JP7435483B2 - 地図生成装置、地図生成方法及び地図生成用コンピュータプログラム - Google Patents

地図生成装置、地図生成方法及び地図生成用コンピュータプログラム Download PDF

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Description

本発明は、画像から地図を生成する地図生成装置、地図生成方法及び地図生成用コンピュータプログラムに関する。
道路が表された画像から、車両を自動運転するために利用される情報を含む地図を生成する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。例えば、特許文献１に開示された道路データ生成装置は、地上道路の高さにある路面高平坦領域を抽出し、道路領域シードとして、路面高平坦領域のうち予め設定した道路上限幅より広い幅を有する領域を除いた残余領域における中心線を抽出する。そしてこの道路データ生成装置は、ＤＳＭから得られる高さ情報、及び空中写真画像から得られるスペクトル情報を用いて、道路領域シードから領域成長を行い、道路領域を生成する。また、特許文献２に開示された交差点内の走行軌道データ生成装置は、交差点を撮像した画像データを用いて交差点内の道路標示を認識し、その認識結果にしたがって自動運転用の交差点内の走行軌道を特定可能なデータである走行軌道データを生成する。
特開２０１７－５４３４６号公報 特開２０２０－３８３６５号公報
地図に含める、車両を自動運転するために利用される情報の一つとして、自動運転制御される車両の走行予定軌跡を設定するために参照される、車線同士の接続関係を表す情報がある。そこで、地図を生成するために、特に交差点に関して、交差点に接続する各道路間で車両が走行可能な車線間の接続関係を表す情報を取得することが求められる。
そこで、本発明は、鳥瞰画像に基づいて、交差点に接続する各道路間で、車両が走行可能な車線間の接続関係を自動的に抽出することが可能な地図生成装置を提供することを目的とする。
本発明の一つの形態として、地図生成装置が提供される。この地図生成装置は、鳥瞰画像から交差点及び交差点に接続する複数の道路を検出する交差点検出部と、交差点に接続される複数の道路のそれぞれについて、その道路に含まれる、交差点へ進入する進入車線と交差点から退出する退出車線とを検出する車線検出部と、鳥瞰画像から、複数の道路のそれぞれについて、その道路に表された、車両が進行可能な方向を表す道路標示または車両が進行可能な方向を表す道路構造を検出する標示構造検出部と、複数の道路のそれぞれについて、その道路の進入車線に標示された道路標示またはその道路の構造に基づいて、その道路の進入車線と複数の道路のうちのその道路の進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線とを結ぶように、交差点における車線同士の接続関係を表すレーンネットワークを生成するレーンネットワーク生成部とを有する。
この地図生成装置において、標示構造検出部は、道路標示として、車両が進行可能な方向を表す矢印を検出し、レーンネットワーク生成部は、複数の道路のそれぞれについて、その道路の進入車線を、複数の道路のうちのその道路以外の他の道路のうち、その道路の進入車線に標示された矢印で示された方向に位置する道路の退出車線のみと接続するようにレーンネットワークを生成することが好ましい。
あるいは、この地図生成装置において、標示構造検出部は、道路構造として、交差点に接続される複数の道路のうちの何れかの道路の進入車線と複数の道路のうちの何れかの道路以外の他の道路の退出車線とを直接接続するバイパス路を検出し、レーンネットワーク生成部は、バイパス路で接続された進入車線と退出車線とを接続するようにレーンネットワークを生成することが好ましい。
本発明の他の形態として、地図生成方法が提供される。この地図生成方法は、鳥瞰画像から交差点及び交差点に接続する複数の道路を検出し、交差点に接続される複数の道路のそれぞれについて、その道路に含まれる、交差点へ進入する進入車線と交差点から退出する退出車線とを検出し、鳥瞰画像から、複数の道路のそれぞれについて、その道路に表された、車両が進行可能な方向を表す道路標示または車両が進行可能な方向を表す道路構造を検出し、複数の道路のそれぞれについて、その道路の進入車線に標示された道路標示またはその道路の構造に基づいて、その道路の進入車線と複数の道路のうちのその道路の進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線とを結ぶように、交差点における車線同士の接続関係を表すレーンネットワークを生成する、ことを含む。
本発明のさらに他の形態として、地図生成用コンピュータプログラムが提供される。この地図生成用コンピュータプログラムは、鳥瞰画像から交差点及び交差点に接続する複数の道路を検出し、交差点に接続される複数の道路のそれぞれについて、その道路に含まれる、交差点へ進入する進入車線と交差点から退出する退出車線とを検出し、鳥瞰画像から、複数の道路のそれぞれについて、その道路に表された、車両が進行可能な方向を表す道路標示または車両が進行可能な方向を表す道路構造を検出し、複数の道路のそれぞれについて、その道路の進入車線に標示された道路標示またはその道路の構造に基づいて、その道路の進入車線と複数の道路のうちのその道路の進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線とを結ぶように、交差点における車線同士の接続関係を表すレーンネットワークを生成する、ことをコンピュータに実行させるための命令を含む。
本発明に係る地図生成装置は、鳥瞰画像に基づいて、交差点に接続する各道路間で、車両が走行可能な車線間の接続関係を自動的に抽出することができるという効果を奏する。
一つの実施形態による、地図生成装置のハードウェア構成図である。 一つの実施形態による、地図生成装置のプロセッサの機能ブロック図である。 （ａ）～（ｃ）は、交差点領域検出の概要の説明図である。 スケルトン化あるいは細線化処理による、交差点の基準点検出の概要の説明図である。 進行方向指示マークに基づく、進入車線と退出車線との接続関係の決定の一例を示す図である。 地図生成処理の動作フローチャートである。 道路構造に基づく、進入車線と退出車線との接続関係の決定の一例を示す図である。
以下、図を参照しつつ、地図生成装置、及び、その地図生成装置で利用される地図生成方法及び地図生成用コンピュータプログラムについて説明する。この地図生成装置は、道路が表された鳥瞰画像から、交差点及び交差点と接続する複数の道路を含む交差点領域を検出する。また、この地図生成装置は、交差点と接続する複数の道路のそれぞれについて、交差点へ進入する進入車線と交差点から退出する退出車線を検出する。そしてこの地図生成装置は、交差点と接続する複数の道路のそれぞれについて、その道路の進入車線と他の道路のうちのその道路の進入車線から車両が進行可能な退出車線とを結ぶように、交差点における車線同士の接続関係を表すレーンネットワークを生成する。その際、この地図生成装置は、鳥瞰画像から、交差点と接続する複数の道路のそれぞれについて、その道路の進入車線に表された、車両が進行可能な方向を表す道路標示を検出し、その道路標示に表された方向に従って、その進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線とを結ぶようにレーンネットワークを生成する。
なお、以下に説明する各実施形態または変形例において、地図生成処理の対象となる、道路が表された鳥瞰画像は、例えば、地面を鉛直上方から撮影することで得られ、かつ、道路上に表された個々の道路標示を識別可能な画像、例えば、高解像度の衛星写真あるいは航空写真が表された画像とすることができる。また、以下の説明では、地図生成処理の対象となる鳥瞰画像を、単に画像と呼ぶことがある。
図１は、一つの実施形態による、地図生成装置のハードウェア構成図である。図１に示されるように、地図生成装置１は、通信インターフェース２と、入力装置３と、表示装置４と、メモリ５と、記憶媒体アクセス装置６と、プロセッサ７とを有する。
通信インターフェース２は、イーサネット（登録商標）などの通信規格に従った通信ネットワークに接続するための通信インターフェース及びその制御回路を有する。通信インターフェース２は、通信ネットワークを介して接続される他の機器（図示せず）から、様々な情報あるいはデータを受信してプロセッサ７へわたす。通信インターフェース２が受信するデータには、地図生成処理の対象となる、道路が表された画像と、その画像に表された地理的範囲を表す情報（例えば、その画像に表された領域の所定の位置（例えば、左上端または中心）の緯度及び経度、その領域の水平方向及び垂直方向の実空間サイズ、及び方位）が含まれていてもよい。また通信インターフェース２は、プロセッサ７から受け取った、地図生成処理の実行結果として得られた地図情報の一例である道路地図を、通信ネットワークを介して他の機器へ出力してもよい。
入力装置３は、例えば、キーボードと、マウスといったポインティングデバイスとを有する。そして入力装置３は、ユーザによる操作、例えば、地図生成処理の対象となる画像を選択する操作、地図生成処理の実行開始を指示する操作、あるいは、生成された道路地図を表示装置４に表示させる操作に応じた操作信号を生成し、その操作信号をプロセッサ７へ出力する。
表示装置４は、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイを有する。そして表示装置４は、プロセッサ７から受け取った表示用のデータ、例えば、地図生成処理が実行される画像の候補を表すデータ、あるいは、生成された道路地図またはその一部を表示する。
なお、入力装置３と表示装置４とは、タッチパネルディスプレイのように一体化された装置であってもよい。
メモリ５は、記憶部の一例であり、例えば、読み書き可能な半導体メモリと読み出し専用の半導体メモリである。そしてメモリ５は、例えば、プロセッサ７で実行される地図生成処理用のコンピュータプログラム、その地図生成処理で用いられる各種のデータ、例えば、地図生成処理で用いられる識別器を規定するパラメータ群、及び、その地図生成処理の実行中に生成される各種のデータを記憶する。さらに、メモリ５は、地図生成処理の対象となる画像、及び、その画像に表された地理的範囲を表す情報を記憶してもよい。さらに、メモリ５は、生成された道路地図を記憶してもよい。
記憶媒体アクセス装置６は、例えば、磁気ディスク、半導体メモリカード及び光記憶媒体といった記憶媒体８にアクセスする装置である。なお、記憶媒体アクセス装置６は、記憶媒体８とともに、記憶部の他の一例を構成する。記憶媒体アクセス装置６は、例えば、記憶媒体８に記憶された、プロセッサ７上で実行される地図生成処理用のコンピュータプログラム、あるいは、地図生成処理の対象となる画像を読み込み、プロセッサ７に渡す。あるいは、記憶媒体アクセス装置６は、生成された道路地図をプロセッサ７から受け取って、その道路地図を記憶媒体８に書き込んでもよい。
プロセッサ７は、処理部の一例であり、例えば、１個または複数個のＣＰＵ及びその周辺回路を有する。さらに、プロセッサ７は、数値演算用の演算回路、グラフィック処理用の演算回路及び論理演算用の演算回路を有していてもよい。そしてプロセッサ７は、地図生成装置１全体を制御する。また、プロセッサ７は、地図生成処理の対象となる、道路が表された画像に対して地図生成処理を実行する。
図２は、地図生成処理に関する、プロセッサ７の機能ブロック図である。図２に示されるように、プロセッサ７は、停止線検出部１１と、交差点領域検出部１２と、車線検出部１３と、標示構造検出部１４と、レーンネットワーク生成部１５と、地図生成部１６とを有する。プロセッサ７が有するこれらの各部は、例えば、プロセッサ７上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される機能モジュールである。あるいは、プロセッサ７が有するこれらの各部は、プロセッサ７に設けられる、専用の演算回路であってもよい。
停止線検出部１１は、画像に表された個々の一時停止線を検出する。そのために、停止線検出部１１は、例えば、画像から一時停止線を検出するように予め学習された識別器に画像を入力することで、個々の一時停止線を検出する。停止線検出部１１は、そのような識別器として、例えば、コンボリューショナルニューラルネットワーク（Convolutional Neural Network, CNN）型のアーキテクチャを有する、いわゆるディープニューラルネットワーク（DNN）を用いることができる。より具体的に、そのような識別器は、例えば、Fully Convolutional Network(FCN)、U-NetあるいはPSPNetといった、セマンティックセグメンテーション用のCNN、あるいは、Mask-RCNNといったインスタンスセグメンテーション用のCNNとすることができる。あるいはまた、そのような識別器は、Single Shot MultiBox Detector(SSD)あるいはFaster R-CNNといった、物体検出用のCNNであってもよい。さらに、そのような識別器は、AdaBoostといったニューラルネットワーク以外の機械学習手法に従った識別器であってもよい。あるいはまた、停止線検出部１１は、テンプレートマッチングといった機械学習以外の手法により、一時停止線を検出してもよい。
停止線検出部１１は、検出された個々の一時停止線の画像上での位置及びサイズを表す情報を、交差点領域検出部１２、車線検出部１３及び地図生成部１６へ通知する。
交差点領域検出部１２は、交差点検出部の一例であり、画像に表された個々の交差点について、その交差点及びその交差点と接続される複数の道路とを含む所定の領域（以下、単に交差点領域と呼ぶ）を検出する。そのために、交差点領域検出部１２は、例えば、画像から交差点の中心を表す道路標示（以下、交差点マークと呼ぶ）及び道路が表された道路領域を検出するように予め学習された識別器に画像を入力することで、個々の交差点マーク及び道路領域を検出する。交差点領域検出部１２は、そのような識別器として、停止線検出部１１に関して説明したのと同様の識別器、例えば、セマンティックセグメンテーション用またはインスタンスセグメンテーション用のCNNを用いることができる。識別器として、セマンティックセグメンテーション用のCNNが用いられる場合、交差点領域検出部１２は、交差点マークを表す画素の集合に対してクラスタリング処理またはラベリング処理を適用することで、交差点マークを表す画素の集合を個々の交差点マークごとに分類すればよい。なお、停止線検出部１１で用いる識別器が、一時停止線だけでなく、交差点マーク及び道路領域を画像から検出するように予め学習されてもよい。この場合には、交差点領域検出部１２は、停止線検出部１１から、一時停止線の画像上での位置及びサイズを表す情報とともに、交差点マーク及び道路領域の画像上での位置及びサイズを表す情報を受け取ればよい。
交差点マーク及び道路領域が検出されると、交差点領域検出部１２は、検出された交差点マークごとに、以下の手順に従って交差点領域を検出する。
交差点領域検出部１２は、画像上の検出された交差点マーク内の所定の点、例えば、交差点マークの重心の位置を、交差点内の基準点として設定する。そして交差点領域検出部１２は、基準点から放射方向に沿って等角度間隔で複数の走査線を設定し、走査線ごとに、その走査線と道路領域とそれ以外の領域との境界（以下、道路端と呼ぶ）または一時停止線を道路端まで延伸した線と交差する位置を、交差点領域の外縁として検出する。このように交差点領域の外縁を決定することで、交差点領域に、交差点に接続する各道路の一時停止線が含まれるようになるので、交差点に接続する各道路が有する車線の数を求めることが容易となる。
また、個々の走査線のうち、交差点の基準点から予め設定された最遠端までの間において、上記のような一時停止線などと交差する位置が存在しない走査線について、交差点領域検出部１２は、その最遠端の位置を交差点領域の外縁候補として検出する。そして最遠端に達した位置が外縁候補となった道路について、交差点領域検出部１２は、外縁候補が並ぶ外縁候補線を基準点に向けて徐々に近づけ、その外縁候補線の長さがその直前の長さと比較して所定比率以上長くなったときの所定画素数だけ基準点から遠い位置の外縁候補線を、交差点領域の外縁に設定する。これにより、交差点領域検出部１２は、交差点に接続する各道路のうちの一時停止線が設けられていない道路についても、その道路と交差点との接続箇所を交差点領域に含めることができる。そのため、その一時停止線が設けられていない道路に関するレーンネットワークを適切に設定することが可能となる。
交差点領域検出部１２は、交差点に接続する各道路について、その道路上に設定された外縁同士を結んだ線で囲まれた領域を交差点領域として検出する。
図３（ａ）～図３（ｃ）は、交差点領域検出の概要の説明図である。図３（ａ）に示されるように、交差点内の基準点３０１から放射方向に沿って設定される各走査線３０２と、道路端３０３または一時停止線３０４を道路端３０３まで延伸した線とが交差する位置が交差点領域の外縁として設定される。ただし、基準点３０１から見て右側に位置する道路３０５については、一時停止線が存在しないため、予め設定された最遠端の位置に交差点領域の外縁の候補線３１１が設定される。
図３（ｂ）に示されるように、道路３０５について、外縁候補線を基準点３０１に向けて徐々に近づけていくと、位置３０６にて、その外縁候補線の長さがその直前の長さと比較して所定比率以上長くなる。そこで、位置３０６から所定画素数だけ基準点３０１から遠い位置の外縁候補線が、道路３０５における交差点領域の外縁の一部３１２として設定される。
図３（ｃ）に示されるように、最終的に、各道路について求められた外縁で囲まれた領域が交差点領域３１３となる。
なお、交差点によっては、交差点マークが設けられていないことがある。そこで交差点領域検出部１２は、交差点マークが設けられていない交差点についての基準点を、以下の手順に従って設定してもよい。
交差点領域検出部１２は、識別器により検出された道路領域に対して、スケルトン化処理を適用することで、各道路の接続関係を表すスケルトンネットワークを求める。これにより、各道路は、一本の線で表されるようになるので、交差点では、複数の線が交差するノードとなる。そこで交差点領域検出部１２は、次数３以上のノードのそれぞれを基準点とする。なお、交差点領域検出部１２は、道路領域をスケルトン化する代わりに、道路領域に対して細線化処理を実行することで、各道路の接続関係を表す細線化されたネットワークを求めてもよい。この場合も同様に、交差点領域検出部１２は、次数３以上のノードのそれぞれを基準点とすればよい。このようなネットワークに基づいて基準点を設定することで、交差点領域検出部１２は、交差点マークが設けられていない交差点についても、交差点内に基準点を設定することができ、その結果として、そのような交差点についても、交差点領域を適切に設定することができる。
図４は、スケルトン化あるいは細線化処理による、交差点の基準点検出の概要の説明図である。図４に示されるように、画像４００に表された道路領域がスケルトン化あるいは細線化されることで得られたスケルトンあるいは細線化ネットワーク４０１において、個々の交差点において次数３以上のノード４０２が現れている。そこで各ノード４０２が、交差点領域検出のための基準点として設定できることが分かる。
あるいは、交差点領域検出部１２は、道路端を表す個々の画素を母点として、道路領域に対してボロノイ分割処理を実行してもよい。この場合、個々の道路の略中心にボロノイ境界が引かれることになるので、交差点では、複数のボロノイ境界が交差するボロノイ点が現れる。そこで、交差点領域検出部１２は、ボロノイ点のそれぞれを基準点とすればよい。この場合も、交差点領域検出部１２は、交差点マークが設けられていない交差点についても、交差点内に基準点を設定することができ、その結果として、そのような交差点についても、交差点領域を適切に設定することができる。
交差点領域検出部１２は、検出された個々の交差点領域について、画像上でのその交差点領域を表す情報を、車線検出部１３、レーンネットワーク生成部１５及び地図生成部１６へ通知する。
車線検出部１３は、検出された個々の交差点領域に含まれる交差点に接続する各道路について、その交差点へ進入する進入車線と交差点から退出する退出車線の少なくとも一方を検出する。
例えば、車線検出部１３は、着目する道路について、一時停止線の長さが道路幅に所定の係数（例えば、0.5）を乗じた値以下であれば、その道路に進入車線と退出車線の両方が含まれると判定する。一方、一時停止線の長さが道路幅に所定の係数を乗じた値よりも長ければ、車線検出部１３は、その道路に進入車線のみが含まれると判定する。なお、車線検出部１３は、着目する道路の幅を、その道路の延伸方向と略直交する方向における道路端間の距離として算出することができる。また、上述した識別器により車線区画線が検出されている場合、車線検出部１３は、着目する道路の進入車線及び退出車線それぞれについて、その車線区画線により区分される数だけ車線が存在すると判定する。その際、車線検出部１３は、一時停止線が設けられている道路については、車線区画線と一時停止線の位置関係に応じて、進入車線の数及び退出車線の数を判定してもよい。例えば、車線検出部１３は、着目する道路について、その道路の延伸方向と略直交する方向において、その道路に設けられた一時停止線と重ならない位置に設けられた車線区画線の数に１を加えた数を、退出車線の数とする。また、車線検出部１３は、着目する道路について、その道路の延伸方向と略直交する方向において、その道路に設けられた一時停止線と重なる位置に設けられた車線区画線の数に１を加えた数を、進入車線の数とする。さらに、車線検出部１３は、着目する道路について、その道路の延伸方向と略直交する方向において、一時停止線の道路の中央側の一端から所定の範囲内に位置する車線区画線については、進入車線と退出車線とを区別するものとして、進入車線及び退出車線の数のカウントには参照しないようにしてもよい。なお、所定の範囲は、例えば、画像上での車両の幅よりも小さいサイズに設定される。
また、一時停止線が設けられていない道路において、一つの車線区画線が検出されている場合には、車線検出部１３は、その道路において、車線区画線で区分される二つの車線が含まれると判定してもよい。そして車線検出部１３は、その二つの車線のうち、画像に表されている地域の道路法規に従って交差点へ進入可能な方の車線を進入車線、他方の車線を退出車線と判定すればよい。さらに、一時停止線及び車線区画線の何れも検出されていない道路（以下、説明の便宜上、無停止線道路と呼ぶ）について、車線検出部１３は、無停止線道路には退出車線のみが含まれると判定する。あるいは、無停止線道路について、車線検出部１３は、同じ交差点に接続する他の道路が有する車線との関係に基づいて、無停止線道路の車線が進入車線か退出車線かを判定してもよい。例えば、着目する交差点領域に含まれる交差点が十字路であり、無停止線道路と基準点を挟んで対向する位置にある道路に一時停止線が設けられ、かつ、その道路の車線が進入車線のみである場合、車線検出部１３は、無停止線道路は退出車線のみを含むと判定する。一方、着目する交差点領域に含まれる交差点が十字路であり、着目する無停止線道路と基準点を挟んで対向する位置にある道路も無停止線道路である場合、着目する無停止線道路に含まれる一つの車線は、着目する交差点への進入及び着目する交差点からの退出の何れも可能な車線、すなわち、進入車線であり、かつ、退出車線であるとしてもよい。このように、一時停止線の有無、及び、道路の幅に対する一時停止線の長さの比に応じて進入車線及び退出車線を検出することで、車線検出部１３は、交差点に接続する各道路に含まれる進入車線及び退出車線を精度良く検出することができる。
車線検出部１３は、個々の交差点領域について、その交差点領域に含まれる交差点に接続する各道路の進入車線及び退出車線を表す情報をレーンネットワーク生成部１５へ通知する。
標示構造検出部１４は、鳥瞰画像から、個々の交差点について、その交差点に接続される複数の道路のそれぞれについて、その道路に表された、車両が進行可能な方向を表す道路標示（以下、進行方向指示マークと呼ぶ）を検出する。そのために、標示構造検出部１４は、例えば、識別器に画像を入力することで、画像から個々の進行方向指示マークを検出するとともに、検出された進行方向指示マークが表す車両が進行可能な方向の種別（直進指示用矢印、右折指示用矢印、左折指示用矢印、直進及び左折指示用矢印等、以下、単に進行方向指示マークの種別と呼ぶ）を識別する。識別器は、画像から進行方向指示マークを検出するとともに、進行方向指示マークの種別を識別するように予め学習される。標示構造検出部１４は、そのような識別器として、停止線検出部１１に関して説明したのと同様の物体検出用の識別器、例えば、SSDあるいはFaster R-CNNといった物体検出用のCNNを用いることができる。あるいは、標示構造検出部１４は、進行方向指示マークの種別ごとにメモリ５に予め記憶されたテンプレートと画像間のテンプレートマッチングといった、機械学習以外の手法により、進行方向指示マークを検出するとともに、検出した進行方向指示マークの種別を識別してもよい。
標示構造検出部１４は、検出した個々の進行方向指示マークの画像上での位置を表す情報（例えば、進行方向指示マークの重心位置、あるいは、進行方向指示マークを囲む矩形領域の左上端画素の位置及び右下端画素の位置）、及び、その進行方向指示マークの種別をレーンネットワーク生成部１５へわたす。
レーンネットワーク生成部１５は、個々の交差点領域について、その交差点領域に含まれる交差点に接続する複数の道路のそれぞれについて、その道路の進入車線とその交差点に接続する他の道路の退出車線とを結ぶように、交差点における車線同士の接続関係を表すレーンネットワークを生成する。これにより、各交差点について、車線単位で車両が進行可能な方向を表す情報が得られる。
本実施形態では、レーンネットワーク生成部１５は、各交差点領域について、交差点に接続される各道路の進入車線に標示された進行方向指示マークに基づいて、その道路の進入車線と交差点に接続される各道路のうちのその道路の進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線を特定する。そしてレーンネットワーク生成部１５は、各道路の進入車線と、その進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線とを結ぶようにレーンネットワークを生成する。
そのために、レーンネットワーク生成部１５は、検出された進行方向指示マークのそれぞれについて、その進行方向指示マークの画像上の位置を表す情報と各交差点領域の画像上の位置を参照して、その進行方向指示マークが設けられている道路及び進入車線、及び、その進行方向指示マークが設けられている道路と接続される交差点を含む交差点領域を特定する。さらに、レーンネットワーク生成部１５は、進行方向指示マークの種別を参照して、その進行方向指示マークが示している、車両が進行可能な方向を特定する。そしてレーンネットワーク生成部１５は、その進行方向指示マークが設けられた進入車線から見て、その進行方向指示マークで示されている方向に位置する道路の退出車線を、その進入車線と接続される退出車線として特定し、その進行方向指示マークが設けられた進入車線と特定した退出車線とを接続する。
図５は、進行方向指示マークに基づく、進入車線と退出車線との接続関係の決定の一例を示す図である。図５に示されるように、交差点５０１には、４本の道路５０２～５０５が接続されている。このうち、交差点５０１に対して下側から接続する道路５０２の進入車線５０２ａには、右折を示す進行方向指示マーク５１０が標示されている。そこで、レーンネットワーク生成部１５は、レーンネットワークを生成する際、線５２０で示されるように、道路５０２以外の他の道路５０３～５０５のうち、道路５０２の進入車線５０２ａから見て最も右側に位置する道路５０５の退出車線５０５ｂと、進入車線５０２ａとを結ぶ。
また、進行方向指示マークが複数の方向を示している場合、レーンネットワーク生成部１５は、その進行方向指示マークが設けられた道路の進入車線と、その進入車線から見て、進行方向指示マークが示す各方向に位置する道路の退出車線とを接続すればよい。
図５を再度参照すると、道路５０５の進入車線５０５ａには、直進及び左折を示す進行方向指示マーク５１１が標示されている。したがって、レーンネットワーク生成部１５は、レーンネットワークを生成する際、線５２１及び線５２２で示されるように、道路５０５以外の他の道路５０２～５０４のうち、道路５０５の進入車線５０５ａから見て直進方向に位置する道路５０３の退出車線５０３ａと、進入車線５０５ａから見て最も左側に位置する道路５０２の退出車線５０２ｂとを、進入車線５０５ａと結ぶ。
なお、交差点と接続される何れかの道路の進入車線に進行方向指示マークが標示されていない場合、レーンネットワーク生成部１５は、その進入車線と、その交差点と接続される他の道路の退出車線のそれぞれとを接続するように、レーンネットワークを生成してもよい。
また、交差点と接続される道路に複数の進入車線が設けられており、進入車線ごとに進行方向指示マークが標示されている場合、レーンネットワーク生成部１５は、進入車線ごとに上記の処理を実行すればよい。また、交差点と接続される道路の進入車線に標示された進行方向指示マークで示される方向に位置する道路に複数の退出車線が設けられている場合、レーンネットワーク生成部１５は、その進入車線とそれら複数の退出車線のそれぞれとを接続するようにレーンネットワークを生成すればよい。
レーンネットワーク生成部１５は、互いに接続する進入車線と退出車線のそれぞれについて、その進入車線の横断方向における中点、例えば、その進入車線に標示された一時停止線の中点と、その退出車線の横断方向における中点とを接続するようにレーンネットワークを生成すればよい。さらに、レーンネットワーク生成部１５は、互いに接続される進入車線と退出車線との間を、車両がレーンネットワークに沿って走行可能なように曲線で接続してもよい。
レーンネットワーク生成部１５は、個々の交差点領域についてのレーンネットワークを表す情報を地図生成部１６へ通知する。
地図生成部１６は、各交差点領域についてのレーンネットワークを表す情報を含む地図を生成する。また、地図生成部１６は、画像から検出された個々の道路について、その道路に含まれる車線の数及び各車線に設けられる道路標示に関する情報を地図に含める。
その際、地図生成部１６は、交差点領域ごとに、地図生成処理の対象となった画像に表された地理的範囲を表す情報及び画像上のその交差点領域の位置を参照して、その交差点の位置を求め、道路地図にその位置を表す位置情報（例えば、緯度及び経度）を関連付けてもよい。同様に、地図生成部１６は、各道路について、その道路を所定の長さの区間ごとに区分し、その区間ごとに、地図生成処理の対象となった画像に表された地理的範囲を表す情報及び画像上でのその区間の位置を参照して、その区間の位置を求め、道路地図にその位置を表す位置情報を関連付けてもよい。
さらに、地図生成部１６は、画像ごとに生成された道路地図を結合することで、より広範囲な道路地図を生成してもよい。その際、地図生成部１６は、画像ごとに、その画像に表された地理的範囲を表す情報を参照することで、同じ道路の同じ位置同士が重なるように、個々の画像から得られた道路地図を結合すればよい。
地図生成部１６は、生成した道路地図を、メモリ５に記憶し、または、記憶媒体アクセス装置６を介して記憶媒体８に書き込む。あるいは、地図生成部１６は、生成した道路地図を、通信インターフェース２を介して他の機器へ出力してもよい。
図６は、地図生成処理の動作フローチャートである。プロセッサ７は、地図生成処理の対象となる鳥瞰画像ごとに、下記の動作フローチャートに従って地図生成処理を実行すればよい。
プロセッサ７の停止線検出部１１は、鳥瞰画像に表された個々の一時停止線を検出する（ステップＳ１０１）。また、プロセッサ７の交差点領域検出部１２は、鳥瞰画像に表された個々の交差点領域を検出する（ステップＳ１０２）。
プロセッサ７の車線検出部１３は、検出された個々の交差点領域について、その交差点に接続する各道路について、その道路の一時停止線の有無及びその道路の幅に対する一時停止線の長さの比に基づいて進入車線と退出車線の少なくとも一方を検出する（ステップＳ１０３）。
プロセッサ７の標示構造検出部１４は、鳥瞰画像から、個々の交差点領域について、その交差点領域に含まれる交差点に接続される複数の道路のそれぞれについて、その道路に表された進行方向指示マークを検出する（ステップＳ１０４）。
プロセッサ７のレーンネットワーク生成部１５は、個々の交差点領域について、その交差点領域に含まれる交差点に接続する複数の道路のそれぞれについて、その道路の進入車線に標示された進行方向指示マークに示される方向に従って、その道路の進入車線とその進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線とを結ぶようにレーンネットワークを生成する（ステップＳ１０５）。
そしてプロセッサ７の地図生成部１６は、各交差点領域についてのレーンネットワークを表す情報を含む道路地図を生成する（ステップＳ１０６）。そしてプロセッサ７は、地図生成処理を終了する。
以上に説明してきたように、この地図生成装置は、道路が表された鳥瞰画像に表された個々の交差点領域を検出し、検出された個々の交差点領域について、交差点と接続する各道路について進入車線と退出車線を検出する。そしてこの地図生成装置は、交差点と接続する複数の道路のそれぞれについて、その道路の進入車線と他の道路のうちのその道路の進入車線から車両が進行可能な退出車線とを結ぶようにレーンネットワークを生成する。その際、この地図生成装置は、鳥瞰画像から、交差点と接続する複数の道路のそれぞれについて、その道路の進入車線に表された、車両が進行可能な方向を表す道路標示を検出し、その道路標示に表された方向に従って、その進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線を特定する。このように、この地図生成装置は、鳥瞰画像に基づいて、交差点に接続する各道路間で、走行可能な車線間の接続関係を自動的に抽出することができる。
なお、交差点によっては、道路標示が無くても、左折のみ（日本等）、右折のみ（米国等）可能な車線が存在し得る。例えば、ある道路が交差点に達する以前に、その道路において、左折専用の車線が、信号機による交通整理の対象となる他の車線から分岐して、バイパス路を介してその道路から見て左側の道路の退出車線へ接続されていることがある。
そこで変形例によれば、標示構造検出部１４は、鳥瞰画像から、個々の交差点領域について、その交差点領域に含まれる交差点に接続される複数の道路のそれぞれについて、進行方向指示マークを検出する代わりに、あるいは、進行方向指示マークを検出するとともに、車両が進行可能な方向を表す道路構造（以下、進行方向指定構造と呼ぶ）を検出してもよい。進行方向指定構造は、上記のように、交差点に接続される複数の道路のうちの何れかの進入車線と、その複数の道路のうちの他の道路の退出車線とを接続するバイパス路を有する構造とすることができる。
例えば、標示構造検出部１４は、個々の交差点領域について、画像からその交差点領域を含む所定範囲を切り出して進行方向指定構造を検出するように予め学習された識別器に入力することで、交差点領域ごとに進行方向指定構造を検出する。標示構造検出部１４は、そのような識別器として、例えば、SSDあるいはFaster R-CNNといった物体検出用のCNNを用いることができる。あるいは、標示構造検出部１４は、メモリ５に予め記憶された、進行方向指定構造を表すテンプレートとその所定範囲とのテンプレートマッチングといった機械学習以外の手法により、進行方向指定構造を検出してもよい。
標示構造検出部１４は、画像上で検出した進行方向指定構造が含まれる領域を表す情報をレーンネットワーク生成部１５へわたす。
レーンネットワーク生成部１５は、進行方向指定構造が検出された交差点領域について、画像上での進行方向指定構造と、交差点に接続する各道路との位置関係に基づいて、その進行方向指定構造が設けられた道路、及びその道路に対する進行方向指定構造の相対的な位置（すなわち、交差点に向かって左側または右側の何れに位置するか）を特定する。なお、進行方向指定構造は、一般的に、車両が対向車線を横切ることなく進入車線から退出車線へ移動可能なように設けられる。そのため、日本のように、車両が左側通行することが定められた交通法規を有する国では、進行方向指定構造は、交差点にて左折となる車線、すなわち、交差点に向かって道路の左端に位置する進入車線から分岐して、交差点においてその道路と交差する他の道路における、交差点に向かって右端に位置する退出車線へ合流するように設けられる。逆に、アメリカのように、車両が右側通行することが定められた交通法規を有する国では、進行方向指定構造は、交差点にて右折となる車線、すなわち、交差点に向かって道路の右端に位置する進入車線から分岐して、交差点においてその道路と交差する他の道路における、交差点に向かって左端に位置する退出車線へ合流するように設けられる。そこで、レーンネットワーク生成部１５は、画像に表された地理的範囲の緯度及び経度を表す情報を参照して、その地理的範囲に対して適用される交通法規（左側通行または右側通行）を特定することで、進行方向指定構造が左折または右折の何れの車線に設けられるか否かを判定してもよい。そしてレーンネットワーク生成部１５は、その判定結果に基づいて、道路に対する進行方向指定構造の相対的な位置を特定してもよい。
図７は、この変形例による、道路構造に基づく、進入車線と退出車線との接続関係の決定の一例を示す図である。図７に示されるように、交差点７０１には、４本の道路７０２～７０５が接続されている。このうち、交差点７０１に対して下側から接続する道路７０２の左端の進入車線７０２ａと、交差点７０１に対して左側から接続する道路７０３の退出車線７０３ａとの間には、道路７０２から左側へ向けて分岐して交差点そのものをバイパスして道路７０３と合流するバイパス路７０６が設けられている。このバイパス路７０６は、進行方向指定構造の一例である。そこで、標示構造検出部１４が、進入車線７０２ａと退出車線７０３ａとを直接接続するバイパス路７０６を検出し、レーンネットワーク生成部１５は、矢印７１０で示されるように、バイパス路７０６により接続される道路７０２の進入車線７０２ａと道路７０３の退出車線７０３ａとを結ぶようにレーンネットワークを生成する。
この変形例によれば、地図生成装置は、道路標示が検出されなくても、交差点に接続する各道路間で、走行可能な車線間の接続関係を自動的に抽出することができる。
さらに、上記の実施形態または変形例による地図生成装置のプロセッサが有する各部の機能をコンピュータに実現させるコンピュータプログラムは、コンピュータによって読取り可能な記録媒体に記憶された形で提供されてもよい。なお、コンピュータによって読取り可能な記録媒体は、例えば、磁気記録媒体、光記録媒体、又は半導体メモリとすることができる。
１ 地図生成装置
２ 通信インターフェース
３ 入力装置
４ 表示装置
５ メモリ
６ 記憶媒体アクセス装置
７ プロセッサ
８ 記憶媒体
１１ 停止線検出部
１２ 交差点領域検出部
１３ 車線検出部
１４ 標示構造検出部
１５ レーンネットワーク生成部
１６ 地図生成部

Claims (5)

  1. 鳥瞰画像から交差点及び前記交差点に接続する複数の道路を検出する交差点検出部と、
    前記交差点に接続される前記複数の道路のそれぞれについて、当該道路に含まれる、前記交差点へ進入する進入車線と前記交差点から退出する退出車線とを検出する車線検出部と、
    前記鳥瞰画像から、前記複数の道路のそれぞれについて、車両が進行可能な方向を表す道路構造を検出する標示構造検出部と、
    前記複数の道路のそれぞれについて、当該道路の構造に基づいて、当該道路の進入車線と前記複数の道路のうちの当該道路の進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線とを結ぶように、前記交差点における車線同士の接続関係を表すレーンネットワークを生成するレーンネットワーク生成部と、
    を有する地図生成装置。
  2. 前記標示構造検出部は、前記複数の道路のそれぞれについて、当該道路に表された、車両が進行可能な方向を表す矢印をさらに検出し、
    前記レーンネットワーク生成部は、前記複数の道路のそれぞれについて、当該道路の進入車線を、前記複数の道路のうちの当該道路以外の他の道路のうち、当該道路の進入車線に標示された前記矢印で示された方向に位置する道路の退出車線のみと接続するように前記レーンネットワークを生成する、請求項１に記載の地図生成装置。
  3. 前記標示構造検出部は、前記道路構造として、前記複数の道路のうちの何れかの道路の進入車線と前記複数の道路のうちの前記何れかの道路以外の他の道路の退出車線とを直接接続するバイパス路を検出し、
    前記レーンネットワーク生成部は、前記バイパス路で接続された進入車線と退出車線とを接続するように前記レーンネットワークを生成する、請求項１に記載の地図生成装置。
  4. 鳥瞰画像から交差点及び前記交差点に接続する複数の道路を検出し、
    前記交差点に接続される前記複数の道路のそれぞれについて、当該道路に含まれる、前記交差点へ進入する進入車線と前記交差点から退出する退出車線とを検出し、
    前記鳥瞰画像から、前記複数の道路のそれぞれについて、車両が進行可能な方向を表す道路構造を検出し、
    前記複数の道路のそれぞれについて、当該道路の構造に基づいて、当該道路の進入車線と前記複数の道路のうちの当該道路の進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線とを結ぶように、前記交差点における車線同士の接続関係を表すレーンネットワークを生成する、
    ことを含む地図生成方法。
  5. 鳥瞰画像から交差点及び前記交差点に接続する複数の道路を検出し、
    前記交差点に接続される前記複数の道路のそれぞれについて、当該道路に含まれる、前記交差点へ進入する進入車線と前記交差点から退出する退出車線とを検出し、
    前記鳥瞰画像から、前記複数の道路のそれぞれについて、車両が進行可能な方向を表す道路構造を検出し、
    前記複数の道路のそれぞれについて、当該道路の構造に基づいて、当該道路の進入車線と前記複数の道路のうちの当該道路の進入車線から車両が進行可能な他の道路の退出車線とを結ぶように、前記交差点における車線同士の接続関係を表すレーンネットワークを生成する、
    ことをコンピュータに実行させる地図生成用コンピュータプログラム。
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