Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση και μελέτη της χρήσης του βίντεο και κατά συνέπεια της ιατρικής εικόνας στην ιατρική και ειδικότερα στην τηλεϊατρική και των τρόπων με τον οποίο επεξεργάζεται και συμπιέζεται η πληροφορία αυτή για να γίνει αποδοτικότερη για τις ισχύουσες συνθήκες. / Target of this essay is the analysis and study of the use of the video and medical images in medicine and telemedicine in particular

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η αύξηση της ανάλυσης (super resolution) σε θερμικές εικόνες χρησιμοποιώντας τεχνικές συμπιεσμένης καταγραφής (compressed sensing). Οι εικόνες εκφράζονται με αραιό τρόπο ως προς δυο υπερπλήρη λεξικά (ένα χαμηλής και ένα υψηλής ανάλυσης) και επιχειρούμε κατασκευή της εικόνας υψηλής ανάλυσης. Τα αποτελέσματα της μεθόδου αυτής συγκρίνονται με τα αποτελέσματα τεχνικών που χρησιμοποιούν image registration με ακρίβεια subpixel για την επίτευξη του super resolution. / This thesis deals with the problem of resolution enhancement (super resolution) of thermal images using com- pressed sensing methods. We solve the super resolution problem in four stages. First, we seek a sparse representation of a low-resolution image with respect to two statistically-learned overcomplete dictionaries (for high and low resolution images respectively) and then we use the coefficients of this representa- tion to calculate the high resolution image. Then, we calculate the high resolution image using methods requiring multiple low resolution images aligned with subpixel accuracy (conventional approach). We compare the results of each method using broadly acclaimed metrics regarding reconstruction quality standards.

Μέσα από την διαδικασία που ακολουθείται στην παρούσα εργασία, αξιολογείται η επικινδυνότητα εμφάνισης κατολίσθησης στο ΝΑ τμήμα της Νήσου Κεφαλληνίας μέσω θεματικής χαρτογράφησης από ψηφιακά γεωγραφικά δεδομένα. / In this task we are aiming at the estimation of the risk of physical disasters in the island of Kefalonia by using spatial analysis methods and ASTER images.

Σε αυτήν την πτυχιακή εργασία στόχος είναι η αξιολόγηση του θεματικού πληροφοριακού περιεχομένου των δορυφορικών εικόνων ASTER και η ικανότητα τους να αποδώσουν τις καλύψεις γης σε αστικό περιβάλλον. Η περιοχή μελέτης είναι το λεκανοπέδιο Αττικής με συντεταγμένες : Φ : (38.1428), (38.0399), (37.4878), (37.5899) Λ : (23.3637), (24.0596), (23.8886), (23.1977) Πρώτα έγινε η ραδιομετρική διόρθωση των εικόνων ASTER (κανάλια VNIR 1- Πράσινο, 2-Κόκκινο, 3-Υπέρυθρο). Πιο συγκεκριμένα επιλέχτηκε η μη παραμετρική ραδιομετρική διόρθωση που βασίζεται στη μέθοδο των Κυρίων Συνιστωσών και διορθώνει το φαινόμενο της ζωνωποίησης, της διάχυσης κ.α. Η γεωμετρική διόρθωση έγινε με μη παραμετρική μέθοδο που βασίστηκε στον προσδιορισμό φωτοσταθερών και στην μέτρηση τους στο ύπαιθρο με G.P.S. Εφαρμόστηκε διόρθωση με πολυώνυμο 2ου βαθμού. Το μέσο τετραγωνικό σφάλμα ήταν R.M.S. = 16,95μ ( χάρτης 1 : 85.000). Ένα σύστημα γεωταξινόμησης προσδιορίστηκε από την βιβλιογραφία προκειμένου να καθοριστούν οι τάξεις καλύψεως γης σε κλίμακα 1 : 50.000 ~1 : 100.000. Στη συνέχεια προσδιορίστηκαν οι τάξεις, που αναγνωρίζονται με την εφαρμογή διαφόρων μεθόδων μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Κατά αυτόν τον τρόπο προσδιορίστηκε το πληροφοριακό περιεχόμενο της εικόνας ASTER. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μεθοδολογία αναγνώρισης των προηγούμενων τάξεων με επιβλεπόμενη ταξινόμηση. Το αποτέλεσμα αξιολογείται με εργασίες υπαίθρου και η ακρίβεια του θεματικού χάρτη που προέκυψε είναι της τάξης τού 75-80%. Οι εικόνες ASTER μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναθεώρηση πληροφοριακού περιεχομένου χαρτών 1 : 100.000 με βάση το σύστημα γεωταξινόμησης που προτάθηκε. / The aim of this thesis is to evaluate the thematic information content of ASTERVNIR images in urban areas. The methods used are unsupervised and supervised classification techniques. The study area included Athens and a part of Piraeus and is enclosed by the coordinates Latitude: (38.1428), (38.0399), (37.4878), (37.5899) Longitude: (23.3637), (24.0596), (23.8886), (23.1977) The bands 1 (green), 2 (red) and 3 (infrared) of sensor VNIR are radiometrically corrected by non-parametric correction method based on principal components. The aim of the correction technique is to destripe the images and to correct for a atmospheric effects (eg. Path radiance, Rayleigh effect, etc.) Then the images are geometrically corrected by a non-parametric correction technique, that use a polynomial of second order. Ground control points are identified in the images and measured in the field by a hand-held G.P.S. Totally 13 points were used to transform the images resulting to an R.M.S. of 16.95m. (Map scale 1: 85.000) Then a terrain classification system was devised from the bibliography that includes 7 main classes. A set of unsupervised classification techniques were implemented and the thematic classes derived were interpreted by fieldwork and photo-interpretation of the false color composite of the bands 3-Red, 2-Green and 1-Infrared. Finally a new terrain classification system determined from the interpretation of the thematic classes interpreted by the unsupervised classification methods. At the end the supervised classification method of maximum likehood was applied. Training areas were selected on the basis of the final terrain classification system. The resulted thematic map was evaluated by using the K-confficient computed from the corresponding confusion matrix (kappa=0.75). It is concluded that ASTER imagery is suitable for updating the information content of maps 1: 100.000.

Οι δορυφορικές εικόνες ASTER αποτελουν το πιο πρόσφατο προϊόν της διαστημικής τεχνολογίας. Έχει πολύ μεγάλη φασματική διακριτική ικανότητα σε σημείο που να χαρακτηρίζεται από αρκετούς επιστήμονες σαν ένα υπερφασματικό καταγραφικό σύστημα στο υπέρυθρο. Έτσι δίνονται νέες δυνατότητες για την ερμηνεία είτε ποιοτικά είτε ποσοτικά καλύψεων γης και φυσικών καταστάσεων της γήινης επιφάνειας. Ο σκοπός είναι η περιβαλλοντική χαρτογράφηση του Νομού Μεσσηνίας από δορυφορικές εικόνες ASTER προκειμένου να χαρτογραφηθούν οι φυσικοί πόροι και οι καλύψεις γης. Έτσι θα μπορέσουμε να αξιολογήσουμε τις δυνατότητες και τις εφαρμογές που έχουν αυτά τα δεδομένα. Μετά τις διορθώσεις (αποζωνοποίηση, μετατροπή σε τιμές ενέργειας κ.ά) η ταξινόμηση της δορυφορικής εικόνας μας επέτρεψε να διακρίνουμε τις παρακάτω κατηγορίες: καλλιέργειες, ποώδη βλάστηση, δύο τύπους δάσους, αστική γη, υδάτινες επιφάνειες, σύννεφα και εντελώς γυμνό από βλάστηση έδαφος και να δημιουρφήσουμε ένα θεματικό χάρτη. Εάν χρησημοποιηθούν περισσότερα κανάλια και όχι μόνο 3, τότε θα γίνει δυνατή η χαρτογράφηση περισσότερων κατηγοριών μόνο που η ταυτοποίηση της κάθε κατηγορίας θα μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο με εργασίες πεδίου στο ύπαιθρο. / Satellite pictures ASTER constituting the most recent product of space technology. It has very big spectrum discreet faculty in point that would be characterized by enough scientists as a super-spectrum recorder system in infra red. Thus are given new possibilities for the interpretation of either qualitatively or quantitatively covers of ground and natural situations of earthy surface. The aim is the environmental mapping of Prefecture Messinia from satellite pictures ASTER so that be charted the natural resources and the covers of ground. Thus we might evaluate the possibilities and the applications that have these data. Afterwards the corrections (transformation in prices of energy etc) the classification of satellite picture allowed us to distinguish the following categories: cultivation, underbrush, two types of forest, urban ground, aquatic surfaces, clouds and completely naked from vegetation ground and create a thematic map. If more channels and not only 3 be used, then becomes possible the mapping of more categories only that the identification of each category might be realized only with work of field in the countryside.

Οι δορυφορικές εικόνες ASTER αποτελούν το πιο πρόσφατο προϊόν της διαστημικής τεχνολογίας. Έχει πολύ μεγάλη φασματική διακριτική ικανότητα σε σημείο που να χαρακτηρίζεται από αρκετούς επιστήμονες σαν ένα υπερφασματικό καταγραφικό σύστημα στο υπέρυθρο. Έτσι δίνονται νέες δυνατότητες για την ερμηνεία είτε ποιοτικά, είτε ποσοτικά καλύψεων γης και φυσικών καταστάσεων της γήινης επιφάνειας. Ο σκοπός είναι η περιβαλλοντική χαρτογράφηση του N. Λέσβου από δορυφορικές εικόνες ASTER προκειμένου να χαρτογραφηθούν οι φυσικοί πόροι και οι καλύψεις Γης. Έτσι θα μπορούμε να αξιολογήσουμε τις δυνατότητες και τις εφαρμογές που έχουν αυτά τα δεδομένα. Μετά τις διορθώσεις (αποζωνοποίηση, μετατροπή σε τιμές ενέργειας, κ.α.) η ταξινόμηση της δορυφορικής εικόνας μάς επέτρεψε να διακρίνουμε τις παρακάτω κατηγορίες: καλλιέργειες, ποώδη βλάστηση, δάσος, αστική γη, υδάτινες επιφάνειες, σύννεφα και εντελώς γυμνό από βλάστηση έδαφος και να δημιουργήσουμε ένα θεματικό χάρτη. Εάν χρησιμοποιηθούν περισσότερα κανάλια και όχι μόνο 3, τότε θα γίνει δυνατή η χαρτογράφηση περισσότερων κατηγοριών μόνο που η ταυτοποίηση της κάθε κατηγορίας θα μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο με εργασίες πεδίου στο ύπαιθρο. / ASTER satellite pictures constitute the most recent product of spatial technology. With high spectral judgmatic ability, it is characterized by many scientists as a hyperspectral recording system in infra red. Thus, new possibilities for qualitatively or quantitatively of interpretation of ground cover is provided. Our aim is the environmental mapping of Lesvos perfecture from ASTER satellite pictures so as to chart the natural resources and the Ground cover. In this way we may be able to evaluate the possibilities and the applications that those data have. After the corrections (transformation in prices of energy etc.) the classification of satellite pictures allowed us to distinguish between the categories below: cultures, underbrush vegetation, forests, urban ground, aquatic surfaces, clouds and completely naked from vegetation ground and we created one thematic map. If we are to use more than 3 channels, then the mapping of more categories will become possible, given that the identification of each category might be realised only with countryside field work.

Μετά τις διορθώσεις (αποζωνοποίηση, μετατροπή σε τιμές ενέργειας, κ.α.) η ταξινόμηση της δορυφορικής εικόνας μας επέτρεψε να διακρίνουμε τις 11 θεματικές κατηγορίες η ερμηνεία των οποίων προϋποθέτει εργασίες πεδίου. Εάν χρησιμοποιηθούν περισσότερα κανάλια και όχι μόνο 3, τότε θα γίνει δυνατή η χαρτογράφηση περισσότερων κατηγοριών μόνο που η ταυτοποίηση της κάθε κατηγορίας θα μπορεί να πραγματοποιηθεί πάλι μόνο με εργασίες πεδίου στο ύπαιθρο. / -

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιαστούν μερικές από τις πιο αξιοσημείωτες τεχνικές για τρισδιάστατη αναπαράσταση χώρου από βιντεοσκοπήσεις κινούμενου αυτοκινήτου. Αρχικά, το πρώτο κομμάτι είναι προσανατολισμένο στην περιγραφή των εφαρμογών που ακολουθεί η τρισδιάστατη αναπαράσταση χώρου από βιντεοσκοπήσεις και επίσης γίνεται εισαγωγή στις αρχικές έννοιες και στα βασικά μαθηματικά που χρησιμοποιούνται. Έπειτα περιγράφεται μια μέθοδος τρισδιάστατης αναπαράστασης από βιντεοσκόπηση με την χρήση απλών καμερών. Ο αλγόριθμος που περιγράφεται εδώ χρησιμοποιεί τις εικόνες από την απλή κάμερα και απαιτεί επιπλέον ότι κάθε δείκτης στο αντικείμενο συνδέεται με τουλάχιστον έναν άλλο δείκτη από σωστή απόσταση. Στο τρίτο κομμάτι της εργασίας περιγράφεται μια ακόμη μέθοδος η οποία στηρίζεται σε γραμμικά κινούμενα αντικείμενα. / The goal of this bachelor thesis is to present some of the most remarkable techniques of the three-dimensional reconstruction site from video animation moving car. At first, the first piece is oriented at the description of the application used by the three-dimensional reconstruction site of video and it is also an introduction to the initial concept and to the basic mathematics that are used. After that, a method of 3D video reconstruction using simple cameras is being described. The algorithm being described here, uses the images from the simple camera and requires that in addition that every object indication links with at least one other indicator from a known distance. At the third part one more method is described that is founded in linear moving objects.

Οι δορυφορικές εικόνες ASTER αποτελούν το πιο πρόσφατο προϊόν της διαστημικής τεχνολογίας, Έχει πολύ μεγάλη φασματική διακριτική ικανότητα σε σημείο που να χαρακτηρίζεται από αρκετούς επιστήμονες σαν ένα υπερφασματικό καταγραφικό σύστημα στο υπέρυθρο. Έτσι δίνονται νέες δυνατότητες για την ερμηνεία είτε ποιοτικά είτε ποσοτικά καλύψεων γης και φυσικών καταστάσεων της γήινης επιφάνειας, αφού οι προηγούμενοι δορυφόροι. Ο σκοπός είναι η περιβαλλοντική χαρτογράφηση από δορυφορικές εικόνες ASTER προκειμένου να χαρτογραφηθούν οι φυσικοί πόροι και οι καλύψεις Γης. Έτσι θα μπορούμε να αξιολογήσουμε τις δυνατότητες και τις εφαρμογές που έχουν αυτά τα δεδομένα. Μετά τις διορθώσεις (αποζωνοποίηση, μετατροπή σε τιμές ενέργειας, κ.α.) η ταξινόμηση της δορυφορικής εικόνας μας επέτρεψε χαρτογραφήσουμε θεματικές τάξεις (βλάστηση, κ.α.) και να δημιουργήσουμε ένα θεματικό χάρτη. Η ταυτοποίηση της κάθε κατηγορίας μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο με εργασίες πεδίου στο ύπαιθρο. / Αster satellite images are the latest product space technology.It has very high spectral resolution in a place that is characterized as a hyperspectral infrared recording system.Identification of each class can only work with PAE.

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.