Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη στρατηγικών ελέγχου του ρομπότ για το χειρισμό υφασμάτων κατά τη διαδικασία της ραφής. Ένα βασικό πρόβλημα που παρουσιάζουν τα υφάσματα σε σχέση με τα στερεά αντικείμενα είναι η δυσκολία χειρισμού τους εξαιτίας της πολύ δύσκολα προβλέψιμης συμπεριφοράς τους. Πιο συγκεκριμένα, τα υφάσματα έχουν χαμηλή αντίσταση σε κάμψη που συνεπάγεται την εμφάνιση παραμορφώσεων που μεταβάλλουν το σχήμα τους και επιπλέον, παρουσιάζουν έντονη μη-γραμμικότητα και ανισοτροπία με αποτέλεσμα τη μεγάλη δυσκολία μοντελοποίησής τους κυρίως για εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Η έρευνα για την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη στρατηγικών ελέγχου που βασίζονται σε μεθόδους Υπολογιστικής Νοημοσύνης (Ασαφή Λογική, Γενετικούς Αλγόριθμους και Νευρωνικά Δίκτυα) και Ανάδραση Όρασης. Τα ευφυή συστήματα ελέγχου με χρήση τεχνητής όρασης παρέχουν τη δυνατότητα στο ρομπότ να διεκπεραιώσει με επιδεξιότητα εργασίες σχετικές με τη ραφή υφασμάτων σε πραγματικό περιβάλλον με σκοπό την υψηλότερη ευελιξία και αυτοματισμό. Οι ειδικότεροι στόχοι της διατριβής είναι η ελαχιστοποίηση του συνολικού χρόνου εργασίας του ρομπότ για την ολοκλήρωση της ραφής και ο περιορισμός των σφαλμάτων στη ραφή μέσα στα αποδεκτά όρια. Στο πλαίσιο της διατριβής αυτής, αναπτύχθηκε ένα ευφυές σύστημα για τη ραφή υφασμάτων που υλοποιήθηκε σε μια εργαστηριακή διάταξη που περιλαμβάνει ρομπότ, κάμερες και ραπτομηχανή, καθώς και μια ποικιλία υφασμάτων που χρησιμοποιήθηκαν ως δοκίμια. Το ρομποτικό σύστημα ραφής υφασμάτων περιλαμβάνει διαδικασίες που προηγούνται της ραφής, καθώς και τη διαδικασία της ραφής πάνω στο τραπέζι εργασίας μέχρι να ολοκληρωθούν όλες οι ραφές στο ύφασμα. Για τη ραφή των υφασμάτων πάνω στο τραπέζι εργασίας, αναπτύχθηκε ένα Ασαφές Σύστημα ελέγχου χρησιμοποιώντας μια ποικιλία διαφορετικών υφασμάτων. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην ανάπτυξη του συστήματος ικανού να ανταπεξέρχεται στις πτυχώσεις που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια του χειρισμού του υφάσματος από το ρομπότ, χωρίς να οδηγείται σε αστοχία. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν μέθοδοι βελτιστοποίησης της διαδικασίας της ραφής με κριτήριο την ελαχιστοποίηση του συνολικού χρόνου εργασίας της ραφής θέτοντας εκ των προτέρων τα μέγιστα αποδεκτά σφάλματα για τη ραφή. Η ρύθμιση των παραμέτρων του Ασαφούς Συστήματος πραγματοποιήθηκε με Γενετικούς Αλγόριθμους εκτός της παραγωγικής διαδικασίας (off-line) και με ένα εποπτεύον Ασαφές Σύστημα εντός της παραγωγικής διαδικασίας (on-line). Για την πειραματική επαλήθευση του συστήματος, χρησιμοποιήθηκαν υφάσματα που αποτελούνται από ευθύγραμμα τμήματα. Σε επόμενο στάδιο, αναπτύχθηκε μια στρατηγική ελέγχου για τη ραφή υφασμάτων που αποτελούνται από καμπύλα τμήματα με αυθαίρετη καμπυλότητα. Η προτεινόμενη μέθοδος συνδυάζει τη μέθοδο εντοπισμού των κυρίαρχων σημείων με ένα μικρο-Γενετικό Αλγόριθμο με σκοπό την πολυγωνική προσέγγιση των καμπύλων τμημάτων. Το πρόβλημα που διαμορφώθηκε είχε στόχο την ελαχιστοποίηση των πολυγωνικών τμημάτων που προσεγγίζουν τα καμπύλα τμήματα με δεδομένα τα μέγιστα ανεκτά όρια για το σφάλματα στη ραφή. Επιπλέον, αναπτύχθηκε ένα προσαρμοστικό νευρο-ασαφές σύστημα για τη ραφή υφασμάτων με καμπύλα τμήματα που έχει την ικανότητα να μαθαίνει από πρωθύστερη γνώση. Το σύστημα εκπαιδεύτηκε διεξάγοντας πειράματα ραφής με ένα αριθμό υφασμάτων διαφορετικών καμπυλοτήτων, οπότε καθίσταται ικανό να ανταποκριθεί με αξιοπιστία στη ραφή άλλων υφασμάτων, δηλ. υφασμάτων που δε χρησιμοποιήθηκαν στη διαδικασία εκπαίδευσης. Η δημιουργία του νευρο-ασαφούς αυτού συστήματος βασίστηκε στη χρήση μιας πρωτότυπης μεθόδου ομαδοποίησης δεδομένων. Η προτεινόμενη αυτή μέθοδος ομαδοποίησης βασίστηκε στην ανάπτυξη ενός Γενετικού Αλγόριθμου με χρωμοσώματα μεταβλητού μήκους, ο οποίος έχει το πλεονέκτημα ότι εξασφαλίζει ευελιξία όσον αφορά στον αριθμό των ομάδων που προκύπτουν. Η συμβολή της μεθόδου είναι διττή: αφενός, παράγει αυτόματα τον αριθμό των κέντρων των ομάδων και αφετέρου, αναζητά τα κέντρα σε όλο το πεδίο ορισμού, χωρίς να περιορίζεται στα δεδομένα. Η προτεινόμενη μέθοδος έχει γενικότερη αξία και δεν περιορίζεται μόνο στη χρήση της από το νευρο-ασαφές σύστημα. Αξίζει να σημειωθεί ότι όλες οι στρατηγικές ελέγχου του ρομπότ που αναπτύχθηκαν για το χειρισμό των υφασμάτων, εφαρμόστηκαν σε υφάσματα διαφορετικά ως προς το σχήμα (με ευθύγραμμα και καμπύλα τμήματα), το χρώμα και τις ιδιότητες / The objective of this thesis is the development of control strategies for robot handling of flexible sheets towards the sewing. Besides the difficulties that emerge when handling rigid materials using robots, flexible materials pose additional problems due to due to their unpredictable behavior. In particular, fabrics present low resistance in bending that leads to the appearance of deformations that change their shape and present non-linearity and anisotropy, which poses difficulty in modeling them for real-time applications. The research for this thesis has been focused on the development of control strategies based on Artificial Intelligence techniques (Fuzzy Logic, Genetic algorithms and Neural Networks) and Visual Servoing. The intelligent control systems with artificial vision enable robot to perform skilful tasks related to sewing fabrics in realistic environments towards higher flexibility and automation. The control strategies that have been developed are based on Artificial Intelligence techniques (Fuzzy Logic, Genetic algorithms and Neural Networks) and Visual Servoing. The basic goals of this thesis are the minimization of the total time for robot sewing fabrics and the constraint for the stitching errors inside the acceptable limits. In the context of this thesis, a complete intelligent system has been developed for the handling of fabrics towards sewing. This system is comprised of a robot, two cameras and a sewing machine and a wide range of fabric pieces that was used for experimental purposes. The sewing process is decomposed into preprocess planning and on-line handling subtasks (transferring towards the needle, stitching process and the rotation around the needle). A fuzzy control system was developed for robot handling fabrics on a worktable using a wide range of fabrics. Special emphasis was also given on the development of a system capable of tolerating deformations that may appear on the fabric towards robot handling. Next, optimization methods concerning the handling subtasks were developed in the direction of minimizing the total time for robot sewing fabrics considering the maximum allowable error limits. The parameters were tuned using Genetic Algorithms as an off-line process and a Supervisory fuzzy system in an on-line process. Fabrics comprised of straight edges were used for the experimental verification of the system. The next step concerns the development of a control strategy for robot sewing fabric comprised of curved edges with arbitrary curvatures. The proposed method combines the dominant point detection approach with a micro-Genetic Algorithm for the polygonal approximation of the curved edges. The optimization problem aims at the minimization of the polygonal edges that approximate the curved edges without exceeding the maximum acceptable error limits. In addition, an adaptive neuro-fuzzy system for robot sewing fabrics of curved edges is developed, which has learning capabilities. The system was trained through experiments with various fabrics of different curvatures and is capable to respond to new fabrics, which had not been included in the training process. The construction of the proposed neuro-fuzzy system is based on the use of a novel clustering method. The proposed clustering method is based on the development of a Genetic Algorithm with variable-length chromosomes that has the advantage of flexibility as far as the number of the resulting clusters is concerned. The contribution of the proposed method is twofold. On the one hand, the method evolves automatically the appropriate number of cluster centers, as well as the partitioning of the data, without a priori assumption on the cluster centers. On the other hand, it searches for candidate cluster centers in the universe of discourse and not only among data. The proposed approach is general and it is not limited to the construction of the neuro-fuzzy system. It is also worth noting that all developed control strategies have been applied to fabrics of different shape (with or without curvatures), color and properties.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η διασύνδεση ενός υπεράκτιου Αιολικού Πάρκου (ΑΠ) επαγωγικών μηχανών ονομαστικής ισχύος 90MW με ένα απομακρυσμένο ασθενές δίκτυο ΕΡ. Η περίπτωση αυτή παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες λόγω του χαμηλού λόγου ισχύων βραχυκύκλωσης ανάμεσα στις δύο πλευρές και των έντονων διακυμάνσεων της ισχύος που απομαστεύεται από τον άνεμο. Με σκοπό να περιορισθούν οι δυσκολίες αυτές και δεδομένου ότι τα διασυνδεδεμένα άκρα είναι απομακρυσμένα (άρα επιβάλλεται η μεταφορά με καλώδιο ΣΡ), επιλέχθηκε η εφαρμογή της διασύνδεσης του ΑΠ στο δίκτυο ΕΡ μέσω της τεχνολογίας Εναλλασσομένου Ρεύματος/ Συνεχούς Ρεύματος/ Εναλλασσομένου Ρεύματος (ΕΡ/ΣΡ/ΕΡ) με Μετατροπείς Πηγής Τάσης (ΜΠΤ). Η τεχνολογία αυτή επιτρέπει τον ανεξάρτητο έλεγχο της πραγματικής από την άεργο ισχύ και έτσι καθιστά δυνατή τη διασύνδεση δικτύων με χαμηλό λόγο ισχύων βραχυκύκλωσης. Ένα επιπλέον πρόβλημα το οποίο επιλύεται μέσω της χρήσης της τεχνολογίας ΕΡ/ΣΡ/ΕΡ με ΜΠΤ είναι αυτό της δυναμικής αντιστάθμισης αέργου ισχύος των επαγωγικών γεννητριών. Ωστόσο, παρόλα τα οφέλη που αποκομίζονται εφαρμόζοντας την τεχνολογία ΕΡ/ΣΡ/ΕΡ με ΜΠΤ, ο έλεγχος της διασύνδεσης παραμένει μια απαιτητική διαδικασία. Ο σχεδιασμός του συστήματος ελέγχου απαιτεί λεπτομερή γνώση της συμπεριφοράς του συστήματος και ακριβή ρύθμιση ώστε να αποκτηθεί η επιθυμητή έξοδος. Η παρουσία έντονα μεταβαλλόμενων και με θόρυβο εισόδων μπορούν να καταστήσουν πολύ δύσκολη την επιλογή των παραμέτρων ελέγχου οι οποίες παρέχουν σωστή συμπεριφορά σε οποιεσδήποτε συνθήκες λειτουργίας. Σύμφωνα με τα παραπάνω κριτήρια ελέγχου, το σύστημα ελέγχου που επιλέχθηκε για την παραπάνω διασύνδεση σχεδιάστηκε σύμφωνα με την υπολογιστική νοημοσύνη, η οποία βασίζεται στην ποιοτική περιγραφή των ελεγχόμενων διαδικασιών και στη μίμηση του συλλογισμού ενός έμπειρου ανθρώπου-χειριστή της διαδικασίας. Οι κλάδοι της υπολογιστικής νοημοσύνης που εφαρμόσθηκαν είναι τα ασαφή συστήματα και τα υβριδικά νευρο-ασαφή συστήματα. Πιο συγκεκριμένα, για τον έλεγχο της διασύνδεσης του ΑΠ με το ασθενές δίκτυο ΕΡ, σχεδιάστηκαν και μελετήθηκαν τρεις διαφορετικές εκδοχές, οι οποίες περιελάμβαναν: 1. ένα ασαφές σύστημα ελέγχου, 2. ένα νευρο-ασαφές σύστημα ελέγχου, 3. ένα προσαρμοζόμενο ασαφές σύστημα ελέγχου, το οποίο ρυθμίζεται σε πραγματικό χρόνο. Προκειμένου να ελεγχθεί η αποτελεσματικότητα του συστήματος ελέγχου, αλλά και να συγκριθούν οι τρεις εκδοχές του ως προς την αποτελεσματικότητά τους σε διαφορετικές διαταραχές, η αξιολόγηση του συστήματος περιέλαβε τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος παρουσιάσθηκε η απόκριση του συστήματος σε μια βηματική αύξηση της μέσης τιμής της ταχύτητας του ανέμου. Η μεταβολή που επιλέχθηκε είναι ιδιαίτερα απότομη με σκοπό να ελεγχθεί η απόκριση του συστήματος υπό ακραίες συνθήκες. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάσθηκε η απόκριση του συστήματος σε μια βηματική μείωση της μέσης τιμής της ταχύτητας του ανέμου, εξίσου απότομη με την προηγούμενη, ώστε να σχηματισθεί μια ολοκληρωμένη εικόνα για τη δυναμική συμπεριφορά του συστήματος κατά τη μετάβασή του στις διάφορες περιοχές λειτουργίας. Στο τρίτο μέρος έγινε μια αξιολόγηση της αρμονικής παραμόρφωσης, η οποία προκαλείται από τη διακοπτική λειτουργία του αντιστροφέα, στις κυματομορφές του ρεύματος και της τάσης στο ΣΚΣΔ, σύμφωνα με τα προτεινόμενα όρια του κανονισμού ΙΕΕΕ 519. Μέσω εκτενών αποτελεσμάτων εξομοίωσης αποδείχθηκε ότι το προτεινόμενο σύστημα ελέγχου και στις τρεις περιπτώσεις αντιδρά γρήγορα στις μεταβολές ισχύος του ανέμου και η διασύνδεση ΕΡ/ΣΡ/ΕΡ με ΜΠΤ τροφοδοτεί ομαλά το σύστημα ΕΡ με πραγματική ισχύ υπό σχεδόν σταθερή εναλλασσόμενη τάση. Επιπρόσθετα, λόγω του ελέγχου μεταβλητών στροφών, το ΑΠ οδηγείται σε μέγιστη αεροδυναμική απόδοση, χωρίς να απαιτείται μέτρηση της ταχύτητας του ανέμου ή του ρότορα των μηχανών. / In this thesis is studied the connection of an offshore Wind Farm (WF) with induction generators to a weak ac grid. This case presents several difficulties, as a result of the low short circuit ratio between the two interconnected ends and the fluctuating and unstable nature of the wind power. In order to constrain these difficulties and taking into account the long distance between the two interconnected ends (which necessitates the use of a dc cable), it was chosen to use the technology of the High Voltage Direct Current (HVDC) link based on Voltage Sourced Converters(VSCs) for the connection of the WF to the weak ac grid. This technology presents the advantages of dc transmission and due to the high switching capability of the VSCs’ valves, it can instantly regulate the reactive power and consequently the ac voltage, independently of the real power flow. So, the short circuit ratio between the two ends of the link does not have to be high. Furthermore, through this link, the dynamic reactive power compensation of the induction generations can be achieved. However, despite the benefits which are obtained through the technology of the HVDC link based on VSCs, the control of the link is still a demanding procedure. The design of the control system demands a comprehensive knowledge of the system behavior and accurate tuning in order to achieve the desirable output. The presence of highly fluctuating and noisy input signals can make the selection of the control parameters which ensure proper behavior in any operating conditions very difficult. Taking into account the above requirements, the control theory that was implemented to the control system of the above mentioned link is that of computational intelligence. Computational intelligence-based controllers do not require precise mathematical modeling of the system nor complex computations. They rely on the human ability to understand the system behavior and are based on qualitative control rules. In addition, they have inherent abilities to deal with imprecise or noisy data. The categories of computational intelligence that were used in the control system design are fuzzy systems and hybrid neuro-fuzzy systems. More precisely, three alternative versions of the control system of the link between the WF and the weak ac grid were designed: 1. a simple, manually tuned fuzzy control system , 2. a hybrid neuro-fuzzy control System 3. an adaptive, on-line tuned fuzzy control system. In order to test the performance of the control system and compare its three versions, the test of the system includes three parts. In the fist part was studied the performance of the system under a step increase of the wind speed. The step increase was chosen to be very steep, in order to test the system under extreme conditions. In the second part was studied the response of the system under a respective step decrease of the wind speed, in order to test the system performance under any operating condition. In the third part was examined the harmonic content of waveforms of the current and voltage at the point of common coupling, according to the limits of the international standard IEEE 519. Through extended simulation results it was shown that the proposed control system quickly reacts to the step changes of the wind power and the HVDC link based on VSCs manages to feed the weak ac grid with the power from the wind under almost stable ac voltage. In addition, due to the ability of the control system to adjust the stator frequency of the induction generators in relation to the wind velocity, maximum power absorption of the WF is achieved, without monitoring the wind speed or the rotor speed.

Οι κινητικές δομές δεδομένων KDSs (kinetic data structures) είναι ένα νέο πλαίσιο εργασίας για το σχεδιασμό και την ανάλυση αλγορίθμων σχετικών με γεωμε- τρικά αντικείμενα (ευθύγραμμα τμήματα, πολύγωνα, δίσκοι κ.τ.λ.) σε κίνηση. Σκο- πός μας είναι να διατηρήσουμε ένα χαρακτηριστικό ενός συνόλου κινούμενων αντι- κειμένων, π.χ. την κυρτή θήκη ή το κοντινότερο ζευγάρι του. Η διατήρηση του χαρα κτηριστικού γίνεται μέσω ενός συνόλου συνθηκών που εγγυώνται την εγκυρότητα της δομής κάθε χρονική στιγμή και το οποίο μεταβάλλεται με το χρόνο λόγω της κίνησης. Οι συνθήκες αποθηκεύονται σε μια ουρά διατεταγμένες χρονολογικά. Κάθε φορά που αλλάζει το χαρακτηριστικό που μας ενδιαφέρει ενημερώνουμε τη δομή μας και την ουρά. Η πρώτη ενότητα της εργασίας είναι μια εισαγωγή στις KDSs. Αναφέρουμε βασικές έννοιες και ιδέες των KDSs όπως: συνάρτηση διαμόρφωσης, πιστοποιητικά, κρίσιμα γεγονότα. Επίσης, ασχολούμαστε και με τα μέτρα απόδοσής τους. Στη δεύτερη ενότητα ασχολούμαστε με τους δυαδικούς διαχωρισμούς χώρου BSPs, πρώτα σε στατικό και κατόπιν σε κινητικό περιβάλλον. Συγκεκριμένα παρουσιάζουμε τρεις αλγορίθμους για τη διατήρηση του BSP ενός συνόλου κινούμενων ευθυγράμμων τμημάτων στο επίπεδο. Σύμφωνα με τον πρώτο γνωστό αλγόριθμο που διατυπώθηκε για την αποτελεσματική διατήρηση του BSP για ένα σύνολο μη-τεμνόμενων ευθυγράμμων τμημάτων S στο επίπεδο χρησιμοποιώντας τη φιλοσοφία των KDSs, κατασκευάζουμε έναν BSP για το S θεωρώντας τα ευθύγραμμα τμήματα στάσιμα και στη συνέχεια τον διατηρούμε καθώς αυτά κινούνται. Ο δεύτερος αλγόριθμος είναι ουσιαστικά μια επέκταση του πρώτου καθώς ασχολείται με το ίδιο πρόβλημα, αλλά για τεμνόμενα ευθύγραμμα τμήματα. Αλλάζει το σύνολο των πιστοποιητικών και οι τρόποι με τους οποίους μπορεί να αλλάξει η δομή του BSP. Ο τρίτος αλγόριθμος χρησιμοποιεί ένα διαφορετικό τρόπο για την κατασκευή και διατήρηση του BSP για το σύνολο S βελτιώνοντας τον αρχικό. Στην τρίτη ενότητα ασχολούμαστε με τη διατήρηση του Voronoi διαγράμματος (VD) για ένα σύνολο κινούμενων, πιθανώς τεμνόμενων δίσκων στο επίπεδο και του συμπαγούς Voronoi διαγράμματος για ένα σύνολο μη-τεμνόμενων κυρτών πολυγώνων στο επίπεδο (το συμπαγές VD είναι δυϊκό του VD, αλλά το μέγεθός του είναι συνάρτηση του αριθμού των πολυγώνων και όχι του αριθμού των κορυφών). Και στις δύο περιπτώσεις, η επίλυση του προβλήματος ανάγεται στη διατήρηση του δυϊκού του VD, της τριγωνοποίησης Delaunay DT . Η διατήρηση της DT βασίζεται στο γεγονός ότι ένα σύνολο τοπικών συνθηκών (έλεγχοι InCircle), πιστοποιούν την ολική ορθότητα της δομής και τοπικές επιδιορθώσεις είναι πάντα εφικτές. Έτσι, καθώς τα αντικείμενα κινούνται, έχουμε κάθε στιγμή μια έγκυρη DT και συνεπώς ένα έγκυρο VD. Τέλος, αναφέρουμε μια KDS για τον εντοπισμό συγκρούσεων μεταξύ δύο απλών πολυγώνων σε κίνηση. Ο αλγόριθμος διατηρεί μια υποδιαίρεση του ελεύθερου χώρου μεταξύ των πολυγώνων, που καλείται external relative geodesic triangulation, η οποία πιστοποιεί τη μη-σύγκρουσή των πολυγώνων. / Kinetic Data Structures (KDSs) are a new framework for designing and analyzing algorithms for geometrics objects (segments, polygons, disks etc.) in motion. Our goal is to maintain an attribute of a set of moving objects, for example the convex hull or the closest pair. The maintenance of the attribute is made through a set of conditions that guarantee the validity of the structure every moment. This set is changed with time due to the motion. The conditions are stored in a queue ordered chronologically. Every time the attribute is changed, we update the structure and the queue. The first chapter is an introduction to the KDSs. We mention basic notions and ideas of the KDSs, like: configuration function, certificates, critical events. Furthermore, we discuss their measure of performance. In the second chapter we deal with the Binary Space Partitions (BSPs), first in static and then in kinetic environment. Specifically, we present three algorithms for the maintenance of a BSP for a set of moving segments in the plane. According to the first known algorithm which was proposed for efficiently maintaining the BSP for a set of non-intersecting segments S in the plane using the philosophy of KDSs, we construct a BSP - considering that the segments are static - and then we maintain it as the segments move. The second algorithm is substantially an expansion of the first algorithm as it deals with the same problem, but for intersecting segments. The set of the certificates is changed as well as the set of critical events. The third algorithm uses a different technique for the construction and maintenance of the BSP for the set S. It is an improvement of the first algorithm. In the third chapter, we deal with the maintenance of the Voronoi diagram (VD) for a set of moving, probably intersecting disks in the plane and the maintenance of a compact Voronoi-like diagram for a set of non-intersecting, convex polygons in the plane (compact VD is dual to VD, except that its size is a function of the number of polygons and not of the number of vertices). In both cases, we solve the problem by maintaining the dual graph of VD, the Delaunay triangulation (DT ). The maintenance of the DT is based in the fact that a set of local conditions (InCircle tests) guarantee the total correctness of the structure and we are able to do only local changes. So, as the objects move, we have a valid DT every moment and consequently a valid VD. Finally, we mention a KDS for detecting collisions between two simple polygons in motion. In order to do so, we create a planar subdivision of the free space between the polygons, called External Relative Geodesic Triangulation, which certify their disjointness.

Είναι κοινά αποδεκτή η γνώμη ότι στις μέρες μας η υπολογιστική τομογραφία αποτελεί αναπόσπαστο μέσο διάγνωσης στην κλινική πράξη. Προκαταρκτικές όμως εξετάσεις ρουτίνας σε μικρά ζώα είναι επίσης ωφέλιμες με απώτερο στόχο την εφαρμογή νέων τεχνικών διάγνωσης και τη βελτίωση παλαιοτέρων, στον άνθρωπο. Αυτό τον ρόλο καλείται να παίξει η μικροτομογραφία, που ουσιαστικά αποτελεί μια παραλλαγή της κλασσικής Υπολογιστικής Τομογραφίας Κωνικής Δέσμης (CBCT). Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη, η ανάπτυξη, η εφαρμογή και η αξιολόγηση αλγορίθμων ανακατασκευής εικόνας μικρών ζώων και αντικειμένων, απο τις προβολικές εικόνες τους. Συνδυάζοντας προβολικά δεδομένα λήψης από διάφορες γεωμετρίες, όπως της επίπεδης ισοκεντρικής τροχιάς αλλά και της τρισορθογώνιας, της ελικοειδούς καθώς και αυτής του περιορισμένου γωνιακού κυκλικού τόξου, ανακατασκευάστηκαν λογισμικά κυρίως μοντέλα των υπό εξέταση δειγμάτων. Με απώτερο στόχο την εφαρμογή αλλά και τη βελτίωση γνωστών αλγορίθμων ανακατασκευής αλλά και τον πειραματισμό και την ανάπτυξη καινούργιων μεθόδων αναδημιουργίας στο χώρο της τομογραφίας, ένα νέο λογισμικό εργαλείο δημιουργήθηκε στα πλαίσια της διατριβής αυτής. Πρόκειται για την Υπολογιστική Βιβλιοθήκη CLCT, μια ενοποιημένη πλατφόρμα προσομοίωσης που έχει αναπτυχθεί στην αντικειμενοστραφή γλώσσα προγραμματισμού C++. Χρησιμοποιώντας το εργαλείο αυτό, είναι δυνατή η σύνθεση ενός σεναρίου υπολογιστικής τομογραφίας με χρήση των επιμέρους στοιχείων της βιβλιοθήκης. Στο πλαίσιο της βιλιοθήκης, έχει αναπτυχθεί πληθώρα εργαλείων που αφορούν την ανακατασκευή αλλά και την επεξεργασία εικόνας. Παραδείγματα χρήσης της βιβλιοθήκης αναφέρονται τόσο για την περίπτωση της μικροτομογραφίας κωνικής δέσμης (στην ανακατασκευή μοντέλων μικρών ζώων και πειραματικών δεδομένων) όσο και για άλλες γενικές εφαρμογές της κλασσικής υπολογιστικής τομογραφίας στην ιατρική. / It is common belief that nowadays Computed Tomography is an integral part of medical diagnosis. Preliminary studies on small animals are also useful as they allow applying new diagnostic techniques and imaging modalities on humans, while improving at the same time the well established traditional methods. This is a role to be played by micro Computed Tomography (μCT), a technique similar to the conventional Cone Beam CT. The aim of the current thesis is to study, develop, apply and evaluate image reconstruction algorithms using projection images of small animals and objects. Using different acquisition geometries like circular or three-orthogonal trajectories as well as helical and limited arc trajectories, reconstructions were performed using software phantoms. A new software tool, CLCT library, was created during this thesis aiming to contribute to the implementation and improvement of well-known image reconstruction algorithms but also to the experimental testing and evaluation of new image reconstruction techniques. CLCT is an object-oriented class library, implemented in C++. In the core of the library, fundamental elements are classes, tightened together in a logical hierarchy. Real world objects, like an X-Ray Source or a Flat- Detector, can be defined as instances of corresponding classes. Various utilities (like 3D transformations, loading, saving, filtering of images, creation of planar or curved objects of various dimensions) have been incorporated in the software tool as class methods. They allow the user to easily set up any arrangement of these objects in 3D space and to experiment with many different trajectories and configurations. The application of CLCT library confirms the flexibility of the approach which is presented in this thesis through simulations on software phantoms as well as on real projection data for both cases of μCT and conventional Cone Beam CT.

- / -

- / -

MultiDetector-row Computed Tomography (MDCT) or MultiSlice Computed Tomography (MSCT) has undergone remarkable progress since its first introduction at the end of the 1990s. Given that CT examinations are generally recognized as a relatively high-dose procedure, concern has been expressed at the associated increase in doses. The International Committee on Radiation Protection (ICRP) noted in their report No.87 that absorbed doses in tissues from CT are among the highest observed in diagnostic radiology (i.e. 10–100 mGy). Therefore, the purpose of this thesis is to calculate the dosimetric quantities for brain, chest, and abdomen-pelvis examinations that were carried out using Philips Brilliance 16 and Brilliance 64 CT Scanners of the University General Hospital “Attikon”, as well as to perform their intercomparison. For brain examinations, axial technique was utilized. However, for chest and abdomen-pelvis examinations, spiral technique was applied. The effect of overranging (or overscanning) is connected with spiral mode and its contribution to patient dose is really important in case of MSCT scanners. Therefore, the contribution of the overrange effect for body examinations carried out was calculated. In the framework of this thesis, the contribution of overrange to the effective dose received by patients submitted to the forementioned examinations is calculated. Additionally, dose measurements were carried out in order to estimate the radiation burden to the eye lenses and the thyroid during the typical brain examination, both when eye lenses are inside and outside the irradiation field. / Οι Υπολογιστικοί Τομογράφοι (ΥΤ) πολλαπλών τομών έχουν σημειώσει μεγάλη πρόοδο από την κλινική εφαρμογή τους στις αρχές του 1990. Λαμβάνοντας υπ’ όψιν ότι οι εξετάσεις ΥΤ συνεπάγονται υψηλή ακτινική επιβάρυνση του ασθενή, η μελέτη τους έχει συγκεντρώσει το ερευνητικό ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας. Η Διεθνής Επιτροπή Ακτινοπροστασίας (ICRP) επισημαίνει στην αναφορά Νο 87 ότι η απορροφούμενη δόση στους ιστούς από εξετάσεις ΥΤ είναι από τις υψηλότερες στη διαγνωστική ακτινολογία (10-100 mGy). Συνεπώς, σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο υπολογισμός των δοσιμετρικών μεγεθών για τις συνήθεις εξετάσεις εγκεφάλου, θώρακος και άνω-κάτω κοιλίας, οι οποίες πραγματοποιούνται με τους ΥΤ πολλαπλών τομών Brilliance 16 και Βrilliance 64 της Philips στο Π.Γ.Ν “ΑΤΤΙΚΟΝ ”,καθώς επίσης και η σύγκριση των αντίστοιχων δόσεων μεταξύ των συγκεκριμένων ΥΤ. Οι ασθενείς που υποβάλλονται σε εξετάσεις θώρακος και άνω-κάτω κοιλίας που πραγματοποιούνται με ελικοειδή τεχνική λαμβάνουν επιπλέον δόση (overscan) που οφείλεται στην τεχνική αυτή. Η συνεισφορά του “overscan” είναι ιδιαίτερα σημαντική στους ΥΤ πολλαπλών τομών, οπότε επιπλέον στόχος αυτής της διπλωματικής είναι ο υπολογισμός της. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της δόσης του θυρεοειδή και των φακών των οφθαλμών κατά την υποβολή ασθενών στη συνήθη εξέταση εγκεφάλου, τόσο στην περίπτωση παρουσίας των οφθαλμών εντός όσο και εκτός πεδίου ακτινοβόλησης.

O σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι διττός και, εμπεριέχει δραστηριότητα τόσο στο κομμάτι της εφαρμοσμένης όσο και της βασικής έρευνας. Πιο συγκεκριμένα, περιλαμβάνει την εφαρμογή σύγχρονων υπολογιστικών μεθόδων (Μέθοδος Πεπερασμένων Στοιχείων, Μέθοδος Πεπερασμένων Όγκων) στη μελέτη της ροής του αίματος, καθώς και την ανάπτυξη σύγχρονων υπολογιστικών μεθοδολογιών που δε στηρίζονται στη χρήση πλέγματος. Ταυτόχρονα μελετάται η αποτελεσματική εφαρμογή των μεθόδων της Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής στην ιατρική πρακτική (Simulation Treatment Planning), για την αποτελεσματική πρόληψη, διάγνωση και θεραπευτική αντιμετώπιση των νόσων του καρδιακού και περιφερικού αγγειακού συστήματος. Η διαδικασία υλοποίησης των προσομοιώσεων έχουν σκοπό την υποβοήθηση του θεράποντα ιατρού στη λήψη ιατρικής απόφασης σχετικά με τη θεραπευτική αγωγή. Παράλληλα, στο κομμάτι της βασικής έρευνας αναπτύσσονται σύγχρονες υπολογιστικές μέθοδοι οι οποίες πρόκειται να καλύψουν τις αδυναμίες που παρουσιάζουν οι διαδεδομένες υπολογιστικές μέθοδοι. Η υλοποίησή τους βρίσκει ανταπόκριση και πεδίο εφαρμογής σε διάφορους τομείς της Επιστήμης και της Μηχανικής. Έτσι, θα παρουσιαστούν αποτελέσματα μόνο στο τομέα της Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής. Τα κριτήρια αυτά θα στηριχθούν σε ποσοτικές συνδυαστικές αναλύσεις, οι οποίες ενσωματώνουν το state-of-the-art της μορφολογικής απεικόνισης των αγγείων στο state-of-the-art των μεθοδολογιών της υπολογιστικής ρευστομηχανικής, οι οποίες είναι άμεσα σχετιζόμενες με την εκτίμηση των αιμοδυναμικών παραγόντων και τάσεων που εφαρμόζονται σε πάσχουσες περιοχές του αγγειακού συστήματος, όπως στενώσεις, θρόμβοι και ανευρύσματα. / The aim of present doctoral thesis is double fold and, includes research activity both in the fields of applied and basic research. More precisely, it includes the application of modern numerical methods (Finite Element Method, Finite Volume Method) for the study of blood flow, as well as the development of modern numerical methodologies, which do not rely on the use of a computational mesh, that is the so-called meshless or Meshfree methods. Furthermore, the effective application of sophisticated numerical methods in the medical practice (Simulation Treatment Planning) has been studied, since there is a great necessity for effective prevention, diagnosis and therapeutic confrontation of illnesses the cardiac and vascular system. The simulation conducted they aim to assist the doctor in the decision-making. At the same time, regarding of area of the basic research, sophisticated numerical methods were developed and applied to various applications of science and engineering. More precisely, results will be presented for Computational Fluid Dynamics problems.

Στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής θα μελετηθεί το πρόβλημα της σύνθεσης εικόνας υψηλής ανάλυσης, χρησιμοποιώντας πολλαπλές εικόνες χαμηλότερης ανάλυσης. Η τεχνική αυτή προσφέρει την δυνατότητα μείωσης των αλλοιώσεων που υπεισέρχονται από τους αισθητήρες καταγραφής των εικόνων (θόρυβος,θόλωμα), την αύξηση της χωρικής ανάλυσης καθώς και την αύξηση του δυναμικού εύρους της εικόνας, ώστε να είναι εφικτή η μεγέθυνση της με ικανοποιητική ποιότητα. Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες μεθόδων που θα μελετηθούν. Στην πρώτη κατηγορία εντάσσονται μεθόδοι που συνθέτουν μία εικόνα τρισδιάστατης φυσικής σκηνής από χαμηλότερες ανάλυσης εικόνες στις οποίες έχει αποτυπωθεί τμήμα της. Ο κύριος στόχος των μεθόδων αυτών είναι να υπολογιστούν οι μετασχηματισμοί ευθυγράμμισης των εικόνων εισόδου. Στην δεύτερη κατηγορία εντάσσονται στατιστικές μέθοδοι, που προσπαθούν να αυξήσουν την χωρική ανάλυση ή να βελτιώσουν το δυναμικό εύρος της εικόνας, με σκοπό την βέλτιστη δυνατή ανάκτηση της φυσικής σκηνής. Ο κύριος στόχος των μεθόδων που ανήκουν στην κατηγορία αυτή, είναι η βέλτιστη εκτίμηση των τιμών των εικονοστοιχείων. / This thesis investigates the inverse problem of Super Resolution. Super Resolution algorithms reduce the effects of noise and blurring and produce an image of superior quality. This quality ensures that when we zoom in the image, the image details are not lost. Super Resolution algorithms are separated into two categories. The first category studies algorithms which combine overlapping images of low resolution to produce a panoramic image of the scene. The second category contains algorithms which produce a high detailed image.

Ζούμε μια μεταβατική εποχή, που καθορίζεται από τις τεράστιες τεχνολογικές εξελίξεις, τη διεθνοποίηση των αγορών και της γνώσης και την ευκολότερη επικοινωνία των κατοίκων ολόκληρου του πλανήτη σε όλους τους τομείς δραστηριοτήτων τους. Όροι, όπως παγκοσμιοποίηση, συγχωνεύσεις εταιριών, αυξομειώσεις στα μεγέθη των επιχειρήσεων, τεχνολογική πρόοδος, περιγράφουν ποικίλες δυνάμεις στην αγορά εργασίας, οι οποίες μεταβάλλουν τους παραδοσιακούς κανόνες που επί χρόνια έχουν ρυθμίσει την επαγγελματική μας ζωή. Τα νέα τεχνολογικά μέσα μεταβάλλουν ριζικά τον τρόπο διάδοσης των επιστημονικών γνώσεων και των πληροφοριών, επηρεάζοντας, έτσι, και την οργάνωση της εκπαίδευσης, της εργασίας, της παραγωγής. Η εργασία αυτή περιγράφει την παγκοσμιοποίηση στον επιχειρηματικό χώρο και την παρουσιάζει σαν την αιτία για τις αλλαγές στη δομή και τον τρόπο λειτουργίας επιχειρήσεων και οργανισμών, στην προσπάθειά τους να ανταπεξέλθουν στις απαιτήσεις του ανταγωνισμού. Προκύπτει λοιπόν το θέμα της Διοίκησης Αλλαγής, ένας κλάδος σύγχρονος, που αποτελεί αντικείμενο μελέτης επιστημόνων και ειδικών σε ολόκληρο τον κόσμο. Η εργασία αυτή αποτελεί το πρώτο βήμα προσέγγισης του κλάδου της Διοίκησης Αλλαγής μέσα από τεχνικές Πολυκριτήριας Ανάλυσης και Υπολογιστικής Νοημοσύνης, έχοντας σαν στόχο να προτείνει μια μεθοδολογία έρευνας και μελέτης, η οποία θα οδηγήσει στη δημιουργία μοντέλων βελτιστοποίησης διαδικασίας αλλαγής στις επιχειρήσεις. / We are living a transitional period, determined by the enormous technological developments, the globalization of markets and knowledge, and facilitate communication among people throughout the world in all areas of activity. Terms such as globalization, corporate mergers, changes in the size of business,technological progress, describe various forces in the labor market, which change the traditional rules that for years have set up our professional lives. The new technology means fundamentally change the way the dissemination of scientific knowledge and information, impacting so, the organization of education, work and production. This paper describes globalization in business and present it as the reason for the changes in the structure and operation of enterprises and organizations in their efforts to meet the demands of competition. It followed the theme of Change Management, a modern industry, which is the subject of study and individual scientists around the world.This work is the first step approach to Change Management industry through technical Multicriteria Analysis and Computational Intelligence Aiming to propose a research methodology and design, which will create optimization models change process in companies.