Image mosaicing aims to increase visual perception by composing data from separate images since a mosaic image provides a more powerful scene description. Gaining and maintaining situational awareness from image mosaics is important for both civil and military applications. Inspection of the urban areas suffering from natural disasters and examination of the large plantations are possible civil areas of utilization. For military applications, image mosaicing can provide critical information about enemy activities in wide areas. Although there are many studies in the literature that focus on creating real-time image mosaics for different applications, there is still room for improvement due to the need for faster and more accurate mosaicing for a variety of practical scenarios. In this thesis, novel techniques for creating fast and accurate aerial image mosaics of quasi-planar scenes are developed. First, a sequential mosaicing approach is proposed where all the past images intersecting the new image are used to estimate alignment of the new image. A tool from computer graphics, Separating Axis Theorem (SAT), is employed to detect image intersections. A new local affine refinement is introduced to provide global consistency throughout the mosaic. Second, a pose estimation based mosaicing technique is developed where the scene normal and the camera pose parameters are estimated through an Extended Kalman Filter (EKF). Mosaic is formed by using the homographies constructed from the estimated state vector. Using an EKF based approach provides a significant global consistency throughout the mosaic since all the parameters are updated by which error accumulations in the loop closing regions are compensated. Proposed algorithm also provides localization and attitude information of the camera which might be beneficial for robotics applications. Both methods are verified through several experiments and comparisons with some state-of-the-art algorithms are presented. Results show that the developed algorithms work successfully as intended.

Görüntü mozaikleme, ayrı ayrı çekilmiş resimlerin bütünleştirilmesini ve bütünleşik resimlerin sahne hakkında daha iyi bir tanımlama sunmasından dolayı bu şekilde sahne hakkındaki görsel algının artırılmasını amaçlar. Mozaik resimlerden elde edilen durumsal farkındalık sivil ve askeri uygulamalar açısından önem taşır. Muhtemel sivil kullanım alanları, doğal felaketlerden dolayı hasar görmüş kentsel bölgelerin keşfi ve geniş dikili alanların incelenmesi olarak verilebilir. Askeri uygulamalar içinse, görüntü mozaikleme geniş alanda süregelen düşman aktiviteleri hakkında kritik bilgiler sağlayabilir. Literatürdeki farklı uygulamalar için geliştirilmiş çeşitli gerçek zamanlı görüntü mozaikleme çalışmalarına rağmen, birçok pratik uygulama için daha hızlı ve doğru sonuçlar veren yöntemlere duyulan ihtiyaç sebebiyle, konu hala gelişmeye açıktır. Bu tezde, havadan alınmış düzlemsi sahnelere ait görüntülerin hızlı ve doğru şekilde mozaiklenmesini amaçlayan yeni yöntemler geliştirilmiştir. İlk olarak, yeni gelen bir resmin yerleşiminin belirlenmesi için bu resim ile kesişen bütün eski resimlerin kullanıldığı bir mozaikleme yaklaşımı geliştirilmiştir. Kesişen resimleri belirlemek için Bilgisayar Grafikleri literatüründe kullanılan Ayırıcı Eksen Teoremi kullanılmıştır. Mozaik görüntü üzerindeki global tutarlılığın artırımı için yeni bir afin iyileştirme yöntemi sunulmuştur. İkinci olarak, sahne normali ve kamera poz parameterelerinin Genişletilmiş Kalman Süzgeci ile kestirimine dayalı bir mozaikleme yöntemi önerilmiştir. Mozaik görüntü, durum vektörü parametrelerinden elde edilen homografiler yardımıyla oluşturulmaktadır. Bütün parametrelerin kestiriminin birlikte yapılması ve bu sayede döngü kapanışlarındaki hataların kompanze edilmesinden dolayı, Genişletilmiş Kalman Süzgeci temelli bir yaklaşım kullanmak, mozaik görüntüye kayda değer oranda global tutarlılık sağlamaktadır. Önerilen metod ayrıca robotik uygulamalarda kullanışlı olabilecek kameranın yer ve duruş bilgisini de sağlamaktadır. İki yöntem de farklı durumlar için deneylere tabi tutulmuş ve bazı diğer gelişmiş mozaikleme algoritmaları ile karşılaştırılmaları sunulmuştur. Sonuçlar, geliştirilen yöntemlerin amaçlandığı gibi başarılı bir şekilde çalıştığını göstermektedir.