Η διατριβή σχετίζεται με την επεξεργασία ιατρικών εικόνων για την ευθυγράμμιση και σύντηξη αυτών αλλά και για την ανίχνευση παθολογικών δομών. / The thesis concerns with the medical image processing, for their registration and fusion and for the detection of pathological structures

Αντικείμενο της παρούσης διδακτορικής διατριβής αποτελεί η μελέτη και μοντελοποίηση των φαινομένων επιτονισμού της Ελληνικής γλώσσας με εφαρμογές στην σύνθεση ομιλίας. Στα πλαίσια της διατριβής αυτής αναπτύχθηκαν πόροι ομιλίας και εργαλεία για την επεξεργασία και μελέτη προσωδιακών παραγόντων οι οποίοι επηρεάζουν την πληροφορία που μεταφέρεται μέσω του προφορικού λόγου. Για την διαχείρηση και επεξεργασία των παραπάνω πόρων υλοποιήθηκε πλατφόρμα μετατροπής κειμένου σε ομιλία βασισμένη στην συνένωση δομικών μονάδων ομιλίας. Για την μελέτη και την δημιουργία των μοντέλων μηχανικής μάθησης χρησιμοποιήθηκε η γλωσσολογική αναπαράσταση GRToBI των φαινομένων επιτονισμού. / In this thesis we cope with the task of studying and modeling prosodic phenomena encountered in Greek language with applications to the task of speech synthesis from tex. Thus, spoken corpora with various levels of morphosyntactical and linguistic representation as well as tools for their processing, we constructed. For the task of coding the emerged prosodic phenomena of our recorded utterences we have utilized the GRToBI annotation of speech.

The scope of this thesis is to process and analyze statistically Magnetic Resonance Images (MR-T1) from Parkinson’s disease patients in order to detect brain areas that exhibit brain change which is caused by the disease. Parkinson’s disease is an idiopathic disease which means that its cause is yet unknown. It is a chronic neurodegenerative disorder of the central nervous system which causes the progressive death of specific brain neurons that leads to motor impairments (tremor, bradykinesia, muscle rigidity) and non motor ones (cognitive, sleep, sensation disturbances). Magnetic Resonance Images (T1-weighted) were acquired from both Parkinson’s patients and healthy subjects (Controls) at intervals of 0 and 5 years. The data have undergone longitudinal (two-time-point), cross sectional (single-time-point) and statistical analysis with the use of FSL software library. Evidence of atrophy among Parkinson’s patients aroused, in brain areas near the ventricles and the middle temporal gyrus, after statistical analysis / Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι η επεξεργασία και στατιστική ανάλυση μαγνητηκών τομογραφιών (MR-T1) από ασθενείς με Πάρκινσον για την ανίχνευση περιοχών του εγκεφάλου που παρουσιάζουν μεταβολές που οφείλονται στην ασθένεια. Η ασθένεια Πάρκινσον είναι ιδιοπαθής, δηλαδή ασθένεια της οποίας η αιτία παραμένει ακόμη άγνωστη. Είναι μια χρόνια δυσλειτουργία λόγω εκφυλισμού των νευρώνων του κεντρικού νευρικού συστήματος η οποία προκαλεί τη σταδιακή νεκρωση συγκεκριμένης ομάδας εγκεφαλικών νευρώνων. Αυτή η νέκρωση οδηγεί σε κινητικές δυσλειτουργίες (τρέμουλο, βραδυκινησία, και μυϊκή δυσκαμψία και σε μή κινητικές όπως γνωστικές, διαταραχής ύπνου,διαταραχές αφής κ.α. Μαγνητικές τομογραφίες (τύπου Τ1) ασθενών και υγιών ελήφθησαν σε διαστήματα 0 και 5 ετών. Τα δεδομένα αναλύθηκαν με δυο μεθόδους (longitudinal και cross-sectional) και εν συνεχεία έγινε στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων. Έγινε χρήση της βιβλιοθήκης FSL Μετά από στατιστική ανάλυση προέκυψαν ενδείξεις ατροφίας στους ασθενείς με Πάρκινσον σε περιοχές του εγεκφάλου κοντά στις εγκεφαλικές κοιλίες (ventricles) και στη μέσο-κροταφική έλικα (middle temporal gyrus).

Η επιστημονική κοινότητα τα τελευταία χρόνια και κυρίως μετά το 1970 έχει δείξει τεράστιο ενδιαφέρον για τον τομέα της επεξεργασίας εικόνας και video σε συνδυασμό με τον έλεγχο κλειστού βρόγχου και όλα αυτά σε πραγματικό χρόνο. Γι’ αυτό και η οπτική παρακολούθηση (vision tracking) είναι και μία από τις πιο σημαντικές εφαρμογές στον τομέα του computer vision. Το συγκεκριμένο αντικείμενο [1] αποτελεί πρόκληση για πολλούς, εξαιτίας της μεγάλης δυσκολίας που έγκειται στο γεγονός της παράλληλης αναγνώρισης των κινούμενων στόχων με την ταυτόχρονη κίνηση της camera. Περίτρανη απόδειξη όλων των παραπάνω είναι η μεγάλη ποικιλία των σχετικών άρθρων που έχουν δημοσιευτεί σε διάφορα σχετικά με τον αντικείμενο περιοδικά, βιβλία καθώς και έχουν παρουσιαστεί σε διάφορα συνέδρια. To μεγαλύτερο πλεονέκτημα αυτών των αυτόματων συστημάτων παρακολούθησης (automatic surveillance systems) είναι η πολύ καλή αξιοπιστία και η αποδοτικότητα για παρακολούθηση από απόσταση (long distance surveillance) σε σύγκριση με αυτή που θα παρουσίαζαν εάν στη θέση τους υπήρχε ο ανθρώπινος παράγοντας. Τα συστήματα(3) που χρησιμοποιούνται για παρακολούθηση μπορούν αν περιλαμβάνουν radar, sonars ή ακόμη και lasers. Κύριο μειονέκτημα αυτών των συστημάτων είναι οι συσκευές σάρωσης που περιλαμβάνουν. Αυτές είναι ενδεχομένως αναξιόπιστες και καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας, γεγονός μη επιθυμητό κυρίως σε διαστημικές εφαρμογές. Μία ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση αντί της χρήσης των παραπάνω συσκευών είναι να υιοθετηθούν vision συστήματα, τα οποία παρέχουν ακριβής χρονική και χωρική ανάλυση (spatiotemporal resolution). Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εξομοίωση ενός ελεγκτή ο οποίος έχοντας στην διάθεση του κάθε χρονική στιγμή την θέση του στόχου προς παρακολούθηση στην εικόνα θα θα οδηγεί την κάμερα ετσι ώστε να κρατάει τον στόχο σε μια περιοχή γύρω από το κέντρο της. Μελλοντική εφαρμογή αυτης της διπλωματικής θα μπορούσε να είναι η ενσωμάτωση του συστήματος παρακολούθησης σε ένα σύστημα μονοκατευθυντικών κεραιων έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η βέλτιστη επικοινωνία με τα αεροσκάφη. / -

Η ουσιώδης ανάπτυξη που παρουσίασε η μοριακή παθολογία τα τελευταία χρόνια, είναι συνυφασμένη με την ανάπτυξη της microarray τεχνολογίας. Αυτή η τεχνολογία μας παρέχει μια νέα οδό προσπέλασης υψηλής χωρητικότητας τέτοια ώστε: i. να δίνεται η δυνατότητα ανάλυσης μεγάλης κλίμακας της ισοτοπικής αφθονίας του αγγελιοφόρου RNA (mRNA), ως δείκτη γονιδιακών εκφράσεων (cDNA arrays), ii. να ανιχνεύονται πολυμορφισμοί ή μεταλλάξεις μέσα σε έναν πληθυσμό γονιδίων χρησιμοποιώντας ξεχωριστούς nucleotide πολυμορφισμούς (Single Nucleotide Polymorphisms arrays), iii. και για εξέταση «απώλειας» ή «κέρδους», ή αλλαγές στον αριθμό αντιγραφής κάποιου συγκεκριμένου γονιδίου που σχετίζεται με κάποια ασθένεια (CGH arrays). Η τεχνολογία των microarrays είναι ευλογοφανές να εξελιχθεί σε ακρογωνιαίο λίθο της μοριακής έρευνας στα επόμενα χρόνια, και αυτό γιατί DNA microarrays χρησιμοποιούνται για τον ποσοτικό προσδιορισμό δεκάδων χιλιάδων DNA ή RNA ακολουθιών σε μια και μόνο ανάλυση – πείραμα. Από μια σειρά από τέτοια πειράματα, είναι δυνατόν να προσδιορίσουμε τους μηχανισμούς που ελέγχουν την ενεργοποίηση των γονιδίων σε έναν οργανισμό. Ακόμη η χρήση των microarrays για την επισκόπηση γονιδιακών εκφράσεων είναι μια ραγδαία αναπτυσσόμενη τεχνολογία, η οποία μετακινήθηκε από εξειδικευμένα, σε συμβατικά βιολογικά εργαστήρια. Στην παρούσα διπλωματική εργασία κυρίως, θα αναφερθούμε στα δύο γενικά στάδια της ανάλυσης των microarray εικόνων που μας δίνονται ως απόρρεια των πειραμάτων, που έχουν ως στόχο την εξόρυξη πληροφορίας από αυτές. Τα δύο αυτά στάδια είναι: i. Επεξεργασία εικόνας και εξαγωγή πληροφορίας από αυτήν. ii. Ανάλυση της προκύπτουσας πληροφορίας και αναγνώριση των γονιδιακών εκφράσεων. Όσον αφορά το πρώτο στάδιο θα αναφέρουμε τις βασικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται σήμερα από εμπορικά και εκπαιδευτικά πακέτα λογισμικού, οι οποίες μέθοδοι δίνουν και τα καλύτερα αποτελέσματα μέχρι στιγμής. Για το δεύτερο στάδιο, αφού αναφέρουμε τις πιο σημαντικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται, θα υλοποιήσουμε μια δική μας μέθοδο και θα την συγκρίνουμε με τις υπάρχουσες.

- / -

On-line poultry monitoring can significantly improve living conditions of hens in industrial farms. A very low-cost low-energy solution needs to be provided though. ASIPs can be an ideal solution when they cover many submarkets and low-energy concepts are used for their realization. Aiming to high energy-efficiency, this work implements data parallelization, using a recently introduced software-controled SIMD realization in an innovative way. A manual mapping and scheduling effort of the most crucial part of the application leads to a highly optimized result, in terms of cycles, area and energy. This manual scheduling implementation must also be supported by a commercial compiler tool so that the design-time is minimized. Moreover, energy-efficient mapping must be explored for the remaining parts of the code. In that case, because the frequency of occurence of a part of the code is very low, more attention should be given to minimizing the area overhead. Increasing the energy efficiency of the data-path in such ways can be very important, since data- path can be dominant in the total energy-pie, once the instruction/data memory overhead is minimized by other complementary approaches. / Η αυτόματη μέθοδος παρακολούθησης ζωντανών οργανισμών μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις συνθήκες διαβίωσης των ζώων στις βιομηχανικές φάρμες. Για να είναι οικονομικά εφικτή όμως μια τέτοια λύση πρέπει να είναι μια λύση χαμηλής ενέργειας. Τα ASIPs μπορούν να είναι μια ιδανική λύση όταν τεχνικές χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας εφαρμόζονται σε αυτά, καθώς λόγω της ευελιξίας τους μπορούν να καλύπτουν πολλούς τομείς της συγκεκριμένης αγοράς. Στοχεύοντας σε υψηλή εξοικονόμηση ενέργειας, η παρούσα δουλειά υλοποιεί παραλληλισμό δεδομένων, χρησιμοποιώντας μια προσφάτως προταθείσα πραγματοποίηση Single Instruction Multiple Data (SIMD) εντολών, που υλοποιούνται μέσω software με ένα καινοτόμο τρόπο. Μια χειρωνακτική προσπάθεια αντιστοίχισης σε υλικό του πιο κρίσιμου κομματιού της εφαρμογής και χρονοπρογραμματισμού των εντολών του οδηγεί σε ένα πολύ βελτιστοποιημένο αποτέλεσμα αναφορικά με τους κύκλους εκτέλεσης, την καταλαμβανόμενη επιφάνεια και την απαιτούμενη ενέργεια. Η χειρωνακτική υλοποίηση χρονοπρογραμματισμού των εντολών πρέπει να μπορεί να επιτευχθεί από ένα εμπορικό εργαλείο μετάφρασης (compiler tool) ώστε στο μέλλον ο χρόνος σχεδιασμού να ελαχιστοποιηθεί. Επιπλέον, πρέπει να διερευνηθεί μια αποδοτική ως προς το θέμα της ενέργειας προσπάθεια απεικόνισης σε υλικό για τα υπόλοιπα τμήματα της εφαρμογής πέραν του πιο κρίσιμου. Σε αυτή την περίπτωση, επειδή η συχνότητα εμφάνισης αυτών των τμημάτων του κώδικα είναι πολύ μικρή, έμφαση δίνεται στην ελαχιστοποίηση της επιφάνειας του υλικού. Η βελτίωση της κατανάλωσης ενέργειας του data-path με τέτοιους τρόπους είναι πολύ σημαντική, αφού το data-path είναι κυρίαρχο στην κατανομή της ενέργειας, όταν η επιβάρυνση της μνήμης δεδομένων και εντολών ελαχιστοποιείται από συμπληρωματικές μεθόδους, όπως συμβαίνει στο προτεινόμενο ASIP.

Αντικείμενο της εργασίας αποτελεί η ανάπτυξη συστήματος βασισμένου σε DSP για τη λήψη και επεξεργασία εικόνας υψηλής ανάλυσης με δυνατότητα ρύθμισης της γωνίας λήψης μέσα στο χώρο μέσω πρωτότυπου μηχανισμού που κινείται με τη βοήθεια δύο βηματικών κινητήρων και ελέγχου της διάταξης από απόσταση μέσω σύνδεσης δικτύου με το πρωτόκολλο TCP. Η δικτυακή επικοινωνία, επεξεργασία, μεταφορά και αποθήκευση των δεδομένων εικόνας στηρίζονται στην κάρτα DSK TMS320C6416, που βασίζεται στον DSP 6416 της Texas Instruments, ενώ ο έλεγχος της κάμερας και η οδήγηση των βηματικών κινητήρων επιτυγχάνονται με τη χρήση της θυγατρικής κάρτας DSK-EYE Gigabit, πυρήνα της οποίας αποτελεί ένα FPGA της οικογένειας Cyclone II της ALTERA και περιλαμβάνει τον OV5610 αισθητήρα εικόνας 5.2 Megapixel. Ένα γραφικό περιβάλλον επιτρέπει στο χρήστη της εφαρμογής τον έλεγχο της διάταξης και τη ρύθμιση των παραμέτρων για τη λήψη και επεξεργασία εικόνας ανάμεσα στις οποίες είναι η ρύθμιση φωτεινότητας, κέρδους, ανάλυσης της εικόνας, κατεύθυνσης και γωνίας κίνησηςγια κάθε κινητήρα ξεχωριστά και επιλογή του αλγορίθμου επεξεργασίας της αρχικής εικόνας. / A remote controlled DSP-based system for high resolution image capturing and processing, featuring 2-axis rotational motion was developed using the TMS320C6416 DSK board, which is based on TMS320C6416T DSP. A prototype device holding a pair of bipolar stepper motors and a gear set providing proper gear ratio and holding torque, is used for motion transmission to the 5.2 Megapixel Omnivision OV5610 camera module, connected to the Bitec DSK-EYE Gigabit daughtercard, which is built around a FPGA of the ALTERA Cyclone II family. The remote operation of the whole system is carried out over a network connection via the dedicated Ethernet adapter of the DSK-EYE board, using the TCP/IP protocol. The device is controlled by means of a Graphical User Interface (GUI) which grants access to some key parameters of the image sensoring process, allowing for easy adjustment of gain and exposure values, stepper motor control and image processing algorithm selection

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την ανίχνευση και παρακολούθηση ανθρώπινων μορφών σε ακολουθίες βίντεο με μεθόδους μηχανικής όρασης. Οι ακολουθίες αυτές θεωρούμε πως έχουν ληφθεί από στατική κάμερα σε εσωτερικό ή εξωτερικό χώρο. Πιο συγκεκριμένα, το εν λόγω πρόβλημα υποδιαιρείται σε τρία κυρίως μέρη τα οποία μελετώνται, αναλύονται και υλοποιούνται σε ξεχωριστά κεφάλαια. Ξεκινάμε με το κομμάτι κατάτμησης κίνησης, συνεχίζουμε με την ταξινόμηση αντικειμένων ώστε να αναγνωριστούν οι άνθρωποι ανάμεσα στις κινούμενες οντότητες και τελειώνουμε με την παρακολούθηση των ανθρώπινων σιλουετών για καταγραφή της πορείας τους όση ώρα βρίσκονται στο πλάνο. Οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν λειτούργησαν ικανοποιητικά κάτω από διάφορες συνθήκες και τα αποτελέσματά τους μπορούν να περάσουν ως είσοδοι σε μια πληθώρα εφαρμογών υψηλότερου επιπέδου με σκοπό την αναγνώριση ανθρώπινης δραστηριότητας και την κατανόηση συμπεριφοράς. / The purpose of this thesis is to deal with the problem of human tracking in video sequences. We have divided the problem in three parts: motion segmentation, human tracking and object classification. Finally we have dedicate a whole chapter to optical flow techniques and the relevant methods that can be employed to solve the same problem.

Τα τελευταία χρόνια αυξάνεται διαρκώς ο όγκος και η ποικιλομορφία των εργασιών πραγματοποιούνται με τη χρήση του Διαδικτύου και των πηγών που είναι διαθέσιμες σε αυτό. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται στην ικανοποίηση των αναγκών των κοινοτήτων χρηστών, των οποίων οι αριθμοί παρουσιάζουν εκρηκτική αύξηση. Ένα από τα σημαντικότερα είδη πηγών που ικανοποιούν τις ανάγκες των κοινοτήτων του Διαδικτύου είναι οι ψηφιακές βιβλιοθήκες. Οι ψηφιακές βιβλιοθήκες αποτελούν συλλογές από δομημένα ηλεκτρονικά δημοσιεύματα, οι οποίες προσφέρουν στην κοινότητα των χρηστών όπου απευθύνονται εξειδικευμένες υπηρεσίες, που αφορούν στο περιεχόμενο των εγγράφων που περιλαμβάνουν, εξασφαλίζοντας συγκεκριμένο επίπεδο ποιότητας σύμφωνα με κωδικοποιημένες πολιτικές. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός διαδικτυακού εργαλείου για την φορμαλιστική αποθήκευση, παρουσίαση και διαχείριση των δομημένων ηλεκτρονικών δημοσιευμάτων μιας ψηφιακής βιβλιοθήκης. Κατά το σχεδιασμό των υπηρεσιών που παρέχονται μελετήθηκε η δυνατότητα ενσωμάτωσης τεχνικών επεξεργασίας φυσικής γλώσσας, με στόχο την αποτίμηση της συνεισφοράς και της απόδοσης τέτοιων τεχνικών στην αποθήκευση και ανάκτηση δομημένων ηλεκτρονικών δημοσιευμάτων γραμμένα στη Νέα Ελληνική, μια γλώσσα με ιδιαίτερη μορφολογία. / Over the past years the amounts of tasks that are being carried out the web as well as the size of the web data demonstrate a signature growth. The major challenge associated with exploiting this data is how to satisfy the user’s needs into fulfilling tasks. One significant source of web data is scientific digital libraries, which contain structured information sources of research documents and which offer end users specialized search services that ensure good retrieved quality. In the course of the present study we designed and implemented a web-based data retrieval service that incorporates novel indexing and information modules specialized for the core of Modern Greek. The novelty of our service is that relies on advanced NLP applications in order to improve retrieval performance. The experimental evaluation of our Modern Greek Service reveals that NLP significantly improves retrieval performance compared to baseline information retrieval systems.