Αντικείμενο της εργασίας είναι η δημιουργία ενός ολοκληρωμένου συστήματος με DSP για λήψη, κωδικοποίηση σύμφωνα με το πρότυπο JPEG και αποστολή εικόνας με τη βοήθεια του πρωτοκόλλου TCP/IP. Η ανάπτυξη της εφαρμογής έγινε σε γλώσσα προγραμματισμού c, ενώ ο έλεγχος του συστήματος γίνεται μέσω ενός γραφικού περιβάλλοντος αλληλεπίδρασης με το χρήστη. Στο πρώτο κεφάλαιο περιγράφεται η αναπτυξιακή πλατφόρμα DSK C6416T. Γίνεται αναφορά στην αρχιτεκτονική του επεξεργαστή ψηφιακού σήματος TMSC3206416T της εταιρείας Texas Instruments καθώς και στις υπόλοιπες περιφερειακές συσκευές. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η αρχιτεκτονική της θυγατρικής κάρτας DSKeye Gigabit της εταιρείας Bitec, που συνδέεται στο DSK. Η κάρτα αυτή διαχειρίζεται τα δεδομένα για την αποστολή τους μέσω TCP/IP, καθώς και την έγχρωμη κάμερα OV5610 της εταιρείας Omnivision, η οποία είναι απαραίτητη για τη λήψη των εικόνων. Περιγράφεται επίσης ο τρόπος διασύνδεσης όλων των συσκευών από άποψη υλικού, ενώ στη συνέχεια περιγράφεται και η διασύνδεση λογισμικού. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναλυτική περιγραφή του προτύπου JPEG, ιδιαίτερα του τμήματος που αναφέρεται στο Baseline DCT. Ακολουθεί παράδειγμα με το οποίο γίνεται κατανοητή η διαδικασία κωδικοποίησης σύμφωνα με το JPEG πρότυπο. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται η υλοποίηση του συστήματος, το διάγραμμα ροής του βασικού προγράμματος ενώ παρουσιάζονται τα αποτελέσματα με τη βοήθεια του γραφικού περιβάλλοντος. Τέλος στο παράρτημα αναφέρονται τα είδη EDMA μεταφορών και τρόποι προγραμματισμού. / This master thesis main purpose is to create a complete system using a DSP, for capturing images, encoding them according to the ISO/IEC 10918-1 specification widely known as JPEG and sending them to a remote client using the TCP/IP protocol. The source code was developed using the c programming language and a GUI was built in order to act as the remote client and also to control the capturing procedure. In the first chapter we review the C6416T DSP starter kit module, which incorporates the Texas Instruments 1GHz TMS320C6416T processor. In the next chapter we analyse the DSKeye gigabit daughtercard made by Bitec. This board features a 5.2 Megapixel colour camera used for capturing the desired images in Bayern format and also a gigabit Ethernet interface, allowing us to establish the TCP/IP communication. The following chapter explains the theoretical aspects of a baseline DCT JPEG encoder, laying emphasis on the details of the encoding procedure. Finally we present the flow charts and we summarise our results. The current project is a follow up to Bitec’s “webview” example, which uses the above hardware in order to capture and send a true colour bitmap image to a web browser. We used the DSKeye API with slight modifications in order to overcome memory restrictions imposed by image resolution and overall code size. The TCP stack was accessed using the BSD socket API. The encoder was ported to the DSP from the free JPEG c code available from the Independent JPEG Group. It was developed and tested using Microsoft’s Visual Studio 2005 Express Edition as well as TI’s Code Composer Studio v3.1. Finally the GUI was created using Labview 8.0.

Στη συγκεκριμένη εργασία περιγράφουμε τρόπους κατάτμησης εικόνας ενώ ταυτόχρονα δίνουμε μια συνοπτική περιγραφή των χρωματικών χώρων και κάποιων βασικών αρχών της χρωματομετρίας. Στη συνέχεια συγκρίνουμε την αποδοτικότητα και σθεναρότητα των μεθόδων αυτών πάνω σε εικόνες υφασμάτων διαφορετικού χρώματος. Η σύγκριση αυτή γίνεται με βάση τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των εικόνων (εικόνες π.χ. με περίπλοκα σχέδια παρουσιάζουν διαφορετική συμπεριφορά από άλλες με ένα μόνο σχέδιο) καθώς επίσης δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στη δυνατότητα εξαγωγής αξιόπιστων αποτελεσμάτων στην περίπτωση όπου έχουμε εφαρμόσει υποδειγματοληψία. Τα αποτελέσματα αυτά σχολιάζονται στο τελευταίο κομμάτι της εργασίας όπου παρατίθενται τα αποτελέσματα που λάβαμε με τη χρήση του ΜATLAB. / -

Η επεξεργασία εικόνας πλέον είναι απαραίτητη σε ένα μεγάλο πεδίο εφαρμογών που χρησιμοποιούν εκατομμύρια χρήστες σε όλο τον κόσμο. Σίγουρα οι αισθητήρες σύλληψης της εικόνας έχουν βελτιωθεί κατά πολύ με την ραγδαία εξέλιξη που έχει ο χώρος των ηλεκτρονικών. Η ελαττωμένη χωρική ανάλυση των εικόνων οφείλεται στους περιορισμούς που εμφανίζουν οι αισθητήρες. Η αύξηση της χωρικής ανάλυσης είναι και το αντικείμενο της παρούσας εργασίας. Στην εργασία αυτή μελετήσαμε διάφορες τεχνικές με τις οποίες προσπαθούμε να αυξήσουμε την χωρική ανάλυση για να βελτιώσουμε την ποιότητα της εικόνας [1]. Η υλοποίηση της έγινε με την βοήθεια των εκτιμητών πυκνότητας πιθανότητας (Kernels). Ως συγκριτική μέθοδος χρησιμοποιήσαμε την συνάρτηση παρεμβολής του matlab (interp2) [8]. Επίσης, το μέσω τετραγωνικό σφάλμα ( Mean Square Error ) και ο μέγιστος λόγος σήματος προς θόρυβο ( Peak Signal to Noise Ratio ) είναι δύο από τους βασικούς τρόπους σύγκρισης της τεχνική μας με την μέθοδο παρεμβολής του matlab. Θα πρέπει να αναφέρουμε ότι τα αποτελέσματά μας αν και χρησιμοποιήσαμε στατιστικά πρώτης τάξης είναι ικανοποιητικά παραπλήσια της μεθόδου παρεμβολής του matlab. Ως σημείο αναφοράς της σύγκριση της τεχνική μας με την μέθοδο παρεμβολής του matlab είναι η αρχική εικόνα. Τέλος, στην προσπάθεια μας να βελτιώσουμε την τεχνική μας, δοκιμάσαμε και άλλες τεχνικές, οι οποίες θα περιγραφούν με λεπτομέρεια στην εργασία αυτή, τα αποτελέσματα των οποίων δεν ήταν τα επιθυμητά. / The image processing is now needed in a wide range of applications used by millions of users around the world. Certainly the design of image sensors have improved greatly with the rapid development that has an area of electronics. The reduced spatial resolution of images due to the limitations inherent in the sensors. Increased spatial resolution is the subject of this work. This thesis reviews various techniques that try to increase the spatial resolution to improve the image quality [1]. Driving done with the help of probability density estimators (Kernels). As a comparative method used the interpolation function of matlab (interp2) [8]. Also, the means square error (Mean Square Error) and the maximum signal to noise ratio (Peak Signal to Noise Ratio) are two basic ways of comparing our technique with the method of interpolation matlab. It should be mentioned that although our results using statistical first order is approaching a satisfactory method of interpolation matlab. As a benchmark comparison of our technique with the method of interpolation matlab is the original image. Finally, in our efforts to improve our technique, testing and other techniques, which will be described in detail in this work, the results of which were not desired.

The expression of genetic information, in all organisms, might be characterized as in a constant state of flux with only a fraction of the gene within a genome being expressed at any given time. The genes’ expression pattern reflects the response of cells to stimuli that control growth, development and signal environmental changes. Understanding genes’ expression at the level of transcription and/or other stages of gene regulation at the mRNA level (half life of mRNA, RNA production from primary transcript) might reveal insights into the genes expression mechanisms that control these changes. With the DNA microarray technology researchers are now able to determine, in a single experiment, the gene expression profiles of hundreds to tens of thousands of genes in tissue, tumors, cells or biological fluids. Accordingly, and since the patterns of gene expression are strongly functionally correlated, microarrays might provide unprecedented information both on basic research (e.g. expression profiles of different tissues) and on applied research (e.g. human diseases, drug and hormone action etc). While the simultaneous measurement of thousands of gene expression levels potentially serves as source of profound knowledge, genes quantification (i.e. extraction of the genes expression levels) is confounded by various types of noise originating both from the microarray experimental procedure (e.g. sample preparation) and the probabilistic characteristics of the microarray detection process (e.g. scanning errors). The “noisy” nature of the measured gene expression levels obscures some of the important characteristics of the biological processes of interest. The latter, as a direct effect, renders the extraction of biological meaningful conclusions through microarray experiments difficult and affects the accuracy of the biological inference. Thus, as a major challenge in DNA microarray analysis, and especially for the accurate extraction of genes expression levels, might be considered the effective separation of “true” gene expression values from noise. Noise reduction is an essential process, which has to be incorporated into the microarray image analysis pipeline in order to minimize the “errors” that propagate throughout the microarray analysis pipeline and, consequently, affect the extracted gene expression levels. A possible solution, as proposed in previous studies, for addressing microarray image noise is image enhancement. Results of these studies have indicated a superior quality of the enhanced images, without however examining whether enhancement leads to more accurate spot segmentation or reduces the variability of the extracted gene expression levels. As foresaid, noise also complicates the extraction of meaningful biological conclusions. While more advanced methods have been introduced [28-32] that attempt to prevent the noisy set of genes from being grouped, there is a lack of consensus among experts on the selection of a single method for determining meaningful clusters of genes. The latter, directly affects the biological inference, since different number of clusters are produced when different clustering techniques or either different parameters in the clustering algorithms are utilized. Thus, it turns up that it is not only important to assess the performance of each analysis stage independently (i.e. whether the techniques employed in the microarray analysis pipeline provide accurate extracted gene expression levels or the clustering techniques group biologically related genes) but it is also necessary to ensure an acceptable performance of all steps, as a whole, in terms of biologically meaningful information. This thesis has been carried out towards the development of a complete microarray image processing and analysis framework in order to improve the extraction and, consequently, the quantification of gene expression levels on spotted complementary DNA (cDNA) microarray images. The aims of the present thesis are: a) to model and address the effects of cDNA microarray image noise in such a way that it will increase the accuracy of the extracted gene expression levels, b) to investigate the impact of noise and facilitate genes expression data analysis in order to allow biologists to develop an integrated understanding of the process being studied, c) to introduce a semi-supervised biologically informed criterion for the detection of meaningful biological clusters of genes that answer specific biological questions, d) to investigate the performance and the impact of various state-of-art and novel cDNA microarray image segmentation techniques in the quantification of genes expression levels For exploring all of these aspects, a complete and robust framework of microarray image processing and analysis techniques was designed, built and implemented. The framework incorporated in the microarray analysis pipeline a novel combination of image processing and analysis techniques originating from the comprehensive quantitative investigation of the impact of noise on spot segmentation, intensity extraction and data mining. Additionally, novel formulations of known image segmentation techniques have been introduced, implemented and evaluated in the task of microarray image segmentation. The usefulness of the proposed methods has been validated experimentally on both simulated and real cDNA microarray images. / Η έκφραση της γενετικής πληροφορίας, σε όλους τους οργανισμούς, χαρακτηρίζεται από μια σταθερή κατάσταση «ροής» στην οποία όμως μόνο ένα μέρος του γονιδίου μέσα στο γονιδίωμα (genome) εκφράζεται ανά χρονική στιγμή. Το γονιδιακό μοτίβο έκφρασης (gene expression pattern or gene expression profile) θα μπορούσαμε να πούμε ότι αντανακλά την αντίδραση των κυττάρων στα διάφορα εξωτερικά ερεθίσματα. Για να μπορέσουν να απαντηθούν ερωτήματα σχετικά με τους μηχανισμούς που επηρεάζουν και μεταβάλλουν τη γονιδιακή έκφραση ανάλογα με το εξωτερικό ερέθισμα είναι απαραίτητη η μελέτη της γονιδιακής έκφρασης σε μεταγραφικό επίπεδο (transcription level) ή/και άλλα στάδια (παράγοντες) που ρυθμίζουν τη γονιδιακή έκφραση (gene regulation) σε επίπεδο mRNA. Με τη χρήση της τεχνολογίας των μικροσυστοιχιών, οι ερευνητές έχουν πλέον τη δυνατότητα να μελετήσουν ταυτόχρονα την γονιδιακή έκφραση δεκάδων ή και εκατοντάδων χιλιάδων γονιδίων σε ιστούς, κύτταρα όγκους κλπ με τη χρήση ενός και μόνο πειράματος. Κατά συνέπεια, και από τη στιγμή που τα γονιδιακά μοτίβα έκφρασης συσχετίζονται έντονα λειτουργικά (functionally correlated), η τεχνολογία των μικροσυστοιχιών παρέχει ανεκτίμητης αξίας πληροφορίες που μπορούν να δώσουν ώθηση τόσο στην ανάπτυξη της βασικής έρευνας π.χ. μελέτη των γονιδιακών προφίλ έκφρασης διαφορετικών ιστών όσο και στην ανάπτυξη της εφαρμοσμένης έρευνας π.χ. μελέτη ασθενειών, δράση φαρμάκων και ορμονών κλπ. Παρά τη δυνατότητα που παρέχει η τεχνολογία των μικροσυστοιχιών για την ταυτόχρονη μέτρηση των επιπέδων έκφρασης χιλιάδων γονιδίων, η ποσοτικοποίηση της γονιδιακής έκφρασης (δηλ. η εξαγωγή των επιπέδων έκφρασης των γονιδίων), επηρεάζεται από τους διάφορους τύπους θορύβου που υπεισέρχονται τόσο κατά την πειραματική διαδικασία κατασκευής των μικροσυστοιχιών (π.χ. προετοιμασία δειγμάτων) όσο και από τα πιθανοκρατικά χαρακτηριστικά που διέπουν τη διαδικασία ανίχνευσης (microarray scanning procedure) των μικροσυστοιχιών (π.χ. λάθη ανίχνευσης). Η «θορυβώδης» φύση των γονιδίων και κατά συνέπεια των μετρούμενων γονιδιακών εκφράσεων «κρύβει» (obscure) μερικά από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των βιολογικών διαδικασιών ενδιαφέροντος και καθιστά δύσκολη την εξαγωγή χρήσιμων βιολογικών συμπερασμάτων. Από τα παραπάνω διαφαίνεται ότι η μείωση του θορύβου είναι μια πολύ σημαντική διαδικασία η οποία θα πρέπει να ενσωματωθεί στην αλγοριθμική μεθοδολογία που μέχρι στιγμής χρησιμοποιείται για την εξαγωγή των γονιδιακών εκφράσεων από τις εικόνες μικροσυστοιχιών. Με αυτό τον τρόπο θα ελαχιστοποιηθούν τα πιθανά «λάθη» τα οποία μεταφέρονται (propagate) κατά τη διαδικασία εξαγωγής των εντάσεων (μέσω της χρησιμοποιούμενης αλγοριθμικής μεθοδολογίας) και τελικά επηρεάζουν την «ακριβή» εξαγωγή των γονιδιακών εκφράσεων. ‘Ως πιθανή λύση για την αντιμετώπιση του θορύβου στις εικόνες μικροσυστοιχιών, έχει προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία η χρήση τεχνικών αναβάθμισης εικόνας. Τα αποτελέσματα αυτών των επιστημονικών εργασιών συμπεραίνουν ότι με τη χρήση τεχνικών αναβάθμισης η ποιότητα των επεξεργασμένων εικόνων είναι σαφώς καλύτερη. Ωστόσο, καμία από αυτές τις εργασίες δεν μελετάει εάν οι τεχνικές αναβάθμισης οδηγούν στον ακριβέστερο προσδιορισμό των παρυφών των κουκίδων (spot) από τις οποίες εξάγονται οι γονιδιακές εκφράσεις ή εάν βοηθάνε στη μείωση της μεταβλητότητας (variability) των εξαγόμενων γονιδιακών εκφράσεων. Επιπρόσθετα, όπως έχει ήδη προαναφερθεί, ο θόρυβος παρεμποδίζει την εξαγωγή χρήσιμων βιολογικών συμπερασμάτων. Παρά το μεγάλο πλήθος εξελιγμένων μεθόδων που έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία για την αποτροπή της ομαδοποίησης γονιδίων που χαρακτηρίζονται ως «θορυβώδη», δεν έχει καθοριστεί ακόμα (από τους ειδικούς) μια ενιαία μέθοδος που να βρίσκει και να ομαδοποιεί γονίδια τα οποία θα παρέχουν βιολογικά χρήσιμες πληροφορίες. Αποτέλεσμα αυτής της «ασυμφωνίας» μεταξύ των ειδικών αποτελεί η εξαγωγή διαφορετικών βιολογικών συμπερασμάτων ανάλογα α) με τον αριθμό των δημιουργούμενων γονιδιακών ομάδων (που εξαρτάται άμεσα από τη διαφορετική μέθοδο ομαδοποίησης (clustering)) και β) με τις διαφοροποιήσεις που μπορεί να έχουμε στις παραμέτρους των διαφόρων μεθόδων ομαδοποίησης. H παρούσα διατριβή στοχεύει στη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου πλαισίου για την επεξεργασία και ανάλυση εικόνων μικροσυστοιχιών με σκοπό την βελτιστοποίηση της εξαγωγής και κατά συνέπεια της ποσοτικοποίησης των γονιδιακών εντάσεων από εικόνες μικροσυστοιχιών κουκίδων (spotted cDNA microarray images). Οι στόχοι της παρούσας διατριβής συνοψίζονται ως εξής: α) μοντελοποίηση και περιορισμός των επιδράσεων του θορύβου σε εικόνες μικροσυστοιχιών κουκίδων κατά τέτοιο τρόπο ώστε να αυξηθεί η ακρίβεια των εξαγόμενων γονιδιακών εκφράσεων, β) μελέτη της επίδρασης του θορύβου και βελτιστοποίηση των μεθόδων ανάλυσης των γονιδιακών εκφράσεων με σκοπό τη διευκόλυνση των βιολόγων στην εξαγωγής βιολογικών συμπερασμάτων και την καλύτερη κατανόηση της βιολογικής διεργασίας που μελετάται, γ) εισαγωγή ενός ημιεποπτευόμενου (semi-supervised) κριτηρίου που στηριζόμενο σε βιολογικές πληροφορίες θα αποσκοπεί στην ανεύρεση βιολογικά σημαντικών ομάδων γονιδίων τα οποία ταυτόχρονα θα απαντούν σε συγκεκριμένα βιολογικά ερωτήματα ,δ) μελέτη της επίδρασης και της απόδοσης διαφόρων τεχνικών κατάτμησης εικόνων μικροσυστοιχιών κουκίδων, τόσο ανωτάτου επιπέδου (state-of-art) όσο και νέων, στην ποσοτικοποίηση γονιδιακών εκφράσεων. Για την πραγματοποίηση των παραπάνω στόχων σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε μια πλήρως δομημένη μεθοδολογία (a complete and robust framework) που περιελάμβανε αλγοριθμους επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνας κουκίδων μικροσυστοιχιών Η προτεινόμενη μεθοδολογία ενσωμάτωσε στην ήδη υπάρχουσα αλγοριθμική μεθοδολογία (microarray analysis pipeline) έναν πρωτότυπο συνδυασμό τεχνικών επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνας βασισμένο στην εις βάθος ποσοτική έρευνα της επίδρασης του θορύβου στην κατάτμηση κουκίδων (spot segmentation), στην εξαγωγή εντάσεων και στην εξόρυξη δεδομένων (data mining). Επιπρόσθετα, κατά την παρούσα διατριβή προτάθηκαν, κατασκευάστηκαν και αξιολογήθηκαν νέες τεχνικές κατάτμησης εικόνας από μικροσυστοιχές κουκίδων. Η χρησιμότητα των προτεινόμενων μεθοδολογιών αξιολογήθηκε τόσο σε εικονικές (simulated) όσο και σε πραγματικές εικόνες μικροσυστοιχιών κουκίδων.

Η εργασία αυτή είχε ως σκοπό τη μελέτη της λειτουργίας των κωδικών LDPC, τη χρήση τους σε συστήματα μετάδοσης δεδομένων και την υλοποίησή τους σε κύκλωμα με επεξεργαστές ARM και FPGA. Ο στόχος ήταν να κατασκευαστεί ένα μοντέλο συνεχούς αποστολής και λήψης εικόνων μέσω μη αξιόπιστων μέσων. Αρχικά μελετήσαμε τα θεωρητικά θέματα που αφορούν τους κώδικες LDPC. Μετά ακολούθησε η προσομοίωση των διαδικασιών κωδικοποίησης, αποκωδικοποίησης και η μοντελοποίηση καναλιού. Η εφαρμογή των κωδίκων LDPC βασίστηκε στην προδιαγραφή ETSI EN 302 307. Αυτή η προδιαγραφή αφορά τις δορυφορικές επικοινωνίες και τυποποιεί τις αντίστοιχες εφαρμογές. Το επόμενο βήμα ήταν η υλοποίηση των λειτουργιών του κωδικοποιητή και του αποκωδικοποιητή LDPC. Τέλος, ελέγχθηκε η ορθή λειτουργία των εργασιών κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης και ελήφθησαν οι μετρήσεις σε σχέση με την απόδοση του υλικού. / This thesis was designed to study the function of the LDPC codes, their use in data transmission systems and their implementation in circuit with ARM processors and FPGA. The aim was to construct a model of continuous send and receive pictures via unreliable media (channels introduce errors). Initially we studied the theoretical issues surrounding the LDPC codes. After that we simulated the procedures of coding, decoding and channel modeling. The implementation of LDPC codes was based on the specification ETSI EN 302 307. This specification relates to satellite communications and standardizes the respective applications. The next step was the implementation of the functions of the LDPC encoder and decoder. Finally the proper functioning of coding and decoding operations was checked and measurements relative to the performance of the hardware were taken.

Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε δύο μέρη. Το πρώτο έχει ως κύριο σκοπό τον υπολογισμό του ποσοστού νεφοκάλυψης στην περιοχή του τηλεσκοπίου Αρίσταρχος για την βελτιστοποίηση της ποιότητας εικόνας. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνεται μια συνοπτική περιγραφή του νέου ελληνικού τηλεσκοπίου Αρίσταρχος και των οργάνων που αυτό χρησιμοποιεί. Στη συνέχεια, στο δεύτερο κεφάλαιο, περιγράφεται ο τρόπος που πραγματοποιούνται οι αστρονομικές παρατηρήσεις και οι δυσκολίες που παρουσιάζονται σε αυτές. Το κύριο βάρος δίνεται στις ατμοσφαιρικές διαταραχές λόγω της τύρβης της ατμόσφαιρας και της διαφορετικής πυκνότητας που αυτή παρουσιάζει στα διάφορα στρώματά της. Στις τελευταίες παραγράφους του κεφαλαίου υπάρχει μια συνοπτική εικόντα του τρόπου με τον οποίο πραγματοποιούνται οι φωτομετρικές μετρήσεις καθώς και η χρησιμότητά τους. Στο τρίτο κεφάλαιο υπάρχει αναλυτική παρουσίαση των δεδομένων που λήφθησαν με τη βοήθεια του δορυφόρου MeteoSAT 7. Στους πίνακες που περιέχει παρατίθεται αναλυτικά η νεφοκάλυψη για τις περιοχές του Αρίσταρχου και της Πεντέλης. Τα δεδομένα αναφέρονται στα έτη 2004 έως και 2007 ανά μήνα και ανά έξι ώρες, στις 00:00 UTC, στις 06:00 UTC και στις 18:00 UTC. Στο τέταρτο κεφάλαιο υπάρχει αναλυτική μελέτη των δεδομένων του τρίτου κεφαλαίου και υπολογισμός του ποσοστού νεφοκάλυψης για τις περιοχές του Αρίσταρχου και της Πεντέλης, ανά ώρα, ανά μήνα, ανά έτος και συνολικά. Στο τέλος του κεφαλαίου υπάρχουν και οι αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις με τις οποίες γίνεται πιο σαφής η εικόνα της μελέτης. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας αναφέρεται σε μία από τις κυριότερες εφαρμογές του τηλεσκοπίου Αρίσταρχος: στη μελέτη των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων. Έτσι, παρουσιάζονται αναλυτικά οι ιδιότητες τόσο των κανονικών όσο και των ενεργών γαλαξιών. Στη συνέχεια αναφέρεται εκτενώς η θεωρία περί ύπαρξης γιγάντιων μελανών οπών στους πυρήνες των ενεργών γαλαξιών, οι οποίες πιθανότατα αποτελούν τον κύριο μηχανισμό παραγωγής των τεράστιων ποσών ενέργειας που αυτοί εκπέμπουν, καθώς και οι προσπάθειες που γίνονται για ανίχνευσή τους. Στο τέλος, υπάρχει αναφορά στα γαλαξιακά σμήνη και στις συγκρούσεις μεταξύ των γαλαξιών, οι οποίες πιθανότατα ευθύνονται για την τροφοδοσία των ανενεργών γιγάντιων μελανών οπών με νέα καύσιμη ύλη καθιστώντας τις και πάλι ενεργές. / This work is seperated in two parts. At the first one, the main goal is to determine the cloudiness fraction at the area of Aristarchos telescope for the optimizing of the image quality. At the first chapter we give a compendiously description of the New Greek Telescope Aristarchos and its instruments. At the second chapter, there is an outline of the most usual astronomical measurments and of the difficulties that an astronomer confront. Also, there is a detailed analysis of the atmospheric ert purbations at the image quality, because of the turbulence and the different densities between the layers of the atmosphere. At the third chapter there is a deteiled presentation of the data that obtained from meteorogical setellite MeteoSAT 7. At the existing tables there is a detailed presentation of the cloudiness at the Aristarchos and Penteli observatories. This h data refers to the period between 2004 and 2007 and for every 6 ours (00:00 UTC, 06:00 UTC, 12:00 UTC and 18:00 UTC). At the forth chapter the is a detailed analysis of the obtained data and the calculation of the cloudiness fraction for the Aristarchos and Penteli observato‐ ries. This analysis splits in three diferrent parts, for each hour, for each month and for each year. At the second part of this work is dedicated at the probably most important application of the Aristarchios telescope: the study of the active galactic nucleis. There is a presentation of the properties of the galaxies. Next, we refer at the theory of massive black holes at the center of active galaxies, which represents the main mechanism of power supply for the AGNs.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η ταξινόμηση των χρωμοσωμάτων, η οποία είναι βασισμένη σε εικόνα-ομαδοποίηση. Σκοπός αυτής της μεθόδου είναι η ταξινόμηση των χρωμοσωμάτων που δείχνει κάθε εικόνα. Στην πραγματικότητα δίνονται έξι (6) διαφορετικές εικόνες που κάθε μία αντιστοιχεί σε μία διαδικασία χρώσης (dye). Κάθε χρωμόσωμα παίρνει έξι τιμές (μία από κάθε εικόνα) από τις οποίες και ταυτοποιείται. Οι διαδικασίες της ταυτοποίησης είναι διαδικασίες ομαδοποίησης και ταξινόμησης. Η ομαδοποίηση γίνεται στον 6-διάστατο χώρο των χαρακτηριστικών και έπειτα γίνεται η ταξινόμηση στο επίπεδο της εικόνας. Η ταξινόμηση αυτή δημιουργεί έναν χάρτη που ονομάζεται καρυότυπος και ο οποίος αναφέρεται στην ταυτοποίηση (αναγνώριση) των χρωμοσωμάτων. Είναι δηλαδή το σύνολο των χρωμοσωμάτων του με τη συγκεκριμένη μορφολογία τους. Ως γνωστόν, ο άνθρωπος έχει 46 διαφορετικά χρωμοσώματα σε κάθε σωματικό του κύτταρο, τακτοποιημένα σε 22 ζευγάρια, τα οποία είναι μορφολογικά ίδια στα αρσενικά και στα θηλυκά άτομα και ονομάζονται αυτοσωμικά ή αυτοσωματικά. Το εικοστό τρίτο ζεύγος που απομένει καθορίζει το φύλο, δηλαδή στη γυναίκα αποτελείται από δύο όμοια χρωμοσώματα, τα XX, ενώ στον άνδρα από δύο διαφορετικά, τα ΧΥ και ονομάζονται χρωμοσώματα φύλου ή φυλετικά. Επομένως, υπάρχουν 24 κατηγορίες χρωμοσωμάτων. Πραγματοποιήθηκαν δύο εφαρμογές σε εικόνες της βάσεως δεδομένων M-FISH (Multiplex or Multicolor Fluorescence In Situ Hybridization), μέσω MATLAB. Η πρώτη εφαρμογή εκτελέστηκε με τη χρήση της Ευκλείδειας απόστασης για την εύρεση του πλησιέστερου γείτονα (nearest neighbor). Eνώ, η δεύτερη μέθοδος με χρήση του αλγόριθμου FCM (Fuzzy C-Means), ο οποίος δίνει τη δυνατότητα διαχωρισμού των n στοιχείων σε c ομάδες, όπου κάθε ομάδα έχει και ένα κέντρο V. Στην ουσία, ξεκινά από ένα τυχαίο σημείο και ύστερα από επαναλήψεις βρίσκει τα σωστά κέντρα. / The object of present work is the classification of chromosomes, which is based on picture-regrouping. Aim of this method is the classification of chromosomes that shows each picture. Actually they are given six (6) different pictures that every correspond in a process of pigmentation (dye). Each chromosome takes six values (one of each picture) from which also is identifying. The processes of identification are processes of regrouping and classification. The regrouping becomes in the 6-dimensional space of characteristics and then becomes the classification in the level of picture. This classification creates a map that is called karyotype and which is reported in the identification of chromosome, depending on it’s form and size. As we know, the person has 46 different chromosomes in each of his bodily cell, arranged in 22 pairs, which are morphological, same in arsenics and in feminine individuals and are named autosomes. The twentieth third pair that remains determines the sex, that is to say in the woman is constituted by two similar chromosomes, the XX, while in the man from the two otherwise, XY. Consequently, there are 24 types or categories of chromosomes. Were realised two applications in pictures of base of data M-FISH (Multiplex Fluorescence In Situ Hybridization), via MATLAB. The first application was executed with the use of Euclidean distance for the finding of nearest neighbour. While, the second method using FCM algorithm (Fuzzy C-Means), which gives the possibility of segregation of n of elements in c teams, where each team has also a centre V. In the substance, it begins from a accidental point and after repetitions finds the right centres.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η αξιοποίηση και ο οδηγός χρήσης του συστήματος ανάλυσης εικόνας σε περιβαλλοντικές, ορυκτολογικές και πετρογραφικές εφαρμογές. Για να δείξουμε την αξιοποίηση του συστήματος ανάλυσης εικόνας εφαρμόστηκαν μέθοδοι ανάλυσης εικόνας σε εικόνες ηλεκτρονικού και πολωτικού μικροσκοπίου, από λεπτές και στιλπνές τομές, με σκοπό την υποβοήθηση στην επίλυση διαφόρων περιβαλλοντικών ορυκτολογικών και πετρογραφικών προβλημάτων όπως εντοπισμός αμιάντου, υπολογισμός ποσοστιαίας συμμετοχής ορυκτών, υπολογισμός περιφέρειας και εμβαδού κρυστάλλου, υπολογισμός πολυπλοκότητας των ορίων των κρυστάλλων σε λεπτή τομή καθώς και υπολογισμός πορώδους πετρωμάτων. Δόθηκε επίσης οδηγός χρήσης του συστήματος ανάλυσης εικόνας βασιζόμενος στο λογισμικό που χρησιμοποιείται στο Γεωλογικό Τμήμα του Πανεπιστημίου Πατρών. Έγινε αναφορά και δόθηκαν παραδείγματα με εικόνες όλων των μενού και υπομενού του λογισμικού. / Aim of present work is the exploitation and the manual of use of Image analysis in environmental, mineralogical and petrographic applications. In order to show the exploitation Image analysis, applied methods of analysis of picture in pictures of electronic and polotic microscope,from thin and glossy sections, aiming at the assistance in the resolution of various environmental mineralogical and petrographic problems as localisation of asbestos, calculation of percentage attendance mining, calculation of region and area of crystal, calculation of complexity of limits of crystals in thin section as well as calculation porosities of rocks. Also was given a manual of Image analysis based on the software that is used in the Geological Department of Patras University. Reported and given examples with pictures all the menus and submenus of the software.

Η εργασία αυτή έχει ως στόχο την ανάπτυξη συστήματος αυτόματης αναγνώρισης σημάτων οδικής κυκλοφορίας (ΣΟΚ) από ψηφιακές βιντεοσκοπήσεις που λαμβάνονται από κινούμενο όχημα. Μελετώνται αλγόριθμοι που επιλύουν τα εξής προβλήματα: α) εντοπισμός της θέσης του ΣΟΚ σε ψηφιακή φωτογραφία, β) παρακολούθηση του ΣΟΚ στην ακολουθία ψηφιακών εικόνων της βιντεοσκόπησης και γ) ταξινόμηση του ΣΟΚ χρησιμοποιώντας πολλαπλές αναπαραστάσεις του με στόχο την ελαχιστοποίηση του σφάλματος. Το σύστημα αξιολογήθηκε τόσο σε ευνοικές συνθήκες φωτισμού (ηλιόλουστη μέρα, πρωινές ώρες) και οδήγησης (χαμηλές ταχύτητες), όσο και σε αντίξοες συνθήκες, όπως οδήγηση υπό βροχή, νυχτερινή οδήγηση, οδήγηση με υψηλή ταχύτητα κ.α. / This thesis aims at the implementation of a system that performs automatic recognition of road signs (RS) using digital video clips shot from inside a moving vehicle. Algorithms that solve the following issues are studied: a)detection of the position of the RS in digital photographs, b) tracking the RS in the frame sequence of the video clip and c) RS classification using multiple instances of it, aiming at the minimization of error. The system was evaluated in good lighting conditions (sunny day, morning hours) and driving (low speeds), as well as in adverse conditions, like driving in rainy conditions, driving at night, driving at high speeds etc.

Στη παρούσα διπλωματική εργασία έχοντας σα βάση το γεγονός ότι η μαστογραφία αποτελεί την καλύτερη τεχνική έγκαιρης ανίχνευσης του καρκίνου του μαστού και ότι το μέγιστο όφελος της μαστογραφίας βρίσκεται στην πρώιμη ανίχνευση του καρκινώματος στα αρχικά στάδιά του, ασχοληθήκαμε με την ανάλυση και εφαρμογή μεθόδων ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας, που εφαρμόζονται στη μαστογραφία. Ορίσαμε και αναλύσαμε τους διάφορους αλγόριθμους ενίσχυσης εικόνας, που στηρίζονται στην ενίσχυση αντίθεσης μέσω: (α) αύξησης των διαβαθμίσεων του γκρι σε συγκεκριμένες υπό περιοχές (π.χ. μέθοδος παραθύρου, εξίσωση ιστογράμματος) (μέθοδοι ενίσχυσης αντίθεσης) (β) αύξησης των διαφορών διαβάθμισης του γκρι της εικόνας, που αντιστοιχούν στην ενίσχυση της παρυφής της εικόνας, που συνήθως παρέχεται από φίλτρα που υλοποιούν τελεστές παραγώγου εικόνας (μέθοδοι ενίσχυσης αιχμών). Οι τεχνικές ενίσχυσης εικόνας που χρησιμοποιήσαμε στα πλαίσια της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η Μέθοδος παραθύρου (Intesity Windowing), η Εξισορρόπηση Ιστογράμματος με ψαλίδισμα (Clipped Adaptive Histogram Equalization) και η Καταστολή θορύβου-Ενίσχυσης παρυφής με μέθοδο μετασχηματισμού κυματίου (Wavelet). Πριν την εφαρμογή των μεθόδων ενίσχυσης εικόνας στις μαστογραφικές εικόνες ήταν αναγκαία η δημιουργία ψηφιακών συνθετικών εικόνων οι οποίες μιμούνται τα παθολογικά ευρήματα και μέσω αυτών εξάγουμε τις βέλτιστες παραμέτρους που θα χρησιμοποιηθούν στις μεθόδους ενίσχυσης εικόνας. Αυτό το πετύχαμε κάνοντας χρήση των ποσοτικών δεικτών αξιολόγησης ποιότητας εικόνας. Οι δείκτες αυτοί στηρίχτηκαν σε μετρήσεις θορύβου και αντίθεσης για συγκεκριμένη περιοχή ενδιαφέροντος μαστογραφικής εικόνας και είναι ο Δείκτης Βελτίωσης Αντίθεσης (Contrast improvement index-CII), ο Δείκτης Ενίσχυσης Θορύβου (Noise amplification index- NAI) και ο λόγος CII/NAI (Contrast to noise ratio index -CNRI). Στη συνέχεια κάνοντας χρήση των βέλτιστων παραμέτρων ενίσχυσης εικόνας που βρήκαμε μέσω των ποσοτικών δεικτών, ενισχύσαμε το δείγμα των 105 μαστογραφικών εικόνων (περιοχής ενδιαφέροντος) και με τη βοήθεια ακτινολόγου προχωρήσαμε στο πειραματικό στάδιο της Διπλωματικής Εργασίας αξιολογώντας τις μαστογραφικές εικόνες με βάση το σύστημα BIRADS του ACR. Τελευταίο βήμα της μελέτης μας αποτέλεσε η διαγνωστική ακρίβεια του ακτινολόγου βασιζόμενη στη ROC καμπύλη. Υπολογίσαμε το εμβαδό κάτω από την καμπύλη ROC για κάθε μέθοδο ενίσχυσης ξεχωριστά αλλά και για τις αρχικές μαστογραφικές εικόνες στις οποίες είχαμε τις εκτιμήσεις από δύο ακτινολόγους. / In the present postgraduate thesis, we studied the application of image enhancement methods in X-ray mammography, the best technique for detection of breast cancer in early stages. We defined and analyzed the various algorithms of mammographic image enhancement, which are based in contrast enhancement: (a) Increasing the differences in grey level values in specific regions (Intensity Windowing, Histogram Equalization), called contrast enhancement methods. (b) Increasing the gradation of the differences of grey level values of regions that correspond in edge enhancement, provided by filters such applying first or second order derivatives, called edge enhancement methods). Three image enhancement methods were used in the present study, Manual Intensity Windowing (MIW), the Contrast-Limited Adaptive Histogram Equalization (CLAHE) and a dual-stage (denoising and enhancement) Adaptive Wavelet-based Enhancement method (WAVELET). Before applying the three image enhancement methods in mammographic images (regions of interests, ROIs), it was necessary to determine the optimal values of parameters that will be used in image enhancement methods. Digital synthetic images simulating pathological findings, such as microcalcification clusters, were developed for the determination of optimal values of parameters for CLAHE and WAVELET of the image enhancement methods. This was achieved by using quantitative metrics for image quality evaluation. These metrics were based on measurements of noise and contrast for a specific ROI in mammographic images containing the simulated microcalcification clusters. These metrics are: Contrast Improvement Index (CII), Noise Amplification Index (NAI) and the Contrast-to-Noise Ratio Index (CNRI). For the two image enhancement methods (CLAHE and WAVELET) the optimal values of parameters were used, while for MIW a radiologist manually determined the values of parameters (centre and level of windowing) for enhancing the sample of 105 mammographic images (ROIs) containing microcalcification clusters. Evaluation of the three image enhancement methods was performed based on BI-RADS of ACR for patient management determined by one radiologist. Last step of our study was to estimate the diagnostic accuracy of radiologist based on ROC analysis. We calculate the area under ROC curve for each enhancement method, as well as for the initial mammographic images (original).