ROS与OpenCV图像进行互相转换，然后利用创建的Image类型的节点发布图像信息，以此来实现图像传输功能

对于订阅者节点来说，当订阅者接收到图像消息时，回调函数会被触发。在回调函数中，使用cv_bridge将 ROS 图像消息转换为 OpenCV 图像格式，然后可以使用 OpenCV 的函数对图像进行显示或处理。

7、分析话题通信是否存在数据丢失，以及队列参数的影响。

在ROS中，我们可以使用 ROS 的日志记录功能或自定义的日志文件来记录数据。检查记录的数据，看是否存在消息丢失的情况。如果订阅者接收到的消息数量与发布者发送的消息数量不一致，那么可能存在数据丢失。

同时在ROS中，话题通信的队列参数决定了订阅者可以缓存的未处理消息的数量，我们可以设置不同的队列参数值，例如较小的值如 1、5、10，以及较大的值如 50、100 等，分别比较不同队列参数下的数据丢失情况。理论上应该观察到较小队列参数时更容易出现数据丢失，而较大队列参数能够减少数据丢失的可能性。

发布者的消息队列与订阅者的消息队列的不同之处：

（1）发布者的消息队列主要用于存储待发布的消息；

（2）订阅者的消息队列主要用于存储已经接收到但是还未被处理的消息

当发布者的发布频率为0.01，队列参数为1时，发现出现了多次通信数据的丢失，结果如下图，红色点为丢失的数据点：

当队列参数为3时，发现还是存在一些通信数据的丢失，但是数量少于参数为1的情况

当队列参数为5时，发现没有通信数据的丢失

通过上述的简单实验，发现队列参数的设置对于通信数据的丢失会产生一定的影响，当队列参数设置较小时，可能会出现通信数据的丢失。

同时，发现发布者的发布频率对于通信来说同样至关重要，当频率设置较小时（如0.01），发现会产生数据丢失，但是当频率设置较大时（如0.1），发现即使队列参数较小，也可能不会出现数据丢失。

综上，通过实验，我们发现发布频率以及队列参数对于通信数据是否丢失至关重要。

涉及到的代码如下

发布者代码 message_pub.py

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String

class PublisherNode(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('publisher_node')
        self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'my_topic', 10)
        # 创建一个定时器，每.01秒钟触发一次回调
        self.timer = self.create_timer(0.01, self.publish_message)
        self.count = 0
        
    def publish_message(self):
        msg = String()
        msg.data = str(self.count)
        self.publisher_.publish(msg)
        self.get_logger().info(f'Published: {self.count}')
        self.count += 1
        
def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    node = PublisherNode()
    try:
        rclpy.spin(node)
    except KeyboardInterrupt:
        pass
    node.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

订阅者代码 message_sub.py

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String

class SubscriberNode(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('subscriber_node')
        self.subscription = self.create_subscription(
            String,
            'my_topic',
            self.listener_callback,
            10)
        self.log_file = open('log.txt', 'a')

    def listener_callback(self, msg):
        self.get_logger().info(f'Received: {msg.data}')
        self.log_file.write(f'{msg.data}\n')
        
    def close_log_file(self):
        self.log_file.close()
        
def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    node = SubscriberNode()
    rclpy.spin(node)
    node.close_log_file()
    node.destroy_node()
    rclpy.shutdown()