Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο ενσύρματης τηλεπικοινωνίας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Πρόκειται για μια εργασία, η οποία έχει ως στόχο τη δημιουργία ενός συστήματος αναγνώρισης που θα αναγνωρίζει τον κίνδυνο που υπάρχει στο δρόμο λόγω των διασταυρούμενων οχημάτων, και θα μας ειδοποιεί. Σκοπός ήταν η κατασκευή ενός συστήματος, το οποίο έχει την ικανότητα να διακρίνει τα αυτοκίνητα από όλα τα αλλά αντικείμενα που εντοπίζονται κατά τη διάρκεια μιας πορείας με αμάξι. Αυτό επετεύχθη με τη χρήση μεθόδων οπτικής ροής και χρήση κατωφλιών σύμφωνα με τις οποίες λαμβάνονταν η απόφαση για ύπαρξη κινδύνου. / This study has been prepared in Wire Communications Laboratory, Department of Electrical and Computer Engineering. This is a work which aims to create an identification system that recognizes the danger on the road because of other vehicle and returns notifications . The aim was to build a system which is able to distinguish the cars that are moving dangerously towards us, excluding all the other objects we found during a journey with car. This goal was achieved by using optical flow and Thresholding methods . According to these results a decision is made and notifications are given in the case of existing danger .

Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των διαφόρων τεχνικών ανίχνευσης οχημάτων και αντικειμένων στους δρόμους με την χρήση ψηφιακής βιντεοκάμερας. / The subject of this degree thesis is the study of various techniques of tracking vehicles and objects using digital video camera.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να παράσχει χρήσιμες πληροφορίες για την πρακτική κατασκευή συσκευών αορατότητας. Αρχικά, παρουσιάζονται οι διαφορετικοί τύποι των δισδιάστατων μέσων μετασχηματισμού (συσκευών αορατότητας) και διαπιστώνεται η υπεροχή του δισδιάστατου μανδύα αορατότητας επιπέδου από διηλεκτρικό. Προκειμένου να διερευνήσουμε αριθμητικά την οπτική συμπεριφορά αυτού του τύπου μανδύα, χρησιμοποιούμε τις εξισώσεις που εξάγονται από τη θεωρία της οπτικής μετασχηματισμών, και μέσω της μεθόδου F.D.T.D υπολογίζουμε το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σε όλα τα σημεία του υπολογιστικού πλέγματος. Στα όρια του πλέγματος αυτού τοποθετείται ένα στρώμα τέλειας προσαρμογής , έτσι ώστε να ελαχιστοποιούνται οι ανακλάσεις στα όρια αυτά, σε αναλογία με το πραγματικό πείραμα. Υλοποιώντας έναν κώδικα σε Μatlab, υπολογίζουμε την ένταση της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας, για εγκάρσια μαγνητικά επίπεδα κύματα που προσπίπτουν υπό γωνία σε ένα αντικείμενο που περιβάλλεται από έναν μανδύα από διηλεκτρικό και είναι τοποθετημένο σε επίπεδο. Συγκεκριμένα, μελετάμε: την επίδοση της συσκευής συναρτήσει του βαθμού διακριτοποίησης του αριθμητικού πλέγματος, την επίδραση της απορρόφησης και της τυχαίας διαταραχής της επιτρεπτότητας των δομικών υλικών του μανδύα, καθώς και την επίδοση για πρόσπτωση υπό διαφορετικές γωνίες. Τέλος, εκτιμάμε τις ιδιότητες των στρώσεων από διηλεκτρικά που θα μπορούσαν να περιβάλουν τον μανδύα και να βελτιώσουν την αποδοτικότητά του στο ορατό φάσμα. / This work aims to provide useful information for the fabrication of practical cloaking devices. Initially, different types of two dimensional transformation media (invisibility devices) are presented and it is concluded that the all dielectric, two dimensional electromagnetic ground plane cloak dominates. In order to perform a numerical study of the sensitivity of this type of cloak, we use the equations deduced from the transformation optics via finite difference time domain method, for the electromagnetic wave, at every single point of the numerical domain. In the boundaries of this domain, we place a perfectly matched layer in order to minimize the reflections in those boundaries. That would replicate the real experiment with our simulations. By the application of a code written in Matlab, we calculate the scattering signature of an object surrounded by an all dielectric cloak and placed on a ground plane. Transverse magnetic plane waves are launched at an angle towards the object. In particular, we study the performance of the system as a function of the number of distinct components the cloak is divided into, the effects of lossy elements, the angle of incidence, as well as typical random variations of the permittivity of the building materials. Finally, we evaluate impedance matching layers that can surround the cloak and improve its effectiveness in the visible spectrum.

Optical Coherence Tomography (OCT) is a catheter‐based imaging method that employs near‐infrared light to produce high‐resolution cross sectional intravascular images. Α new segmentation technique is implemented for automatic lumen area extraction and stent strut detection in intravascular OCT images for the purpose of quantitative analysis of neointimal hyperplasia (NIH). Also a graphical user interface (GUI) is designed based on the employed algorithm. Methods: Four clinical dataset of frequency‐domain OCT scans of the human femoral artery were analysed. First, a segmentation method based on Fuzzy C Means (FCM) clustering and Wavelet Transform (WT) was applied towards inner luminal contour extraction. Subsequently, stent strut positions were detected by utilizing metrics derived from the local maxima of the wavelet transform into the FCM membership function. Results: The inner lumen contour and the position of stent strut were extracted with very high accuracy. Compared with manual segmentation by an expert physician, the automatic segmentation had an average overlap value of 0.917 ± 0.065 for all OCT images included in the study. Also the proposed method and all automatic segmentation algorithms utilised in this thesis such as k‐means, FCM, MRF – ICM and MRF – Metropolis were compared by means of mean distance difference in mm and processing time in sec with the physician’s manual assessments.. The strut detection procedure successfully identified 9.57 ± 0.5 struts for each OCT image. Conclusions: A new fast and robust automatic segmentation technique combining FCM and WT for lumen border extraction and strut detection in intravascular OCT images was designed and implemented. The proposed algorithm may be employed for automated quantitative morphological analysis of in‐stent neointimal hyperplasia. / Η τομογραφία οπτικής συνοχής (OCT) είναι μια απεικονιστική μέθοδος βασισμένη στον καθετηριασμό και χρησιμοποίει υπέρυθρο φως για να παράγει ένδo‐αγγειακές εικόνες – εγκάρσιας τομής με υψηλή ανάλυση. Σε αυτήν την διατριβή, μια νέα τεχνική τμηματοποίησης υλοποιήθηκε για την αυτόματη εξαγωγή της περιοχής του αυλού καθώς και για την ανίχνευση των «strut» στις ένδo‐ αγγειακές OCT εικόνες με σκοπό την ποσοτική ανάλυση της υπερπλασίας. Επίσης ένα εύκολο στην χρήση περιβάλλον γραφικών για καθημερινή κλινική χρήση σχεδιάστηκε με τον υλοποιημένο αλγόριθμο. Μέθοδοι: Τέσσερις OCT κλινικές εξετάσεις πεδίου‐συχνότητας της ανθρώπινης μηριαίας αρτηρίας αναλύθηκαν. H προτεινόμενη μέθοδος τμηματοποίησης για την εξαγωγή του εσωτερικού περιγράμματος αυλού, είναι βασισμένη στον Fuzzy CMeans (FCM) clustering και τον μετασχηματισμό κυματιδίου. Στη συνέχεια, οι θέσεις των «strut» εντοπίστηκαν χρησιμοποιώντας διάφορες τοπικές παραμέτρους που προέρχονται από τα τοπικά μέγιστα του μετασχηματισμού κυματιδίων εντός της FCM συνάρτησης. Αποτελέσματα: Το εσωτερικό περίγραμμα αυλού και η θέση των «strut» εξήχθηκαν με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Σε σύγκριση με την ποσοτική αξιολόγηση από έναν ειδικό ιατρό, η αυτόματη τμηματοποίηση είχε μέση τιμή επικάλυψης 0,917±0,065 για όλες τις OCT εικόνες που περιλαμβάνονται στη μελέτη. Επίσης, έγινε σύγκριση με τους k‐means, FCM, ICM και Μetropolis αυτόματους αλγόριθμους τμηματοποίησης για εξαγωγή του εσωτερικού περιγράμματος αυλού και επέδειξε υψηλής ακρίβειας αποτελέσματα στον μικρότερο δυνατό χρόνο επεξεργασίας. Η διαδικασία ανίχνευσης «strut» προσδιόρισε επιτυχώς 9.57± 0,5 «strut» για κάθε OCT εικόνα. Συμπεράσματα: Μια νέα αποτελεσματική και γρήγορη αυτόματη τεχνική τμηματοποίησης που συνδυάζει FCM και WT για την εξαγωγή των ορίων του αυλού και την ανίχνευση των «strut» στις ένδο‐αγγειακές εικόνες OCT σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αυτοματοποιημένη ποσοτική μορφολογική ανάλυση της υπερπλασίας.

Δύο από τα πιο γνωστά μη γραμμικά οπτικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα κατά την ακτινοβόληση επιφανειών χρυσού με ισχυρούς παλμούς laser είναι η γένεση πολλαπλών αρμονικών και η πολυφωτονική φωτοηλεκτρική εκπομπή. Οι διεργασίες αυτές αποτελούν το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Κατ' αρχήν η προσπάθεια επικεντρώνεται στην ανάπτυξη ρεαλιστικών μοντέλων περιγραφής των συγκεκριμένων φαινομένων. Εν συνεχεία πραγματοποιούνται αριθμητικοί υπολογισμοί με στόχο την αναπαραγωγή πρόσφατων πειραματικών δεδομένων μέσω της οποίας προτείνονται νέες ιδέες αξιοποίησης των εν λόγω διεργασιών. / Multiple harmonic generation and multiphoton photoelecton emission are the most important nonlinear optical phenomena that take place when a metal surface is illuminated with intense laser pulses. The main objective of this work is the development of realistic theoretical models for these processes. Numerical calculations for several pulse widths are also presented. Through these calculations the validity of the models is checked and new experimental perspectives are proposed.

Η οπτική μεταγωγή ριπών (Optical Burst Switching-OBS) στοχεύει στον συνδυασμό των πλεονεκτημάτων της οπτικής μεταγωγής πακέτων και μεταγωγής κυκλώματος. Θεωρείται ως μια αρκετά υποσχόμενη τεχνολογία για την υλοποίηση του οπτικού Διαδικτύου της επόμενης γενιάς, με σκοπό να αντεπεξέλθει στην ταχεία ανάπτυξη της κίνησης του Διαδικτύου και στην αυξανόμενη υιοθέτηση νέων υπηρεσιών (π.χ VoIP τηλεφωνία, βίντεο κατά απαίτηση, υπολογισμός πλέγματος, ψηφιακά αποθηκευτικά μέσα). Στα OBS δίκτυα, τα πακέτα συναρμολογούνται σε ριπές και στέλνονται έτσι διαμέσου του δικτύου. Επομένως, ο τρόπος με τον οποίο πραγματοποιείται η συναρμολόγηση των πακέτων σε ριπές, καθορίζει και τα χαρακτηριστικά του συνολικού δικτύου και επηρεάζει κυρίως την συνολική καθυστέρηση του κάθε πακέτου που στέλνεται διαμέσου αυτού. Στην παρούσα εργασία (μέρος της διπλωματικής εργασίας δημοσιεύτηκε στο [21]), θα προτείνουμε τέσσερις νέες τεχνικές συναρμολόγησης ριπών που στοχεύουν στην μείωση της μέσης καθυστέρησης που επιβαρύνονται τα πακέτα κατά τη διαδικασία της συναρμολόγηση τους σε ριπές (burstification), με βάση ενός δεδομένου μέσου μήκους των ριπών που παράγονται. Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούν ένα γραμμικό φίλτρο πρόβλεψης για την παραγωγή μιας εκτίμησης του πλήθους των πακέτων που πρόκειται να εισέλθουν στο κόμβο του δικτύου, που λαμβάνει χώρα το burstification, κατά τη διάρκεια της επόμενης χρονικής περιόδου. Με βάση την εκτίμηση αυτή, αποφασίζουν αν ικανοποιείται ένα συγκεκριμένο κριτήριο, το οποίο είναι διαφορετικό για κάθε προτεινόμενη μέθοδο, και στέλνουν, αναλόγως, μία νέα ριπή στο δίκτυο. Η μείωση της καθυστέρησης της συναρμολόγησης των πακέτων, για ένα δεδομένο μέσο μήκος ριπής, είναι σημαντική για τις εφαρμογές πραγματικού χρόνου, οι οποίες έχουν αυστηρούς περιορισμούς στην συνολική καθυστέρηση των πακέτων. Αντίστοιχα, η αύξηση του μέσου μήκους των ριπών που δημιουργούνται σε ένα OBS δίκτυο, για μια δεδομένη μέση καθυστέρηση πακέτων, είναι σημαντική για την μείωση του αριθμού των ριπών που εισέρχονται σε αυτό. Μεγάλου μήκους ριπές συνεπάγονται μικρότερη επιβάρυνση σε επεξεργασία που διενεργείται από τους ενδιάμεσους κόμβους του δικτύου. Επίσης, στο παρόν κείμενο, θα αξιολογήσουμε την συμπεριφορά των προτεινόμενων τεχνικών συναρμολόγησης και θα αποδείξουμε ότι δύο από αυτές έχουν καλύτερη απόδοση (έως και 33% βελτίωση), σε σύγκριση με τους προηγουμένως προτεινόμενους από την βιβλιογραφία αλγόριθμους, ως προς την μέση καθυστέρηση πακέτων, για δεδομένο μήκος ριπής. Τέλος, θα συζητηθεί η δυνατότητα παροχής ποιότητας υπηρεσιών (Quality of Service- QoS) με την βοήθεια των προτεινόμενων αλγορίθμων συναρμολόγησης. Το υπόλοιπο του παρόντος κειμένου είναι οργανωμένο με βάση τα παρακάτω: • Το δεύτερο κεφάλαιο σχολιάζει βασικές έννοιες των οπτικών δικτύων και περιγράφει την αρχιτεκτονική των οπτικών δικτύων μεταγωγής ριπών. • Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στις ήδη προτεινόμενες τεχνικές συναρμολόγησης ριπών, από την υπάρχουσα βιβλιογραφία. • Στο τέταρτο κεφάλαιο, σχολιάζονται σημαντικές έννοιες των γραμμικών προβλεπτών, καθώς κι η δυνατότητα τους να εφαρμοστούν στην πρόβλεψη της κίνησης του δικτύου και υπό ποιες συνθήκες η χρήση τους είναι αποδοτική. • Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι περιγράφονται στο πέμπτο κεφάλαιο. • Στο έκτο κεφάλαιο εξετάζεται η απόδοση τους σε σχέση με τους υπάρχοντες αλγορίθμους και μελετάται η συμπεριφορά του επιλεγμένου γραμμικού προβλεπτή σε σχέση με τις παραμέτρους εισόδου που τον χαρακτηρίζουν. • Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο, περιγράφεται η παροχή του QoS στο δίκτυο και ερευνάται η δυνατότητα υποστήριξης της, με τη βοήθεια των προτεινόμενων τεχνικών συναρμολόγησης. / -

Στην εργασία επιχειρείται η καταγραφή και στη συνέχεια ο μετασχηματισμός βιωματικών νοητικών παραστάσεων μαθητών ηλικίας 12 -16 ετών, για τα φαινόμενα του σχηματισμού φωτεινών προβολών και σκιών από εκτεταμένες φωτεινές πηγές. Το μεθοδολογικό σχέδιο που χρησιμοποιείται βασίζεται στην αξιοποίηση δεδομένων από την Ιστορία της Επιστήμης: Η ανίχνευση και ανάλυση των παραστάσεων των μαθητών επιτελείται στη βάση των εναλλακτικών επιστημονικών μοντέλων που διατυπώθηκαν στην ιστορική εξέλιξη της Επιστήμης για την ερμηνεία ενός οπτικού φαινομένου - γρίφου, ενώ η διδακτική παρέμβαση, η οποία πραγματοποιείται στα πλαίσια ενός αλληλεπιδραστικού μαθησιακού περιβάλλοντος, συνίσταται στη συστηματική διαμεσολάβηση του διδάσκοντος και την παρουσίαση του ορθού προτύπου, τα χαρακτηριστικά του οποίου αντλούνται από το σχετικό ιστορικό πείραμα του J. Kepler. / The purpose of the study is the recording and following then the restructure of students.

- / -

Στόχος: Ο υποδοχέας του γλουταμινικού οξέος ΝMDA (N-methyl-D-aspartate), αποτελεί μόριο-κλειδί που διαμεσολαβεί πολλούς τύπους συναπτικής πλαστικότητας στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Στο οπτικό σύστημα η πλαστικότητα ξεκινά στο επίπεδο του αμφιβληστοειδούς χιτώνα. Κατά την ανάπτυξη του αμφιβληστροειδούς οι υποδοχείς NMDA συμμετέχουν σε φαινόμενα πλαστικότητας εξαρτώμενα από την εμπειρία όπως ο λειτουργικός διαχωρισμός των ON και OFF μονοπατιών. Η ανάπτυξη και η οπτική αποστέρηση επηρεάζουν επίσης τις ηλεκτροφυσιολογικές ιδιότητες των υποδοχέων NMDA στον αμφιβληστροειδή του επίμυος καθώς και την έκφραση των υπομονάδων του NR1 και NR2. Η βασική υπομονάδα NR1 υφίσταται εναλλακτικό μάτισμα με αποτέλεσμα να εμφανίζεται σε οκτώ διαφορετικές ισομορφές που προσδίδουν μοριακή ποικιλότητα στον υποδοχέα. Το ερώτημα που ετέθη ήταν εάν η έκφραση των ισομορφών της υπομονάδας NR1 ρυθμίζεται κατά την ανάπτυξη του αμφιβληστροειδούς χιτώνα του επίμυος και εάν μεταβάλλεται από την οπτική εμπειρία. Μέθοδος: Χρησιμοποιήθηκαν αμφιβληστροειδείς επίμυων (Wistar) που μεγάλωσαν είτε σε φυσιολογικό ημερήσιο κύκλο 12 ώρες φως/12 ώρες σκοτάδι [normal-reared (NR)], είτε σε διαρκές σκοτάδι [dark-reared (DR)] από την 9η έως την 60η ημέρα μετά τη γέννηση. Η μελέτη της έκφρασης των ισομορφών του αμινοτελικού (NR1a, NR1b) και του καρβοξυτελικού (NR1-1, NR1-2, NR1-3, NR1-4) άκρου της υπομονάδας NR1 έγινε με τη μέθοδο της real-time PCR. Αποτελέσματα: Το αναπτυξιακό προφίλ όλων των ισομορφών εμφάνισε διαφορετική αύξηση κατά τη διάρκεια της δεύτερης και τρίτης εβδομάδας, με μέγιστη έκφραση στο τέλος της τρίτης εβδομάδας. Μεταξύ των ισομορφών του αμινοτελικού άκρου, η NR1b εκφραζόταν σταθερά σε υψηλότερα επίπεδα σε σχέση με την NR1a, ενώ μεταξύ των ισομορφών του καρβοξυτελικού άκρου, η NR1-2 εκφραζόταν σε υψηλότερα επίπεδα από την NR1-4, ενώ τόσο η NR1-1 όσο και η NR1-3 εκφράζονταν σε χαμηλά επίπεδα. Η ανάπτυξη στο σκοτάδι μείωσε την έκφραση όλων των ισομορφών σε πολλά αναπτυξιακά στάδια και στο ενήλικο ζώο. Σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ ηλικίας και οπτικής εμπειρίας προέκυψε για τις ισομορφές NR1a, NR1-2 και NR1-4. Συμπεράσματα: Η έκφραση όλων των ισομορφών της υπομονάδας NR1 μεταβάλλεται κατά την ανάπτυξη του αμφιβληστροειδούς του επίμυος, ενώ ορισμένες (NR1a, NR1-2 and NR1-4) ρυθμίζονται τόσο από την ηλικία όσο και από την οπτική εμπειρία. Τέτοιες μεταβολές μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο σε φαινόμενα πλαστικότητας που λαμβάνουν χώρα στον αμφιβληστροειδή χιτώνα. / Purpose: The N-methyl-D-aspartate (NMDA) type of glutamate ionotropic receptor is a key molecule mediating plasticity related processes in the central nervous system. Visual system plasticity begins in the retina. During postnatal retinal development NMDA receptor has been shown to be involved in experience dependent plasticity such as the functional segregation of ON and OFF pathways. Development and visual deprivation have been found to affect the kinetics of NMDA receptor in rat retina and the expression of its main subunits NR1 and NR2. The NR1 fundamental subunit of NMDA receptor exists in eight distinct splice isoforms. Knowing that alternative splicing of the NR1 subunit offers a further molecular diversity to the receptor, we have addressed the question of whether the alternative splicing of NR1 subunit of the NMDA receptor is regulated during postnatal retinal development and whether this regulation is altered by visual experience. Methods: Retinas were dissected from eyes of Wistar rats raised either in normal 12-hour light/12-hour dark cycle [normal-reared (NR)], or in complete darkness [dark-reared (DR)] at postnatal days 9 to 60. Real-time PCR was performed in order to assess the mRNA expression of NR1 isoforms using oligonucleotide primers specific for N- terminal (NR1a, NR1b) and C-terminal splice variants (NR1-1, NR1-2, NR1-3, NR1-4). Results: The developmental profiles of mRNA expression levels of both N- and C-terminal NR1 isoforms showed differential increases during the second and third postnatal weeks, while their expression peaked at the end of the third week. Among N-terminal isoforms NR1b was constantly expressed at higher levels compared to NR1a and among the C-terminal isoforms, NR1-2 was expressed at higher levels than NR1-4, while both NR1-1 and NR1-3 were expressed at low levels. Dark-rearing led to reductions in both N- and C-terminal NR1 variants in several developmental ages and in adult retina. A significant age and experience interaction was observed at NR1a N-terminal isoform, and at the most abundant C-terminal isoforms NR1-2 and NR1-4. Conclusions: Our results have demonstrated that all NR1 splice isoforms are developmentally regulated in rat retina and some of them (NR1a, NR1-2 and NR1-4) are also bidirectionally regulated by age and visual experience. Such changes may play an important role in the plastic and activity-dependent events taking place in retina.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη, η ανάπτυξη καθώς και η μερική εφαρμογή κάποιων μεθόδων για την ανίχνευση θέσης κάποιου οχήματος. Ιδιαίτερη βάση δόθηκε στη μελέτη και την ανάλυση της οπτικής ροής που θεωρείται βασική συγκριτικά με τις υπόλοιπες μεθόδους.Τέλος αναλύεται και μια μέθοδος κατάτμησης εικόνων. / The goal of this thesis is to study, develop and implement some methods of car detection. Particular emphasis is given to the analysis of optical flow, which is considered to be critical compared to other methods. Finally an analysis of a method for image segmentation is being developed.