Σεισμικά γεγονότα τα οποία προέρχονται από σεισμικές πηγές των οποίων η απόσταση μεταξύ τους είναι πολύ μικρότερη από την απόσταση μέχρι τον κοντινότερο σταθμό καταγραφής, είναι γνωστά στη βιβλιογραφία σαν όμοια σεισμικά γεγονότα και αποτελούν αντικείμενο έρευνας εδώ και μια εικοσαετία. Η διαδικασία επαναπροσδιορισμού των υποκεντρικών παραμέτρων ή επανεντοπισμού όμοιων σεισμικών γεγονότων οδηγεί σε εκτιμήσεις των παραμέτρων που είναι συνήθως μεταξύ μίας και δύο τάξεων μεγέθους μικρότερου σφάλματος από τις αντίστοιχες των συνηθισμένων διαδικασιών εντοπισμού και επομένως, μπορεί εν δυνάμει να παράξει μια λεπτομερέστερη εικόνα της σεισμικότητας μιας περιοχής, από την οποία μπορεί στη συνέχεια να προκύψει η ακριβής χαρτογράφηση των ενεργών ρηγμάτων της. Πρόκειται για μια σύνθετη διαδικασία που μπορεί να αναλυθεί στα παρακάτω τρία βασικά βήματα: 1. Αναγνώριση ομάδων όμοιων σεισμικών γεγονότων. 2. Υπολογισμός διαφορών χρόνων άφιξης μεταξύ όμοιων σεισμικών γεγονότων. 3. Επίλυση προβλήματος αντιστροφής. Το πρώτο από τα παραπάνω βήματα είναι η αναγνώριση των λεγόμενων σεισμικών οικογενειών που υπάρχουν στον διαθέσιμο κατάλογο και έχει ξεχωριστή σημασία για την ολική επιτυχία της διαδικασίας. Μόνο εάν εξασφαλιστεί η ορθότητα της επίλυσης αυτού του προβλήματος τίθενται σε ισχύ οι προϋποθέσεις για την εφαρμογή της διαδικασίας και άρα έχει νόημα η γεωλογική ανάλυση που ακολουθεί. Είναι επίσης ένα πρόβλημα που απαντάται και σε άλλες γεωλογικές εφαρμογές, όπως είναι για παράδειγμα ο αυτόματος εντοπισμός του ρήγματος γένεσης ενός άγνωστου σεισμικού γεγονότος μέσω της σύγκρισής του με διαθέσιμες αντιπροσωπευτικές οικογένειες. Το πρόβλημα της αναγνώρισης είναι στην ουσία ένα πρόβλημα ταξινόμησης και ως εκ τούτου προϋποθέτει την επίλυση δύο σημαντικών επιμέρους υποπροβλημάτων. Συγκεκριμένα, αυτό της αντιστοίχισης των σεισμικών κυματομορφών (matching problem) και αυτό της κατηγοριοποίησής τους (clustering problem). Το πρώτο έχει να κάνει με τη σύγκριση όλων των δυνατών ζευγών σεισμογραμμάτων του καταλόγου ώστε να εντοπισθούν όλα τα όμοια ζεύγη, ενώ το δεύτερο αφορά την ομαδοποίηση των ομοίων σεισμογραμμάτων ώστε να προκύψουν οι σεισμικές οικογένειες. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιομορφίες που υπεισέρχονται στο παραπάνω πρόβλημα ταξινόμησης από τις ιδιαιτερότητες των σεισμογραμμάτων αλλά και την ιδιαίτερη φύση της εφαρμογής, προτείνουμε μια μέθοδο σύγκρισης που βασίζεται σε μια γενικευμένη μορφή του συντελεστή συσχέτισης και μια μέθοδο κατηγοριοποίησης βασισμένη σε γράφους, με στόχο την αποτελεσματική αλλά και αποδοτική επίλυσή του. / Seismic events that occur in a confined region, meaning that the distance separating the sources is very small compared to the distance between the sources and the recording station, are known in the literature as similar seismic events and have been under study for the past two decades. The re-estimation of the hypocenter parameters or the relocation of similar events gives an estimation error that is between one and two orders of magnitude lower that the one produced by the conventional location procedures. As a result, the application of this approach creates a much more detailed image of the seismicity of the region under study, from which the exact mapping of the active faults of the region can occur. The relocation procedure is in fact a complex procedure, consisting of three basic steps: 1. Identification of groups of similar seismic events. 2. Estimation of the arrival time differences between events of the same group. 3. Solution of the inverse problem. The first of the above steps, namely the identification of the seismic families of the given catalog plays an important role in the total success of the procedure, since only the correct solution of this problem can ensure that the requirements for the application of the procedure are met and therefore the geological analysis that is based on its outcome is meaningful. The problem is also encountered in other geological applications, such as the automatic location of the fault mechanism of an unknown event by comparison with available representative families. The problem of the identification of the seismic families is a classification problem and as such, requires the solution of two subproblems, namely the matching problem and the clustering problem. The object of the first one is the comparison of all the possible event pairs of the catalog with the purpose of locating all the existing similar pairs, while the second one is concerned with the grouping of the similar pairs into seismic families. In this work, taking into consideration the particularities that supersede the classification problem described above due to the special nature of the seismograms and also the specific requirements of the application, we propose a comparing method which is based on a generalized form of the correlation coefficient and a graph – based clustering technique, as an effective solution of the problem at hand.

Η ραγδαία ανάπτυξη που παρουσιάστηκε τα τελευταία χρόνια σε διάφορους τομείς της πληροφορικής με την αύξηση της ισχύος επεξεργασίας και της δυνατότητας αποθήκευσης ενός τεράστιου όγκου δεδομένων έδωσε νέα ώθηση στον τομέα διαχείρισης, αναζήτησης, σύνοψης και εξαγωγής της πληροφορίας από ένα βίντεο. Για την διαχείριση αυτής της πληροφορίας αναπτύχθηκαν τεχνικές περίληψης βίντεο. Η περίληψη ενός βίντεο υπό μορφή μιας στατικής ακολουθίας χαρακτηριστικών καρέ, μειώνει τον απαραίτητο όγκο της πληροφορίας που απαιτείται σε συστήματα αναζήτησης, ενώ διαμορφώνει την βάση για την αντιμετώπιση του σημασιολογικού περιεχομένου του σε εφαρμογές ανάκτησης. Το ερευνητικό αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναφέρεται σε τεχνικές αυτόματης περίληψης βίντεο με χρήση της θεωρίας γράφων, για την ανάπτυξη μη επιβλεπόμενων αλγόριθμων ομαδοποίησης. Κάθε καρέ της ακολουθίας του βίντεο δεν αντιμετωπίζεται ως ένα διακριτό στοιχείο, αλλά λαμβάνεται υπόψη ο βαθμός συσχέτισης μεταξύ τους. Με αυτόν τον τρόπο το πρόβλημα της ομαδοποίησης ανάγεται από μια τυπική διαδικασία αναγνώρισης ομάδων σε ένα σύστημα ανάλυσης της δομής που περιέχεται στο σύνολο των δεδομένων. Ακόμη παρουσιάζεται μια νέα τεχνική βελτίωσης του βαθμού ομοιότητας των καρέ, η οποία βασίζεται στο θεωρητικό φορμαλισμό τεχνικών ημί-επιβλεπόμενης εκμάθησης, με χρήση όμως αλγόριθμων δυναμικής συμπίεσης, για την αναπαράσταση του οπτικού περιεχομένου τους. Τα αναλυτικά πειραματικά αποτελέσματα που παρατίθενται, αποδεικνύουν την βελτίωση της απόδοσης των προτεινόμενων μεθόδων σε σχέση με γνωστές τεχνικές περίληψης. Τέλος, προτείνονται κάποιες μελλοντικές κατευθύνσεις έρευνας στο αντικείμενο που πραγματεύεται η παρούσα διατριβή, με άμεσες επεκτάσεις στο πεδίο ανάκτησης εικόνας και βίντεο. / The rapid development witnessed in the recent years enabling the storage and processing of a huge amount of data, in various fields of computer technology and image/video understanding, has given new impetus to the field of video manipulation, browsing, indexing, and retrieval. Video summarization, as a static sequence of key frames, reduces the amount of information required for video searching, while provides the basis for understanding the semantic content in video retrieval applications. The research subject of this doctoral thesis is the incorporation of graph theory and unsupervised clustering algorithms in Automatic Video Summarization applications of large video sequences. In this context, every frame from a video sequence is not processed as a discrete element, but the relations between the frames are considered. Thus, the clustering problem is transformed from a typical computation procedure, to the problem of data structure analysis. Detailed experimental results demonstrate the performance improvement provided by the proposed methods in comparison with well-known video summarization techniques from the literature. Finally, future research directions are proposed, directly applicable to the fields of image and video retrieval.

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.

Το ερευνητικό αντικείμενο της συγκεκριμένης διατριβής αναφέρεται στην επεξεργασία έγχρωμης εικόνας με χρήση της θεωρίας γράφων, την ανάκτηση εικόνας καθώς και την οργάνωση / διαχείριση βάσεων δεδομένων με μεθόδους γραφημάτων και αναγνώρισης προτύπων, με εφαρμογή σε πολυμέσα. Τα συγκεκριμένα προβλήματα προσεγγίστηκαν διατηρώντας τη γενικότητά τους και επιλύθηκαν με βάση τα ακόλουθα σημεία: 1. Ανάπτυξη τεχνικών για την επιλογή χαρακτηριστικών από τις εικόνες βάσει χαρακτηριστικών χαμηλού επιπέδου (χρώματος και υφής), για χρήση τους σε εφαρμογές ομοιότητας και ανάκτησης εικόνας. 2. Υπολογισμός μετρικών και αποστάσεων στο χώρο των χαρακτηριστικών. 3. Μελέτη της πολυσχιδούς δομής των εικόνων μιας βάσης στο χώρο των χαρακτηριστικών. 4. Ελάττωση της διάστασης του χώρου και παραγωγή αναπαραστάσεων δύο διαστάσεων. 5. Εφαρμογή των μεθόδων αυτών σε υποκειμενικές αποστάσεις εικόνων. Η θεωρία γράφων και οι μέθοδοι αναγνώρισης προτύπων χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να παρουσιαστούν βέλτιστες λύσεις αφενός στο πρόβλημα της ανάκτησης εικόνων από βάσεις δεδομένων και αφετέρου στην οργάνωση και διαχείριση τέτοιων βάσεων εικόνων. Η διατριβή φέρνει πιο κοντά την επεξεργασία εικόνας με μεθόδους προερχόμενες από τη θεωρία γραφημάτων, τη στατιστική και την αναγνώριση προτύπων. Σε όλη τη διάρκεια της διατριβής, ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στο ζήτημα της εύρεσης του κατάλληλου συνδυασμού μεταξύ της αποτελεσματικότητας των συστημάτων και της αποδοτικότητας στα πλαίσια της εφαρμογής των προτεινόμενων αλγοριθμικών διαδικασιών. Τα αναλυτικά πειραματικά αποτελέσματα που πραγματοποιήθηκαν, αποδεικνύουν την βελτιωμένη απόδοση των προτεινόμενων μεθοδολογιών. / The subject of this doctoral thesis is related to color image processing using graph theoretic methods, image retrieval and image database management and organization in the reduced feature space, using pattern recognition analysis, with multimedia applications. The author attempted to approach the thesis subject by retaining its genericness and addressing the following points: 1. Development of techniques for extraction of image visual attributes based on low level features (color and texture information), to be used for image similarity and retrieval practices. 2. Calculation of metrics and distances in the feature space. 3. Study of the image manifolds created in the selected feature space. 4. Application of dimensionality reduction techniques and production of biplots. 5. Application of the proposed methodologies using perceptual image distances. Graph theory and pattern recognition methodologies were incorporated in order to provide novel solution to color image retrieval of image databases, as well as to image database management and organization. The current thesis brings closer image processing with graph theoretic methodologies, statistical analysis and pattern recognition. Throughout the thesis, consideration has been taken for finding the best trade off between effectiveness and efficiency when applying the proposed algorithmic procedures. The extended experimental results carried out in all stages of the projected studies reveal the enhanced performance of the proposed methodologies.