激光雷达分割 (Lidar Segmentation)

源码路径: modules/perception/lidar_segmentation/

概述

激光雷达分割模块负责将激光雷达点云数据分割为独立的物体实例，并为每个物体赋予语义标签和运动状态。模块通过 Cyber RT 组件框架运行，接收 LidarFrameMessage 输入，经过分割检测、语义构建两阶段处理后输出带有类别和运动信息的物体集合。

模块包含一个核心 Cyber 组件和三个公共工具类/函数，以及两种分割算法实现（graph_segmentation 和 ncut_segmentation）。

核心类

LidarSegmentationComponent

Cyber RT 组件，是模块的入口，继承自 cyber::Component<LidarFrameMessage>。

cpp

class LidarSegmentationComponent : public cyber::Component<onboard::LidarFrameMessage> {
 public:
  bool Init() override;
  bool Proc(const std::shared_ptr<onboard::LidarFrameMessage>& message) override;

 private:
  bool InternalProc(const std::shared_ptr<onboard::LidarFrameMessage>& message);

  std::string output_channel_name_;
  std::string segmentor_name_;
  std::shared_ptr<apollo::cyber::Writer<onboard::LidarFrameMessage>> writer_;
  std::shared_ptr<BaseLidarDetector> segmentor_;
  SemanticBuilder semantic_builder_;
};

Init(): 从 protobuf 配置加载参数，创建输出 channel writer，通过插件机制实例化分割器（BaseLidarDetector），初始化 SemanticBuilder。
Proc(): 调用 InternalProc() 完成分割和语义构建，成功后将结果通过 writer 发送到下游。

SemanticBuilder

为分割后的物体计算语义类型（ObjectSemanticType）和运动状态（MotionState）。

cpp

class SemanticBuilder {
 public:
  bool Init(const SemanticBuilderInitOptions& options = SemanticBuilderInitOptions());
  bool Build(const SemanticBuilderOptions& options, LidarFrame* frame);

 private:
  void GetObjSemanticAndMotionType(ObjectPtr object);
};

Build(): 遍历帧中所有分割物体，对每个物体调用 GetObjSemanticAndMotionType()。
GetObjSemanticAndMotionType(): 统计点云中各语义标签和运动标签的出现频次，取众数作为物体的语义类型和运动状态。

核心函数

BgObjectBuilder

构建背景物体的几何属性（2D 多边形、方向、尺寸、中心、高度等）。

cpp

bool BgObjectBuilder(std::vector<base::ObjectPtr>* objects,
                     Eigen::Affine3d& lidar2novatel_pose);

对每个物体依次调用 ObjectBuilder 的 ComputePolygon2D、ComputePolygonDirection、ComputePolygonSizeCenter、ComputeOtherObjectInformation、ComputeHeightAboveGround。当 FLAGS_need_judge_front_critical 为 true 时，还会判断是否为前方关键物体。

SplitObject

沿物体主方向将过大的物体拆分为多个子物体。

cpp

void SplitObject(const base::ObjectPtr& obj,
                 std::vector<base::ObjectPtr>* split_objs,
                 float split_distance);

算法流程：若物体最大边长小于 split_distance 则不拆分；否则通过 LineFit2D 拟合主方向，将点云投影到主方向轴上，按 split_distance 分段，每段生成一个子物体（至少 4 个点）。

LineFit2D

基于 PCA 的 2D 线拟合，返回直线参数 [nx, ny, d]（法向量 + 偏移）。

cpp

bool LineFit2D(const base::PointFCloud& cloud, Eigen::Vector3f* params);

计算点云的 2x2 协方差矩阵，取最小特征值对应的特征向量作为直线法向量。

配置

配置通过 protobuf 定义，字段如下：

字段	类型	说明
`output_channel_name`	`string`	输出 Channel 名称
`segmentor`	`string`	分割算法名称
`plugin_param`	`PluginParam`	插件参数（name、config_path、config_file）

分割算法可选实现：

graph_segmentation: 基于图的分割算法，配置文件 data/graph_segmentation.pb.txt
ncut_segmentation: 归一化切割分割算法，配置文件 data/ncut_param.pb.txt

调用关系

text

LidarSegmentationComponent::Proc()
  |
  +-- InternalProc()
  |     |
  |     +-- BaseLidarDetector::Detect()       // 点云分割检测
  |     |
  |     +-- SemanticBuilder::Build()           // 语义与运动状态构建
  |           |
  |           +-- GetObjSemanticAndMotionType() // 逐物体语义投票
  |
  +-- Writer::Write()                          // 输出到下游 Channel

公共工具函数的典型调用场景：

text

BgObjectBuilder()
  +-- ObjectBuilder::ComputePolygon2D()
  +-- ComputePolygonDirection()
  +-- ObjectBuilder::ComputePolygonSizeCenter()
  +-- ObjectBuilder::ComputeOtherObjectInformation()
  +-- ObjectBuilder::ComputeHeightAboveGround()
  +-- ObjectBuilder::JudgeFrontCritical()  // 可选

SplitObject()
  +-- LineFit2D()                           // PCA 方向拟合
  +-- ObjectPool::BatchGet()               // 批量分配子物体

贡献者

Steven Moder

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激光雷达分割 (Lidar Segmentation) ​

概述 ​

核心类 ​

LidarSegmentationComponent ​

SemanticBuilder ​

核心函数 ​

BgObjectBuilder ​

SplitObject ​

LineFit2D ​

配置 ​

调用关系 ​

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