Στη Διδακτορική Διατριβή μελετώνται 3 κατηγορίες επιθέσεων άρνησης εξυπηρέτησης (Denial-of-Service). Η πρώτη κατηγορία αφορά επιθέσεις τύπου SYN Flood, μια επίθεση που πραγματοποιείται σε χαμηλό επίπεδο και αποτελεί την πιο διαδεδομένη ίσως κατηγορία. Για την αναγνώριση των επιθέσεων αυτών εξήχθησαν 9 στατιστικές παράμετροι οι οποίες τροφοδότησαν τους εξής ταξινομητές: ένα νευρωνικό δίκτυο ακτινικών συναρτήσεων, ένα ταξινομητή κ-κοντινότερων γειτόνων και ένα εξελικτικό νευρωνικό δίκτυο. Ιδιαίτερη σημασία στο σύστημα αναγνώρισης έχουν οι παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν. Για την κατασκευή και επιλογή των παραμέτρων αυτών, προτάθηκε μια νέα τεχνική η οποία χρησιμοποιεί ένα γενετικό αλγόριθμο και μια γραμματική ελεύθερης σύνταξης για να κατασκευάζει νέα σύνολα παραμέτρων από υπάρχοντα σύνολα πρωτογενών χαρακτηριστικών. Στη δεύτερη κατηγορία επιθέσεων, μελετήθηκαν επιθέσεις άρνησης εξυπηρέτησης στην υπηρεσία του παγκόσμιου ιστού (www). Για την αντιμετώπιση των επιθέσεων αυτών προτάθηκε η χρήση υπερσυνδέσμων-παγίδων οι οποίοι τοποθετούνται στον ιστοχώρο και λειτουργούν σαν νάρκες σε ναρκοπέδιο. Οι υπερσύνδεσμοι-παγίδες δεν περιέχουν καμία σημασιολογική πληροφορία και άρα είναι αόρατοι στους πραγματικούς χρήστες ενώ είναι ορατοί στις μηχανές που πραγματοποιούν τις επιθέσεις. Στην τελευταία κατηγορία επιθέσεων, τα μηνύματα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου spam, προτάθηκε μια μέθοδος κατασκευής ενός πολύ μικρού αριθμού παραμέτρων και χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά νευρωνικά δίκτυα για την αναγνώριση τους. / The dissertation analyzes 3 categories of denial-of-service attacks. The first category concerns SYN Flood attacks, a low level attack which is the most common. For the detection of this type of attacks 9 features were proposed which acted as inputs for the following classifiers: a radial basis function neural network, a k-nearest neighbor classifier and an evolutionary neural network. A crucial part of the proposed system is the parameters that act as inputs for the classifiers. For the selection and construction of those features a new method was proposed that automatically selects constructs new feature sets from a predefined set of primitive characteristics. This new method uses a genetic algorithm and a context-free grammar in order to find the optimal feature set. In the second category, denial-of-service attacks on the World Wide Web service were studied. For the detection of those attacks, the use of decoy-hyperlinks was proposed. Decoy hyperlinks, are hyperlinks that contain no semantic information and thus are invisible to normal users but are transparent to the programs that perform the attacks. The decoys act like mines on a minefield and are placed optimally on the web site so that the detection probability is maximized. In the last type of attack, the email spam problem, a new method was proposed for the construction of a very small number of features which are used to feed a neural network that for the first time is used to detect such attacks.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή μελετά την παράκτια ζώνη, της Αλεξάνδρειας (Αιγύπτου) με σκοπό: (1) την ανάπλαση του παράκτιου παλαιοπεριβάλλοντος στο οποίο αναπτύχθηκε η Ελληνιστική Αλεξάνδρεια και πώς αυτό επηρέασε στην ίδρυση και στην εξέλιξη της πόλης, (2) τον εντοπισμό ναυαγίων, καταβυθισμένων λιμενικών εγκαταστάσεων και άλλων μαρτυριών ανθρώπινης δραστηριότητας. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων xρησιμοποιήθηκαν εξειδικευμένες θαλάσσιες γεωφυσικές τεχνολογίες, όπως ηχοβολιστής πλευρικές σάρωσης, τομογράφος υποδομής πυθμένα, απλό και διαφορικό GPS. Η ανάλυση και επεξεργασία των συλλεγέντων δεδομέμων πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια των υπολογιστικών πακέτων Matlab και ArcGIS. Δημιουργήθηκαν πρωτότυπα και εύχρηστα μεθοδολογικά σχήματα (PalaeogAn και TargAn), με τη βοήθεια σύγχρονων μεθόδων επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνας, με σκοπό την επεξεργασία των αναλογικών γεωφυσικών καταγραφών, σε ένα αυτοματοποιημένο ψηφιακό περιβάλλον. Η ανάλυση των γεωφυσικών καταγραφών έδειξε την ύπαρξη μίας kurkar δομής σχήματος Τ παρόμοιας σε σχήμα, σύσταση και προσανατολισμό με το δομικό σύστημα νήσος Φάρος-Επταστάδιο-Λιμένες της Αλεξάνδρειας, μετατοπισμένη προς τα ΒΑ. Η μελέτη των μεταβολών της στάθμης της θάλασσας και η ανάλυση των τομογραφιών, έδειξε ότι η παράκτια ζώνη της Αλεξάνδρειας διαμορφώνεται από μία σειρά επάλληλων παλαιοακτών, σε βάθη νερού 16, 14, 12, 10, 8 m, οι οποίες αντιστοιχούν στην ακτογραμμή της περιοχής το 3300π.Χ (βασίλειο Harpoon), 2700π.Χ, 2000π.Χ, 1400π.Χ (οικισμός Ραχώτιδας), και 300π.Χ (Πτολεμαϊκή Αλεξάνδρεια) αντίστοιχα. Η δομή Τ ήταν πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και διαμόρφωνε ασφαλές αγκυροβόλιο (3300-2000π.Χ), ενώ αργότερα βυθίστηκε (2000-300π.Χ) αρχικά στα -2m (1400π.Χ) και στη συνέχεια στα -4m βάθος (300π.Χ), ενεργώντας ως φυσικός κυματοθραύστης που προστάτευε την ακτή από τη διάβρωση και τη θαλασσοταραχή. Επίσης φαίνεται ότι η είσοδος του Ανατολικού Λιμένα στα Πτολεμαϊκά χρόνια ήταν πολύ στενή (600m), στα ΒΑ της Άκρας Λοχιάδος και στο εσωτερικό του Ανατολικού Λιμένα εκείνη την εποχή υπήρχαν βραχονησίδες, το 92% της Άκρας Λοχιάδος είναι σήμερα καταβυθισμένο. Τέλος επιτεύχθηκε α) ο εντοπισμός ενός αρχαίου ναυαγίου, δύο περιοχών με έρματα αρχαίων πλοίων, δύο αρχαίων προβόλων, δύο σχηματισμών που πιθανώς αποτελούν αρχαία ναύδετα, β) ο εντοπισμός 57 στόχων, η αρχαιολογική σημασία των οποίων αξιολογήθηκε με τη βοήθεια του TargAn και πολυδιάστατων στατιστικών μεθόδων γ) η υπόδειξη νέων περιοχών αρχαιολογικού ενδιαφέροντος. / The aim of this PhD is twofold: (a) to reconstruct the palaeoenvironmental setting where Hellenistic Alexandria was developed, (b) to detect the presence of any prehistorical and historical shipwrecks and evidence of human activity. In order to accomplish the above a geophysical survey was carried out, using a sidescan sonar and a subbottom profiler system, while the positioning was provided by a GPS and DGPS. The geophysical data were analyzed using a Matlab and an ArcGIS software. New, user-friendly methodological schemes, referred to as PalaeogAn και TargAn, were developed using image analysis techniques, in order to analyse analogue geophysical data in a digital environment. The geophysical data analysis shows the presence of a Τ-shape kurkar ridge, which stands at a minimum water depth of 11m below the seasurface at the north end of the Eastern Harbour of Alexandria. This kurkar formation is almost identical with that of the Pharos island–Heptastadion-Alexandria Harbours. Sea level changes and geophysical data analysis suggest that Alexandria’s coastal zone is characterized by a series of parallel submerged palaeoshorelines, at water depths of 16, 14, 12, 10 and 8 m, which represent the coastlines of 3300 BC (kingdom of Harpoon), 2700 BC, 2000 BC, 1400 BC (ancient Rachotis), and 300 BC (Ptolemaic Alexandria) respectively. The Τ-shape structure between 3300-2000BC was above msl creating a safe anchorage for ancient ships. In 1400 BC and 300 BC it was 2m and 4m under msl respectively, acting as a natural breakwater and protecting the coast from wave action. During the Hellenistic times (300 BC) the Eastern Harbour entrance was much smaller (600m) than today. At the northeastern end of Cape Lochias and in the inner Eastern Harbour dangerous shoals and reefs were scattered. Cape Lochias was much larger than it is today as the most of it (92%) is at present submerged. The insonification revealed (a) the existence of an ancient shipwreck, two areas with ship ballast, two structures which might have been used as buoys, two structures that were propably used as moles, (b) the presence of 57 acoustic anomalies, which were analyzed using the TargAn and multivariate statistical methods, (c) new areas of archaeological importance to be surrveyed in the near future. The results of the statistical analysis classified the acoustic anomalies into groups showing their archaeological validity.

Η κατασκευή συστημάτων τομογραφίας του ανθρώπινου ιστού τα οποία θα χρησιμοποιούν το υπέρυθρο φάσμα ακτινοβολίας αποτελεί σημαντική προοπτική για τη δημιουργία νέων ιατρικών διαγνωστικών μεθόδων. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν είναι η μικρή διεισδυτική ικανότητα και ο υψηλός βαθμός απορρόφησης και σκέδασης που παραμορφώνει ισχυρά την ακτινοβολία που διαδίδεται μέσα από τον ανθρώπινο ιστό. Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής, μελετήθηκε το πρόβλημα του εντοπισμού της θέσης των αγγείων σε ψηφιακές φωτογραφίες του ανθρώπινου δακτύλου που έχουν ληφθεί στο υπέρυθρο φάσμα. Για τον σκοπό αυτό αναπτύχθηκε μεγάλος αριθμός πρωτότυπων μεθόδων κανονικοποίησης της φωτεινότητας της εικόνας, μη-γραμμικής ενίσχυσης της αντίθεσης, αφαίρεσης των γραμμών δακτυλικών αποτυπωμάτων, εντοπισμού του προτύπου ή δικτύου αγγείων και βελτίωσης του προτύπου των αγγείων χρησιμοποιώντας μεθόδους μαθηματικής μορφολογίας. Συνοπτικά στην παρούσα διδακτορική διατριβή προτάθηκαν και εξετάσθηκαν διαφορετικές πρωτότυπες μέθοδοι και αλγόριθμοι με επίβλεψη ή χωρίς επίβλεψη για την εξαγωγή του προτύπου αγγείων από υπέρυθρες εικόνες του ανθρώπινου δακτύλου καθώς και διαφορετικές πρωτότυπες μέθοδοι και αλγόριθμοι χωρίς επίβλεψη για την εξαγωγή του δικτύου αγγείων από αμφιβληστροειδικές εικόνες του ανθρώπινου οφθαλμού. Επίσης, η ερευνητική προσπάθεια επικεντρώθηκε στην βελτίωση των εικόνων που λαμβάνονται από το προτεινόμενο σύστημα απόκτησης εικόνων, γεγονός το οποίο οδήγησε στην ανάπτυξη πρωτότυπων μεθόδων προ-επεξεργασίας και τη μετέπειτα βελτίωση των αρχικών αποτελεσμάτων κατάτμησης που προκύπτουν από την εφαρμογή των μεθόδων ή αλγορίθμων κατάτμησης προτύπου αγγείων, γεγονός το οποίο οδήγησε στην ανάπτυξη πρωτότυπων μεθόδων μετά-επεξεργασίας. / The construction of tomographic systems of human tissue which use the infrared spectrum of radiation constitutes an important capability of making new medical diagnostic methods. One of the most crucial problems which must be resolved is the low penetrating ability and the high degree of absorption and scattering which strongly distort the radiation that pass through the human tissue. In this thesis, the problem of the extraction of finger vein pattern from infrared images of finger and the similar problem of retinal vessel tree segmentation were studied. Moreover, the problem of shading and non-uniform illumination correction was also studied in images which suffer from the above problems either due to imperfect set-up of the image acquisition system or due to the interaction between objects and illumination on the scene. In this thesis, existing algorithms were improved and novel algorithms were developed. Both vein pattern extraction algorithms and shading and non-uniform illumination correction algorithms were proposed. The proposed methods include novel preprocessing modules for intensity normalization, elimination of fingerprint lines, non linear contrast enhancement using spatial information, and shading and non uniform illumination correction. The vein pattern extraction was performed using ten novel methods that use structural classification methods, spatial derivatives information and fuzzy set theory. The effectiveness of the proposed methods and algorithms was evaluated both on real and artificial images distorted by different types of noise and different signal to noise ratios. The majority of the methods present satisfactory accuracy on the detection of vein network, something happens due to the successful collaboration between the preprocessing methods and the vein pattern extraction methods. In addition, the problem of improving the vein network extraction accuracy was successfully handled using advanced postprocessing methods based on binary mathematical morphology. Finally, in this thesis two novel methods for retinal vessel segmentation were proposed and evaluated. They also compared with the most important methods have already been presented in the literature and one of them achieved the best experimental results from all the unsupervised methods evaluated in the publicly available DRIVE database.

Η τεχνολογία της αναγνώρισης και παρακολούθησης αεροσκαφών βρίσκει ποικίλες εφαρμογές σε όλους τους τομείς της αεροναυσιπλοΐας, πολιτικούς και στρατιωτικούς, από τον έλεγχο και τη ρύθμιση της εναέριας κυκλοφορίας σε πολιτικά αεροδρόμια έως το χειρισμό και την καθοδήγηση αντιαεροπορικών όπλων για στρατιωτικούς σκοπούς (π.χ. το σύστημα TAS του αντιαεροπορικού συστήματος MIM-23B Hawk). Έως σήμερα, γνωστές μέθοδοι υλοποίησης αποτελούν οι ραδιοεντοπιστές (radar), οι υπέρυθρες και οι θερμικές κάμερες, τα οποία είναι εγκατεστημένα σε επίγειους σταθμούς, σε κινούμενες μονάδες και σε αεροσκάφη. Το σύστημα που δημιουργήθηκε και θα παρουσιαστεί στην παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια εναλλακτική μέθοδο υλοποίησης της αναγνώρισης και της παρακολούθησης ιπτάμενων αντικειμένων, που εκμεταλλεύεται το οπτικό φάσμα με τη χρήση μιας οπτικής κάμερας ενσωματωμένης σε ένα σερβοκινητήρα. Σε σημεία όπου είναι δύσκολο να εφαρμοσθεί κάποια άλλη τεχνολογία ή σε σημεία που δεν καλύπτονται από άλλες συσκευές ανίχνευσης (π.χ. radar), η συσκευή μας προσφέρει όμοιες υπηρεσίες και συμπληρώνει πιθανά χάσματα ακάλυπτων περιοχών. Συγκεκριμένα, μέσω του λογισμικού που έχει αναπτυχθεί, όταν κάποιος στόχος (αεροσκάφος) εισέλθει στο οπτικό πεδίο της κάμερας, ανιχνεύεται και αναγνωρίζεται. Στη συνέχεια ο σερβοκινητήρας παρακολουθεί τον στόχο τροφοδοτούμενος με δεδομένα της θέσης και της ταχύτητάς του, ενώ βρίσκεται σε συνεχή επικοινωνία με την κάμερα. Όλα τα παραπάνω έχουν αναπτυχθεί ώστε να λειτουργούν σε συνθήκες πραγματικού χρόνου. Παρά την απουσία μιας θεωρητικής παρουσίασης ή μιας ολοκληρωμένης λύσης οπτικής αναγνώρισης και παρακολούθησης αεροσκαφών, η αναζήτηση και μελέτη της διεθνούς βιβλιογραφίας μας έδωσε το θεωρητικό υπόβαθρο για την κατανόηση του προβλήματος και ταυτόχρονα τη δυνατότητα να συνδυάσουμε τεχνικές και μεθόδους για την επίτευξη του στόχου μας. Για την επιτυχή αναγνώριση και παρακολούθηση των στόχων δημιουργήθηκαν διάφορα μοντέλα προσομοίωσης για τον έλεγχο της συμπεριφοράς μεμονομένων χαρακτηριστικών. Συγκεκριμένα, στο υποσύστημα της αναγνώρισης του στόχου μοντελοποιήθηκε αρχικά μια μέθοδος εξαγωγής της θέσης βασισμένη στο χρώμα του στόχου σε περιβάλλον Matlab/Simulink. Στη συνέχεια η ίδια μέθοδος μεταφέρθηκε σε περιβάλλον LabVIEW για να εμπλουτισθεί με διάφορες άλλες μεθόδους βασισμένες σε ένα σύνολο από χαρακτηριστικά που θα αναλυθούν στη συνέχεια. Το τελικό μοντέλο αποτελεί συνδυασμό των μεθόδων του αθροίσματος απολύτων διαφορών, της οπτικής ροής, της εξαγωγής χρωματικών και σχηματικών χαρακτηριστικών, της κανονικοποιημένης εττεροσυσχέτισης και άλλων λογικών μεθόδων και βελτιστοποιήσεων τους. Για την επίτευξη μιας επιτυχυμένης παρακολούθησης ενός “κλειδωμένου” στόχου, δοκιμάστηκαν και έγιναν πολλές προσομοιώσεις με διαφορετικούς τύπους ελεγκτών. Συγκεκριμένα η δυναμική του μοντέλου που δημιουργήθηκε, εξαρτάται από ένα συνδυασμό ελεγκτών θέσεως, ταχύτητας και άλλων παραμέτρων. Αυτά εξασφαλίζουν ένα ευσταθές και γραμμικοποιημένο σύστημα παρακολούθησης, ικανό να παρακολουθήσει οποιοδήποτε στόχο με τη προϋπόθεση ότι τα χαρακτηριστικά του στόχου καθώς και η κατάστασή του (θέση, ταχύτητα κτλ.), ικανοποιούν τις απαιτήσεις του αλγορίθμου αναγνώρισης και είναι μέσα στις εργοστασιακές δυνατότητες του συστήματος. Το μοντέλο αυτό αναπτύχθηκε και υλοποιήθηκε σε περιβάλλον LabVIEW, όπως και οι μετρήσεις και προσομοιώσεις που έγιναν πάνω σε αυτό. Όλες οι παραπάνω μέθοδοι συνεργάζονται και είναι ικανοί να δώσουν ακριβή αποτελέσματα θέσης πραγματικών στόχων κατά τη διάρκεια της ημέρας ακόμα και κάτω από δύσκολες συνθήκες (όπως συννεφιά, χαμηλή φωτεινότητα, παρεμβολή αντικειμένων) σε πραγματικό χρόνο. Η ακραία μεταβολή των περιβαλλοντικών συνθηκών θα επηρρέαζε οποιοδήποτε οπτικό σύστημα, συνεπώς και το παρόν. Περιγραφή των παραγόντων που επηρρεάζουν το σύστημά μας θα γίνει στη συνέχεια. / The technology of aircraft recognition and tracking applies in various applications in all areas of air navigation, civil and military, from air traffic control and regulation at civilian airports to anti-aircraft weapon handling and guidance for military purposes (e.g the TAS system of MIM-23B Hawk anti-aircraft system). To date, known methods of implementation are the radar, infrared and thermal cameras, which are installed at ground stations, in moving plants and aircrafts. The system that was created and is presented in this thesis is an alternative implementation of identifying and tracking flying objects, which operates in the optical spectrum using an optical camera built into a servomotor (pan-tilt unit – PTU). In regions where is difficult for one technology to be applied or in areas that are not covered by other detection devices (e.g. radar), our device offers similar services and complements potential gaps that arise by uncovered areas. Specifically, through the software we developed, when a target (aircraft) enters the field of view of our camera, it is detected and identified. Then the PTU, fed with data of target position and velocity, tracks the aircraft while keeps in constant communication with the camera. All the above have been developed to operate in real time. Despite the lack of a theoretical presentation or a complete solution of optical aircraft recognition and tracking, search and study of literature has given us the theoretical background for understanding the problem and making it possible to combine techniques and methods to achieve our goal. For the successful identification and monitoring of the targets, various simulation models were created to control the behavior of isolated features. Specifically, for the target recognition subsystem a method for extraction of the position based on the color of the target was initially modeled in Matlab/Simulink environment. Then the same method was implemented in LabVIEW to be enriched with several other methods based on a set of features that will be discussed below. The final model is a combination of the sum of absolute differences between two images, the extraction of color and shape profiles, the normalized cross-correlation and other logical methods and their optimizations. In order a successful tracking of a “locked” target to be achieved, there have been many tests and carried out many simulations with different types of controllers. Specifically, the dynamic of the model which was created, depends on a combination of position/velocity controllers and other parameters. These provide a stable and linearized tracking system, capable to follow any target under the condition that the characteristics of the target and its current status (position, speed, etc.) meet the requirements of the recognition algorithm and is within the capabilities of the system. The model was developed and implemented in the LabVIEW environment, as well as measurements and simulations were carried out in it. All these methods work and are able to give accurate results of the position of real targets during the day, even under difficult circumstances (such as clouds, decreased sky brightness etc) in real time. The extreme variation of environmental conditions would affect any optical system and hence could affect ours as well. Description of the factors that affect our system will be presented.

This thesis presents novel signal processing algorithms for speech and music dereverberation. The proposed algorithms focus on blind single-channel suppression of late reverberation; however binaural and semi-blind methods have also been introduced. Late reverberation is a particularly harmful distortion, since it significantly decreases the perceived quality of the reverberant signals but also degrades the performance of Automatic Speech Recognition (ASR) systems and other speech and music processing algorithms. Hence, the proposed deverberation methods can be either used as standalone enhancing techniques or implemented as preprocessing schemes prior to ASR or other applied systems. The main dereverberation method proposed here is a blind dereverberation technique based on perceptual reverberation modeling has been developed. This technique employs a computational auditory masking model and locates the signal regions where late reverberation is audible, i.e. where it is unmasked from the clean signal components. Following a selective signal processing approach, only such signal regions are further processed through sub-band gain filtering. The above technique has been evaluated for both speech and music signals and for a wide range of reverberation conditions. In all cases it was found to minimize the processing artifacts and to produce perceptually superior clean signal estimations than any other tested technique. Moreover, extensive ASR tests have shown that it significantly improves the recognition performance, especially in highly reverberant environments. / Η διατριβή αποτελείται από εννιά κεφάλαια, δύο παραρτήματα καθώς και την σχετική βιβλιογραφία. Είναι γραμμένη στα αγγλικά ενώ περιλαμβάνει και ελληνική περίληψη. Στην παρούσα διατριβή, αναπτύσσονται μεθόδοι ψηφιακής επεξεργασίας σήματος για την αφαίρεση αντήχησης από σήματα ομιλίας και μουσικής. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι καλύπτουν ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών αρχικά εστιάζοντας στην τυφλή (“blind”) αφαίρεση για μονοκαναλικά σήματα. Στοχεύοντας σε πιο ειδικά σενάρια χρήσης προτείνονται επίσης αμφιωτικοί αλγόριθμοι αλλά και τεχνικές που προϋποθέτουν την πραγματοποίηση κάποιας ακουστικής μέτρησης. Οι αλγόριθμοι επικεντρώνουν στην αφαίρεση της καθυστερημένης αντήχησης που είναι ιδιαίτερα επιβλαβής για την ποιότητα σημάτων ομιλίας και μουσικής και μειώνει την καταληπτότητα της ομιλίας. Επίσης, επειδή αλλοιώνει σημαντικά τα στατιστικά των σημάτων, μειώνει σημαντικά την απόδοση συστημάτων αυτόματης αναγνώρισης ομιλίας καθώς και άλλων αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας ομιλίας και μουσικής. Έτσι οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι μπορούν είτε να χρησιμοποιηθούν σαν αυτόνομες τεχνικές βελτίωσης της ποιότητας των ακουστικών σημάτων είτε να ενσωματωθούν σαν στάδια προ-επεξεργασίας σε άλλες εφαρμογές. Η κύρια μέθοδος αφαίρεσης αντήχησης που προτείνεται στην διατριβή, είναι βασισμένη στην αντιληπτική μοντελοποίηση και χρησιμοποιεί ένα σύγχρονο ψυχοακουστικό μοντέλο. Με βάση αυτό το μοντέλο γίνεται μία εκτίμηση των σημείων του σήματος που η αντήχηση είναι ακουστή δηλαδή που δεν επικαλύπτεται από το ισχυρότερο σε ένταση καθαρό από αντήχηση σήμα. Η συγκεκριμένη εκτίμηση οδηγεί σε μία επιλεκτική επεξεργασία σήματος όπου η αφαίρεση πραγματοποιείται σε αυτά και μόνο τα σημεία, μέσω πρωτότυπων υβριδικών συναρτήσεων κέρδους που βασίζονται σε δείκτες αντικειμενικής και υποκειμενικής αλλοίωσης. Εκτεταμένα αντικειμενικά και υποκειμενικά πειράματα δείχνουν ότι η προτεινόμενη τεχνική δίνει βέλτιστες ποιοτικά ανηχωικές εκτιμήσεις ανεξάρτητα από το μέγεθος του χώρου.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζονται οι δυνατότητες που προσφέρουν τα έξυπνα κινητά τηλέφωνα (smartphones) στην παροχή υπηρεσιών φροντίδας σε άτομα με χρόνιες παθήσεις, μέσω των τεχνολογιών τηλεματικής. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκε, σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε ένα δίκτυο φορετών ασύρματων αισθητήρων για την αναγνώριση της φυσικής δραστηριότητας, το οποίο καταγράφει δεδομένα της κίνησης και βιολογικά σήματα, τα οποία στη συνέχεια επεξεργάζονται για την αναγνώριση της δραστηριότητας που εκτελείται, σε πραγματικό χρόνο. Σε σχέση με τις μέχρι σήμερα προσεγγίσεις, στην παρούσα εργασία γίνεται συγκριτική μελέτη πολλαπλών τεχνικών αναγνώρισης προτύπων καθώς και τεχνικών που δεν έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα, ενώ γίνεται εξέταση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν κάνοντας χρήση του συνδυασμού μικρότερου αριθμού δεδομένων. Η πληροφορία της αναγνώρισης της φυσικής δραστηριότητας συνδυάζεται στη συνέχεια με περιβαλλοντικά δεδομένα, ώστε να μελετηθούν τα μοτίβα της καθημερινής δραστηριότητας υγειών ατόμων και ατόμων με χρόνιες παθήσεις. Με την αναζήτηση Emerging Patterns στα αποθηκευμένα δεδομένα, εξετάζεται ο βαθμός συμμόρφωσης στις ιατρικές οδηγίες, αλλά οι δυνατότητες πρόβλεψης των βραχυπρόθεσμων και μακροπρόθεσμων επιπλοκών των χρόνιων παθήσεων. / The present PhD thesis examines the potentials of the usage of the smartphones in order to offer health services to patients with chronic diseases. A wearable wireless sensor network designed and developed in order to record body movement and biosignal data. Physical activity recognition techniques are applied to the recorded data, so that to extract the actual activities performed, in real time. In contrast to the research that has been carried out till today, an extensive comparison between different pattern recognition techniques is performed using all the recorded data and a reduced number of them, applying newly proposed pattern recognition. Furthermore, the recognized physical activities are combined with environmental data, in order to study the daily activity patterns of healthy persons and persons with chronic diseases. Searching for Emerging Patterns in the data, patient conformance to the medical advices, along with short and long term complications of chronic diseases are examined.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως κύριο αντικείμενο μελέτης την μοντελοποίηση και έλεγχο ενός μικρορομποτικού βραχίονα αναλυόμενου σε σφαιρικά πεπερασμένα στοιχεία σε περιβάλλον με εξωτερικές δυνάμεις Van Der Waals και συνυπολογίζοντας την τριβή. Τα κύρια σημεία είναι η εισαγωγή των εξωτερικών δυνάμεων στο μοντέλο του μικρορομπότ, η δημιουργία προσαρμοστικού ελέγχου για την επίτευξη ακολουθίας τροχιάς με αναγνώριση και ακύρωση των ισχυρών μεταβαλλόμενων εξωτερικών δυνάμεων, η αναγνώριση της θέσης και η αποφυγή εμποδίων σε άγνωστο περιβάλλον κλίμακας μικρομέτρων και ο καθορισμός τροχιάς για προσέγγιση σημείων στον χώρο εργασίας του μικρορομπότ. Προτείνεται επίσης ένα σύστημα επενέργησης σε διάταξη τένοντα με νανοκαλώδια και γίνεται μελέτη της αντοχής του σε σχέση με τις μέγιστες δυνάμεις-ροπές που παρουσιάζονται κατά τον έλεγχο. Για την αναγνώριση των εξωτερικών δυνάμεων δοκιμάζονται διαφορετικά είδη εκτιμητών και εξετάζεται η απόδοσή τους στο συνολικό σύστημα. / The present PhD thesis has a key object the modeling and control of a micro robotic manipulator, represented by spherical particles in an environment with external Van Der Waals forces and taking friction into account. The main points are a) the insertion of the external forces in the micro robot model, b) the adaptive control used in order to follow a desired trajectory, with identification and cancellation of the external forces, the position identification and avoidance of obstacles in an unstructured micrometer scale environment and the trajectory planning towards a target point in the task space of the microrobot. Also a tendon like actuation system is proposed, using nanowires and its mechanical properties are studied in order to determine the viability of its use in relation to the required torques during the control process. For the external force identification scheme, various types of estimators are proposed and their efficiency in the system is studied.

Η συνοπτική ταξινόμηση των συστημάτων καιρού αφορά πληθώρα περιβαλλοντικών εφαρμογών. Προσφάτως, η γνωστική περιοχή για την οποία η συνοπτική ταξινόμηση έχει βαρύνουσα σημασία είναι αυτή της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Η γνώση της συνοπτικής κλιματολογίας μιας περιοχής, επιτρέπει την πρόγνωση και ενδεχομένως την αποφυγή επεισοδίων ρύπανσης, τα οποία οφείλονται είτε σε τοπικές πηγές είτε στην μεταφορά ρύπων. Η γνώση αυτή ενισχύεται σημαντικά μέσω της κατηγοριοποίησης (ταξινόμησης) των συνοπτικών καταστάσεων που επικρατούν σε μία δεδομένη περιοχή. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει προσπάθειες «αυτόματης», μη εμπειρικής, ταξινόμησης με την χρήση Η/Υ. Οι μέχρι τώρα προσπάθειες επικεντρώνονται σε κλασικές στατιστικές μεθόδους. Σκοπός αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη μεθόδων και η υλοποίηση αλγορίθμων για την εξαγωγή και ψηφιακή επεξεργασία περιβαλλοντικών σημάτων και εικόνων. Η εφαρμογή των ανωτέρω οδηγεί στη δημιουργία έμπειρων συστημάτων συνοπτικής ταξινόμησης των συστημάτων καιρού, η οποία βασίζεται σε μεθόδους επεξεργασίας εικόνας, ανάλυσης και ομαδοποίησης δεδομένων, αναγνώρισης προτύπων και θεωρίας γράφων. Η σκοπιμότητα της παρούσης έρευνας διαφαίνεται από τη πρωτοτυπία που παρουσιάζει, η οποία έγκειται στο γεγονός ότι οι τεχνικές που παρουσιάζονται και που έχουν αντιμετωπίσει επιτυχώς σειρά προβλημάτων ταξινόμησης σε διάφορους γνωστικούς τομείς, εφαρμόζονται για πρώτη φορά στην Ελλάδα σε θέματα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας-Φυσικής του Περιβάλλοντος και συγκεκριμένα για την συνοπτική ταξινόμηση των συστημάτων καιρού. Τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων μεθόδων επεξεργασίας εικόνας, θεωρίας γράφων και ανάλυσης δεδομένων, καθιστούν τις προτεινόμενες προσεγγίσεις αυτής της διατριβής ανταγωνιστικές τόσο σε επίπεδο ποιότητας ταξινόμησης όσο και σε υπολογιστικό χρόνο. / The synoptic classification of weather systems involves a variety of environmental applications. Recently, the synoptic classification has been found to be relevant with the cognitive area of air pollution. Knowing the synoptic climatology of a region, allows the prediction and possibly the prevention of pollution incidents, resulting in either local sources or in transport of pollutants. This knowledge is greatly enhanced by the categorization (classification) of the synoptic conditions in a given area. In recent years ‘automatic’, non-empirical, classification methods have been developed using computers. So far these efforts have been based on classical statistical methods. The aim of this PhD thesis is the development of methods and the implementation of algorithms to extract and process digital signals and environmental images. Consequently, expert systems for the synoptic classification of weather systems are created based on methods relative to image processing, data analysis and clustering, pattern recognition and graph theory. The objective of this research is demonstrated by its own originality which lies in the fact that the presented techniques have successfully addressed a number of classification problems in different topics. It is the first time that such methods have been applied on Meteorology-Climatology-Physics of the Environment in Greece, namely the synoptic classification of weather systems. The characteristics of the modern methods proposed in this PhD thesis are competitive both in classification quality and in computational time.

Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή επικεντρώνεται στην μελέτη της παράκτιας ζώνης της νήσου Λέρου στο Νοτιοανατολικό Αιγαίο, παρουσιάζοντας τα αποτελέσματα της ερμηνείας των γεωφυσικών στοιχείων που συλλέχθηκαν από το Εργαστήριο Θαλάσσιας Γεωλογίας και Φυσικής Ωκεανογραφίας (Ε.ΘΑ.ΓΕ.Φ.Ω.) τον Ιούνιο του 2011. Η έρευνα φιλοδοξεί να συνεισφέρει στην ανάδειξη της υποθαλάσσιας πολιτιστικής και φυσικής κληρονομιάς του νησιού, καθώς η συλλογή, επεξεργασία και ερμηνεία του συνόλου των δεδομένων επέτρεψε την αναγνώριση και την λεπτομερή χαρτογράφηση υποθαλάσσιων στόχων μεγάλης ιστορικής και περιβαλλοντικής σημασίας. Ως εκ τούτου, η διατριβή κινείται σε δύο κατευθύνσεις. Η πρώτη κατεύθυνση αφορά στον εντοπισμό στόχων πιθανής ιστορικής σπουδαιότητας που εντοπίστηκαν στην επιφάνεια του πυθμένα ενώ η δεύτερη κατεύθυνση αφορά στον εντοπισμό και την αποτύπωση βιογενών σχηματισμών και συγκεκριμένα λειμώνων P. Oceanica και ασβεστιτικών ροδοφυκών (corallegene formations). Οι θαλάσσιες έρευνες πραγματοποιήθηκαν σε δύο διακριτά στάδια, στην συστηματική αποτύπωση του πυθμένα με ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης (EG&G 272 TD) και την οπτική επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων της ηχοβολιστικής αποτύπωσης με σύστημα συρόμενης υποβρύχιας κάμερας. Η ανάλυση και επεξεργασία των ηχογραφιών οδήγησε στον εντοπισμό ναυαγίων που συνδέονται με τη Μάχη της Λέρου (9-10/1943), ένα από τα σημαντικότερα πολεμικά γεγονότα που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου πολέμου, στην ανατολική Μεσόγειο και τα οποία αποτελούν πολύτιμα ιστορικά στοιχεία σε παγκόσμια κλίμακα, μεταξύ των οποίων το βυθισμένο ελληνικό αντιτορπιλικό Βασίλισσα ‘Ολγα (D15). Στο πλαίσιο της δεύτερης κατεύθυνσης εντοπίστηκαν και χαρτογραφήθηκαν οι λειμώνες P. Oceanica και οι σχηματισμοί των ασβεστιτικών ροδοφυκών σχεδόν ανά όρμο περιμετρικά της νήσου. Η σχεδίαση των αντιστοίχων υποθαλάσσιων θεματικών χαρτών της παράκτιας ζώνης της Λέρου αναμένεται να αποτελέσουν ένα σημαντικό εργαλείο στην προστασία και στην ανάδειξη της σημαντικής υποθαλάσσιας ιστορικής και φυσικής κληρονομιάς του νησιού / The present study describes the submarine geophysical survey which was carried out in Leros Island, Aegean Sea and presents the results of the geophysical data analysis. The data were collected by the Laboratory of Marine Geology & Physical Oceanography, department of Geology, University of Patras during the period 11-17 June 2011. The research aims to contribute to the enhancement of underwater cultural and natural heritage of the island, as the collection, processing and interpretation of all of the data has allowed the identification of underwater targets of great historic and environmental importance. Geophysical survey in Leros Island, using a side scan sonar (EG&G 272 TD), coupled with ground-truthing by deploying a Towing Camera System of historic shipwrecks from World War II and of the major seabed habitats, namely Posidonia oceanica and coralligène formations. The survey revealed a great number of shipwrecks associated with the Battle of Leros (9-10/1943), one of the most important military events that took place during the World War II, in the Eastern Mediterranean which are considered as valuable historic data on a global scale, including the sunken Greek destroyer Queen Olga (D15). The design of the thematic maps of the coastal zone of Leros is expected to become an important tool in both protecting and promoting the significant underwater cultural and natural heritage of the island.

Ο στόχος αυτής της εργασίας ήταν η αναγνώριση έξι βασικών κινήσεων του χεριού με χρήση δύο συστημάτων. Όντας θέμα διεπιστημονικού επιπέδου έγινε μελέτη της ανατομίας των μυών του πήχη, των βιοσημάτων, της μεθόδου της ηλεκτρομυογραφίας (ΗΜΓ) και μεθόδων αναγνώρισης προτύπων. Παράλληλα, το σήμα περιείχε αρκετό θόρυβο και έπρεπε να αναλυθεί, με χρήση του EMD, να εξαχθούν χαρακτηριστικά αλλά και να μειωθεί η διαστασιμότητά τους, με χρήση των RELIEF και PCA, για βελτίωση του ποσοστού επιτυχίας ταξινόμησης. Στο πρώτο μέρος γίνεται χρήση συστήματος ΗΜΓ της Delsys αρχικά σε ένα άτομο και στη συνέχεια σε έξι άτομα με το κατά μέσο όρο επιτυχημένης ταξινόμησης, για τις έξι αυτές κινήσεις, να αγγίζει ποσοστά άνω του 80%. Το δεύτερο μέρος περιλαμβάνει την κατασκευή αυτόνομου συστήματος ΗΜΓ με χρήση του Arduino μικροελεγκτή, αισθητήρων ΗΜΓ και ηλεκτροδίων, τα οποία είναι τοποθετημένα σε ένα ελαστικό γάντι. Τα αποτελέσματα ταξινόμησης σε αυτή την περίπτωση αγγίζουν το 75%. / The aim of this work was to identify six basic movements of the hand using two systems. Being an interdisciplinary topic, there has been conducted studying in the anatomy of forearm muscles, biosignals, the method of electromyography (EMG) and methods of pattern recognition. Moreover, the signal contained enough noise and had to be analyzed, using EMD, to extract features and to reduce its dimensionality, using RELIEF and PCA, to improve the success rate of classification. The first part uses an EMG system of Delsys initially for an individual and then for six people with the average successful classification, for these six movements at rates of over 80%. The second part involves the construction of an autonomous system EMG using an Arduino microcontroller, EMG sensors and electrodes, which are arranged in an elastic glove. Classification results in this case reached 75% of success.