Η εργασία αυτή ασχολείται με το πρόβλημα της εκτίμησης καναλιού σε συστήματα μετάδοσης OFDM. Το πρόβλημα αυτό συγκεντρώνει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια, καθώς συναντάται σε ένα ευρύ πεδίο εφαρμογών. Η άγνωστη συνάρτηση μεταφοράς του καναλιού στα ασύρματα συστήματα μετάδοσης, καθιστά απαραίτητη την εκτίμησή του πριν από οποιαδήποτε διαδικασία μετάδοσης. Στη συγκεκριμένη μεταπτυχιακή εργασία, αντικείμενο εξέτασης αποτελεί η επίδραση καναλιού με μη γραμμικά χαρακτηριστικά σε συστήματα μετάδοσης OFDM. Αρχικά, παρουσιάζεται ένας βελτιωμένος αλγόριθμος εκτίμησης καναλιού, ο οποίος βασίζεται σε ένα παραμετρικό μοντέλο. Η απόκριση συχνότητας του καναλιού εκτιμάται χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο με L μονοπάτια. Γίνεται χρήση της μεθόδου ESPRIT για την αρχική εκτίμηση των πολυδρομικών καθυστερήσεων, ενώ η διαδικασία παρακολούθησης γίνεται με την τεχνική IPIC DLL. Με γνωστή την πληροφορία για τις πολυδρομικές καθυστερήσεις, εκτιμάται η απόκριση του καναλιού στο πεδίο της συχνότητας με τη μέθοδο του ελαχίστου μέσου τετραγωνικού σφάλματος. Ιδιαίτερης μνείας χρήζει το κριτήριο MDL (Minimum Description Length) που χρησιμοποιείται για την εύρεση των ενεργών μονοπατιών του καναλιού. Σύμφωνα με το κριτήριο, υπολογίζεται ο ιδιοχώρος, δηλαδή οι ιδιοτιμές και τα ιδιοδιανύσματα, του πίνακα αυτοσυσχέτισης του καναλιού. Ο ιδιοχώρος αυτός εμφανίζει ιδιαίτερη δομή και μπορεί να αναλυθεί σε κάθετους μεταξύ τους υποχώρους: τον υποχώρο του σήματος (signal subspace) και αυτόν του θορύβου (noise subspace). Έχει αποδειχθεί ότι η χρήση παραμετρικού μοντέλου καναλιού μπορεί να μειώσει δραστικά τις διαστάσεις του υποχώρου του σήματος και κατά συνέπεια να βελτιώσει την απόδοση της εκτίμησης του καναλιού. Στη συνέχεια εξετάζεται η δυνατότητα εφαρμογής του αλγόριθμου PAST κατά τη διαδικασία παρακολούθησης των πολυδρομικών καθυστερήσεων και η σύγκρισή του με την απόδοση του IPIC DLL. Ο αλγόριθμος PAST έχει χαμηλή υπολογιστική πολυπλοκότητα καθώς στηρίζεται σε αναδρομικές τεχνικές παρακολούθησης του ιδιοχώρου. Στα πλαίσια της μεταπτυχιακής εργασίας έγινε συγκριτική μελέτη των τεχνικών εκτίμησης καναλιού σε συστήματα μετάδοσης OFDM. Περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά των κυριότερων αλγορίθμων της βιβλιογραφίας και στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων σε περιβάλλον MATLAB. Με βάση τη θεωρητική μελέτη των μεθόδων εκτίμησης και τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, εξάγονται συμπεράσματα για τη βελτίωση της απόδοσης που παρουσιάζουν σε σχέση με τις μη παραμετρικές τεχνικές. Τέλος, υλοποιήθηκε ένας νέος αλγόριθμος για την εύρεση του υποχώρου του σήματος, ο οποίος βελτιώνει σημαντικά την απόδοση του κριτηρίου MDL. / The basic concept in this thesis is the problem of Channel Estimation in multipath fading chanels. The method we use is based on parametric channel modeling. Firstly, we use the MDL (Minimum Descreption Length) criterium in order to estimate the number of paths in the channel. Next the ESPRIT method calculates the Time Delays for every estimated path. The second part of the algorithm is used for tracking of time delays. We firstly use an IPIC DLL (InterPath Interference Cancellation Delay Locked Loop) technique and then the path gains are calculated via a MMSE estimator. There is also a study in Subspace Tracking problem. We use the PAST and PASTd algorithms to calculate the signal subspace for every OFDM symbol transmited. The two techniques we described increase the SER performance of the non parametric channel estimator by 2dB and the MSE performance by 5dB. We also describe a new algorithm which has better performance than the MDL criterium.

Η παρούσα διατριβή εντάσσεται ερευνητικά στην περιοχή της Στατιστικής Θεωρίας Αποφάσεων και ειδικότερα στην (σημειακή) εκτίμηση παραμέτρου κλίμακας. Το κλασικό αποτέλεσμα του Strawderman [1974, Ann. Statist., 2, 190–198] για την εκτίμηση της διασποράς κανονικής κατανομής επεκτείνεται σε κατανομές με παράμετρο κλίμακας και μία άλλη άγνωστη («ενοχλητική») παράμετρο για την εκτίμηση της παραμέτρου κλίμακας και του αντιστρόφου της παραμέτρου κλίμακας ως προς την τετραγωνική συνάρτηση ζημίας και τη συνάρτηση ζημίας εντροπίας. Η μέθοδος απόδειξης των αποτελεσμάτων, παρά το γεγονός ότι διατηρεί το «σκελετό» της μεθόδου του Strawderman [1974, Ann. Statist., 2, 190–198], διαφέρει (αναπόφευκτα) τεχνικά από αυτήν επειδή ο Strawderman [1974, Ann. Statist., 2, 190–198] βασίζεται σε ειδικά χαρακτηριστικά της κανονικής κατανομής. Η εφαρμογή αυτών των γενικών αποτελεσμάτων στην εκθετική κατανομή παρέχει νέες ικανές συνθήκες – δηλαδή, διαφορετικές από τις υπάρχουσες στη βιβλιογραφία – για τη βελτίωση των αντίστοιχων καλύτερων αναλλοίωτων ως προς μετασχηματισμούς θέσης-κλίμακας εκτιμητών. Επίσης, κατασκευάζονται νέες κλάσεις εκτιμητών που ικανοποιούν τις νέες συνθήκες. Πέραν της δικής τους αξίας, τα παραπάνω αποτελέσματα είναι χρήσιμα (ουσιαστικά, απαραίτητα) για την κατασκευή εκτιμητών τύπου Strawderman [1974, Ann. Statist., 2, 190–198] για το λόγο των παραμέτρων κλίμακας δύο ανεξάρτητων πληθυσμών. Συγκεκριμένα, κατασκευάζονται νέες κλάσεις εκτιμητών, τύπου Strawderman [1974, Ann. Statist., 2, 190–198], για το λόγο των διασπορών δύο κανονικών κατανομών καθώς και το λόγο των παραμέτρων κλίμακας δύο εκθετικών κατανομών ως προς την τετραγωνική συνάρτηση ζημίας και τη συνάρτηση ζημίας εντροπίας. Η μέθοδος της απόδειξης δεν είναι η τυπική για αυτού του είδους τα προβλήματα, η οποία απαιτεί την επέκταση αποτελεσμάτων από έναν πληθυσμό σε δύο πληθυσμούς. Αντιθέτως, εφαρμόζεται η μεθοδολογία των Iliopoulos and Kourouklis [1999, J. Multivariate Anal., 68, 176-192] που ανάγει το πρόβλημα εκτίμησης του λόγου των παραμέτρων κλίμακας σ2/σ1 σε δύο προβλήματα ενός πληθυσμού, ένα αυτό της εκτίμησης του σ2 και, το άλλο, αυτό της εκτίμησης του 1/σ1. / This PhD thesis deals with the study of the problem of point estimation of a scale parameter from the decision theoretic point of view. Strawderman’s [1974. Ann. Statist., 2, 190–198] result for estimating the variance of a normal distribution is extended to estimating a general scale parameter and the reciprocal of a general scale parameter in the presence of a nuisance parameter under both quadratic and entropy losses. The method of proof for these results, although it retains the "skeleton" of Strawderman’s [1974. Ann. Statist., 2, 190–198] method, differs (inevitably) technically from that since Strawderman [1974. Ann. Statist., 2, 190–198] relies on special features of the normal distribution. Application of these general results to the exponential distribution gives new sufficient conditions, i.e., different from those available in the literature, for improving upon the respective best affine equivariant estimators. Furthermore, new classes of estimators satisfying the above conditions are constructed. Apart from their own value, these results are also useful (essentially, necessary) for the construction of Strawderman [1974. Ann. Statist., 2, 190–198]-type estimators for the ratio of scale parameters of two independent populations. Specifically, new classes of improved Strawderman [1974. Ann. Statist., 2, 190–198]-type estimators for the ratio of the variances of two normal distributions as well as the ratio of the scale parameters of two exponential distributions are constructed under both quadratic and entropy losses. The method of proof is not the typical one for this kind of problem which requires a two-sample extension of respective one-sample arguments. In contrast, the methodology of Iliopoulos and Kourouklis [1999, J. Multivariate Anal., 68, 176-192] is employed which reduces the two-sample problem of estimating the ratio of scale parameters σ2/σ1 to two one-sample problems, namely, one of estimating σ2 and another of estimating 1/σ1.

Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η μελέτη τεχνικών κατανεμημένου προσανατολισμού σε πραγματικές συνθήκες. Πιο συγκεκριμένα σε αυτά στα συστήματα θεωρείται ότι ο κόμβος-πομπός δεν έχει καλή σύνδεση με το δέκτη και κατά συνέπεια δεν μπορεί να επικοινωνήσει απευθείας με τον κόμβο-δέκτη χωρίς δραματική αύξηση της ενέργειας μετάδοσης. Παρόλα αυτά η χρήση κατανεμημένου προσανατολισμού δίνει τη δυνατότητα να βελτιωθεί σημαντικά η κατανάλωση ενέργειας. Το σχήμα που θα χρησιμοποιηθεί είναι ενίσχυση και προώθηση (AF) 2 βημάτων, με το οποίο οι συνεργατικοί κόμβοι απλώς ενισχύουν και στην συνέχεια επαναμεταδίδουν το μήνυμα. Συνεπώς, ζητούμενο είναι η εύρεση των μιγαδικών βαρών με τα οποία πρέπει ο κάθε συνεργαζόμενος κόμβος χωριστά να ενισχύσει το σήμα. Οι τεχνικές που θα χρησιμοποιηθούν έχουν ως κριτήρια την ελαχιστοποίηση της ενέργειας μετάδοσης με ταυτόχρονη ικανοποίηση του SNR, μεγιστοποίηση του SNR με περιορισμένη ολική ενέργεια μετάδοσης και μεγιστοποίηση του SNR με περιορισμένη ενέργεια μετάδοσης ανά συνεργαζόμενο κόμβο. Το πρώτο κριτήριο θα εξεταστεί, επίσης, και σε συστήματα με πολλαπλούς πομπούς και δέκτες. Λόγω της φύσης του προβλήματος, ο κατανεμημένος προσανατολισμός αναμένεται να έχει μεγάλη απήχηση σε συστήματα με πολλούς διασκορπιστές και εμπόδια, όπως σε ένα αστικό περιβάλλον, και, επομένως, είναι λογικό να θεωρηθεί ότι τα κανάλια του συστήματος είναι Rayleigh, δηλαδή ασυσχέτιστα χωρίς οπτική επαφή (LOS). Για να προσομοιωθεί το σύστημα σε πραγματικές συνθήκες οι μέθοδοι που θα υλοποιήσουμε στην εργασία χρησιμοποιούν τα στατιστικά του καναλιού. Επιπλέον, η εκτίμηση καναλιού εφόσον θεωρούμε ότι έχουμε Gaussian λευκό θόρυβο θα γίνει με την χρήση του βέλτιστου γραμμικού εκτιμητή (BLUE). Η επίδραση της εκτίμησης του καναλιού θα μελετηθεί για δύο περιπτώσεις: με αμοιβαία και χωρίς αμοιβαία κανάλια. / The purpose of this thesis is the study of methods of distributed beamforming under real circumstances. More specifically, these systems are considered that the transmitter must increase tremendously the required transmit energy to communicate with the receiver. However the use of the distributed beamforming allows the system to improve the energy consumption. The scheme that is used from relays is amplify and forward of two steps, where the relays only amplify and then forward the message to the destination. That is, the purpose is to find the complex weights to be used by the corresponding relay so as to amplify the message of the transmitter. The methods that are implemented have as criterions the minimization of transmit energy while satisfying the SNR, maximization of SNR while limiting the system's transmit energy and maximization of SNR while limiting transmit energy of each relay individually. The first criterion is also studied at systems with more than one pair transmitter-receiver. Due to the nature of the problem, distributed beamforming is expected to be used at environments with many obstacles and scatterers, like urban environment, and so it is rationale to suppose that the channels should be Rayleigh, meaning uncorrelated without line of sight. To simulate the system under real circumstances the methods that we will implement shall use the second order statistics of the channels. Moreover, due to Gaussian white noise, channels are estimated using the Best Linear Unbiased Estimator. The impact of channel estimation is studied in two cases: "reciprocal" and "not reciprocal".

Στα πλαίσια της παρούσας έρευνας, μελετήθηκε η προστατευόμενη περιοχή του Οικολογικού Δικτύου Natura 2000: «Λιμνοθάλασσα Πύλου (Διβάρι), Νήσος Σφακτηρία, Αγ. Δημήτριος» με κωδικό GR2550004. Διεξάχθηκαν δύο εποχικές δειγματοληψίες, στις 31 Αυγούστου του 2012 και στις 21 Απριλίου του 2013. Η λιμνοθάλασσα της Γιάλοβας έχει έκταση περίπου 2,5 Km2, μέγιστο βάθος 1 m και επικοινωνεί με τον κόλπο του Ναυαρίνου μέσω ενός τεχνητού διαύλου. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε η ηχοβολιστική αποτύπωση του πυθμένα, με χρήση ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης (Side Scan Sonar, SSS) με σκοπό να αποκαλυφθεί, τόσο η μορφολογία του βυθού, όσο και η παρουσία, η αφθονία και η χωρική κατανομή των υδρόβιων μακροφύτων. Κατόπιν, σε 9 προεπιλεγμένους δειγματοληπτικούς σταθμούς, πραγματοποιήθηκε καταγραφή των φυσικοχημικών παραμέτρων και συλλέχθηκαν δείγματα υδρόβιας χλωρίδας. Με τη βοήθεια του ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης μελετήθηκε, περίπου, το 37% της έκτασης της λιμνοθάλασσας. Μέσω αυτής της διαδικασίας, προέκυψαν 6 διαφορετικοί ακουστικοί τύποι που αντιστοιχούν σε 6 διαφορετικά ποσοστά φυτοκάλυψης: πυκνή (76-100%), λιγότερο πυκνή (51-75%), αραιή (26-50%), πολύ αραιή (6-25%), σπάνια (1-5%) και καθόλου (<1%). Αφού κατασκευάστηκε το μωσαϊκό του πυθμένα, με τη χρήση των λογισμικών Triton Isis και TritonMap (Delphmap) της Triton Imaging Inc., διαπιστώθηκε ότι, η λιμνοθάλασσα καλύπτεται από βλάστηση σε ποσοστό περίπου 25% ενώ, περίπου, το 75% δεν καταλαμβάνεται από κάποιο είδος υδρόβιας βλάστησης, και το υπόστρωμα είναι αμμώδες/ ιλυοαμμώδες (Μπούζος et al., 2002a). Τα αποτελέσματα του Αυγούστου έδειξαν ότι, η πυκνή φυτοκάλυψη φτάνει περίπου στο 2% της υπό μελέτη έκτασης, και χωρικά περιορίζεται κοντά στο δίαυλο επικοινωνίας με τη θάλασσα. Η υδρόβια χλωρίδα που απαντά στους σταθμούς αυτούς αποτελείται από τα είδη Ruppia cirrhosa σε μίξη με την Cymodocea nodosa, με κυρίαρχο είδος τη Ruppia cirrhosa. Όσο απομακρυνόμαστε από το δίαυλο, η πυκνή φυτοκάλυψη εναλλάσσεται με λιγότερο πυκνή, σε ποσοστό 1% επί του συνόλου, και αποτελείται από τα ίδια είδη. Η αραιή φυτοκάλυψη, απαντά σε ποσοστό 3% και χωρικά κατανέμεται στο δίαυλο επικοινωνίας, αλλά και στα νοτιοδυτικά της λιμνοθάλασσας, όπου, εκτός από τη Ruppia cirrhosa, απαντά και η Cladophora glomerata. To ποσοστό της πολύ αραιής φυτοκάλυψης κυμαίνεται γύρω στο 15% και χωρικά κατανέμεται, κυρίως, στα βορειοανατολικά της λιμνοθάλασσας, όπου απαντά μόνο η Ruppia cirrhosa, ενώ, σε ποσοστό 4%, η φυτοκάλυψη είναι σπάνια και απαντά στα βορειοδυτικά και στα κεντρικά σημεία της λιμνοθάλασσας. Τον Απρίλιο, η χωρική κατανομή των υδρόβιων μακροφύτων είναι ακόμα πιο περιορισμένη, με συμμετοχή μόνο της Ruppia cirrhosa, η οποία συγκεντρώνεται κυρίως, κοντά στο δίαυλο επικοινωνίας με τον κόλπο του Ναυαρίνου, καθώς εκεί ευνοείται η ανανέωση του νερού και οι περιβαλλοντικές συνθήκες είναι κατάλληλες για την ανάπτυξή τους. Τονίζεται επίσης ότι, τον Απρίλιο, συλλέχθηκε από τα βόρεια της λιμνοθάλασσας ένα είδος του γένους Ulva spp, που αποτελεί δείκτη ευτροφικών συνθηκών (Orfanidis et al., 2005, Aliaume et al., 2007). Γενικά, το κυρίαρχο είδος στη λιμνοθάλασσα, και τις δύο δειγματοληπτικές περιόδους, είναι το κοσμοπολίτικο είδος Ruppia cirrhosa το οποίο έχει καταγραφεί ξανά στην περιοχή (Tiniakos et al., 1997). Σε όλους τους δειγματοληπτικούς σταθμούς, καταγράφηκαν οι παράμετροι: θερμοκρασία, αλατότητα, pH και διαλυμένο οξυγόνο, αλλά και το βάθος της λιμνοθάλασσας, η διαφάνεια του νερού και η ένταση της φωτοσυνθετικά ενεργής ακτινοβολίας (PAR). Επιπλέον, υπολογίστηκαν οι συγκεντρώσεις της χλωροφύλλης-α, τα ολικά αιωρούμενα στερεά (TSS), οι συγκεντρώσεις των ανόργανων ενώσεων αζώτου και φωσφόρου, καθώς και τα επίπεδα της ολικής αλκαλικότητας των ανθρακικών και όξινων ανθρακικών ιόντων. Τα αποτελέσματα έδειξαν χωρική και χρονική διακύμανση όλων των παραμέτρων, με πιο σημαντικές τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, της αλατότητας και της συγκέντρωσης των θρεπτικών ενώσεων αζώτου και φωσφόρου. H εποχική διακύμανση των περιβαλλοντικών παραμέτρων προκαλεί φυσικό stress στους υδρόβιους οργανισμούς επηρεάζοντας την αφθονία και εξάπλωσή τους (Crouzet et al., 1999). O έλεγχος των στατιστικώς σημαντικών διαφορών των φυσικοχημικών παραμέτρων, πραγματοποιήθηκε με τον έλεγχο Mann-Whitney U, ο οποίος έδειξε ότι υπάρχουν στατιστικώς σημαντικές διαφορές, μεταξύ των δύο εποχών, που αφορούν στις παραμέτρους: διαφάνεια, αλατότητα, θερμοκρασία, pH, TSS, NO2, CO3ˉ και HCO3=. Αντίθετα, δεν εντοπίστηκαν στατιστικώς σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο εποχικών δειγματοληψιών στις παραμέτρους: βάθος, διαλυμένο οξυγόνο, χλωροφύλλη-α, NO3, NH4 και PO4. Ενδεικτικά, η θερμοκρασία παρουσίασε μεγάλη εποχική διακύμανση, σημειώνοντας πολύ υψηλές τιμές τον Αύγουστο (28,80 C - 30,50 C), και πολύ χαμηλότερες τον Απρίλιο (19,0 0C - 20,40C). Η αλατότητα παρουσίασε μεγάλες διακυμάνσεις από σταθμό σε σταθμό, κυρίως τον Αύγουστο, αλλά και από εποχή σε εποχή. Συγκεκριμένα τον Αύγουστο, κυμάνθηκε από 42,73‰ έως 54,42‰ ενώ τον Απρίλιο κυμάνθηκε γύρω στο 31‰ σε όλη την έκταση της λιμνοθάλασσας. Επιπρόσθετα, το pH παρουσίασε στατιστικώς σημαντικές διαφορές, καθώς τον Αύγουστο κυμάνθηκε στο 8,23 κατά μέσο όρο, αναφορικά για όλη τη λιμνοθάλασσα, ενώ τον Απρίλιο παρουσίασε πτωτική τάση, αφού η μέση του τιμή ήταν 6,99. Όσον αφορά στις συγκεντρώσεις των θρεπτικών, τα αμμωνιακά ιόντα ήταν η κυρίαρχη μορφή αζώτου, καθώς παρουσίασε υψηλές τιμές και τις δύο δειγματοληπτικές περιόδους, ενώ, τα νιτρώδη ιόντα, παρόλο που διέφεραν στατιστικώς σημαντικά, σε γενικές γραμμές, κυμάνθηκαν σε χαμηλά επίπεδα και τους δύο μήνες (έως 0,010 mg/l). Το διαλυμένο οξυγόνο παρέμεινε σε φυσιολογικά επίπεδα και τους δύο μήνες, όπου η μέση τιμή του ήταν 8 mg/l. Το βάθος δεν μεταβλήθηκε σημαντικά, ενώ τα επίπεδα της χλωροφύλλης-α, ήταν υψηλά και τις δύο χρονικές περιόδους. Η ανάλυση Spearman έδειξε σαφείς συσχετίσεις μεταξύ των περιβαλλοντικών παραμέτρων. Ανάμεσα στις πιο σημαντικές συγκαταλέγονται, η αρνητική συσχέτιση της διαφάνειας με την εποχή και το βάθος. Επιπλέον, σημαντική είναι η αρνητική συσχέτιση της αλατότητας και της θερμοκρασίας με την εποχή, αλλά και η θετική συσχέτιση μεταξύ των δύο πρώτων. Στη συνέχεια, εξίσου σημαντική είναι η θετική συσχέτιση του pH με την αλατότητα και τη θερμοκρασία, αλλά αξιοσημείωτες είναι και οι θετικές συσχετίσεις που παρουσιάζουν τα TSS με τη θερμοκρασία και το pH, και η χλωροφύλλη-α με τη διαφάνεια. Σύμφωνα με τα κριτήρια που έθεσε η Οργάνωση για Συνεργασία και Ανάπτυξη (ΟΕCD) για τα στάσιμα ύδατα, προέκυψε η τροφική κατάσταση της λιμνοθάλασσας, με βάση τις μέσες και οριακές τιμές των παραμέτρων: TP, χλωροφύλλη-α και διαφάνεια (Secchi depth) (OECD, 1982). Έτσι, με βάση τη μέση συγκέντρωση του ολικού φωσφόρου χαρακτηρίζεται ως υπερτροφική τον Αύγουστο και ως ευτροφική τον Απρίλιο. Όσον αφορά στη χλωροφύλλη-α, με βάση τις μέσες και μέγιστες τιμές που σημειώθηκαν τον Αύγουστο, η λιμνοθάλασσα χαρακτηρίζεται ως ευτροφική, ενώ τον Απρίλιο χαρακτηρίζεται ως ευτροφική, με βάση τη μέση τιμή, αλλά ως μεσοτροφική, με βάση τη μέγιστη τιμή που καταγράφηκε. Τέλος, όσον αφορά στη διαφάνεια, σύμφωνα με τις μέσες και ελάχιστες τιμές της, η λιμνοθάλασσα, και τους δύο μήνες, χαρακτηρίζεται ως υπερτροφική. Με χρήση των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ), και με υπόβαθρο ένα μωσαϊκό ορθοφωτοχαρτών της Κτηματολόγιο Α.Ε., που αποκτήθηκαν κατά το διάστημα 2007-2009, κατασκευάστηκε ο χάρτης των καλύψεων/ χρήσεων γης του συστήματος ταξινόμησης Corine Land Cover 2000, για ολόκληρη την προστατευόμενη περιοχή. Ακολούθως, έγινε η αντιστοίχηση των κατηγοριών καλύψεων/ χρήσεων γης που προέκυψαν, με τους τύπους οικοτόπων του Παραρτήματος Ι της Οδηγίας 92/43/ΕΚ, στο 3ο επίπεδο ταξινόμησης. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε μια ποιοτική σύγκριση μεταξύ του νέου χάρτη και του χάρτη του Corine Land Cover, που κατασκευάστηκε για την περιοχή το 2000. Με βάση το χάρτη που κατασκευάστηκε διαπιστώθηκε ότι, υπάρχει ποικιλία φυσικών τύπων οικοτόπων, που προσδίδουν στην περιοχή ιδιαίτερη οικολογική και αισθητική αξία. Περιμετρικά της λιμνοθάλασσας απαντούν μεσογειακά αλίπεδα (Juncetalia maritimi), καλαμώνες, μεσογειακοί λειμώνες υψηλών χόρτων και βούρλων (Molinio Holochoenion), παρόχθια δάση-στοές και λόχμες (Nerio-Tamaricetea και Securinegion tinctoriae), σχηματισμοί με αρκεύθους (Juniperus spp.), υποτυπώδεις κινούμενες θίνες, κινούμενες θίνες της ακτογραμμής με Ammophila arenaria και μονοετή βλάστηση μεταξύ των ορίων πλημμυρίδας και αμπώτιδας. Επιπλέον, στη νήσο Σφακτηρία, στους λόφους του Παλαιόκαστρου και του Πετροχωρίου, απαντούν απόκρημνες βραχώδεις ακτές με βλάστηση στη Μεσόγειο (με ενδημικά Limonium spp.), Garrigues της Ανατολικής Μεσογείου και φρύγανα ενώ, οι όχθες του ποταμού Σελά χαρακτηρίζονται από δάση ανατολικής πλατάνου (Platanus orientalis). Τονίζεται η σημειακή συμμετοχή του τύπου προτεραιότητας των θινών των παραλιών με αρκεύθους (Juniperus spp). Επιπλέον, σε μεγάλη έκταση, απαντούν οι αγροτικές καλλιέργειες, με κυρίαρχους τους ελαιώνες, περιοχές αστικού πρασίνου, δρόμοι αλλά και οικισμοί. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας όπως η αποτύπωση της μορφολογίας του πυθμένα της λιμνοθάλασσας και των καλύψεων/ χρήσεων γης, στα όρια της προστατευόμενης περιοχής και η περαιτέρω εκτίμηση της οικολογικής κατάστασης της λιμνοθάλασσας θα συμβάλλουν περαιτέρω στην ορθολογική διαχείριση της. / In the context of this research, the protected area of the «Natura 2000» ecological network: "Pylos Lagoon, Sfaktiria island, St. Dimitrios" with the sitecode GR2550004, has been studied. Two sampling campaigns were carried out, οn August 31st 2012 and on April 21st 2013. Gialova lagoon covers an area of 2.5 Km2 with a maximum depth of 1 m and is connected with the adjoining Navarino Bay, via a small channel. Firstly, side scan sonar bottom interpretation was carried out, in order to investigate, not only the morphology of the lagoon’s bottom, but also the presence, abundance and spatial distribution of aquatic macrophytes. In addition, physicochemical parameters were recorded in 9 different sampling stations. Furthermore, samplings of aquatic vegetation were carried out as well. Initially, with the use of SSS, roughly 37% of the lagoon’s surface has been studied. Side scan sonar imagery resulted in 6 different acoustic types, which correspond to 6 different percentages of plant cover: thick (76-100%), less than thick (51-75%), sparse (26-50%), too sparse (6-25%), rare (1-5%) and absent (<1%). Having built the mosaic of the bottom of the lagoon, with the use of software Triton Isis and Triton Map (Delphmap) of Triton Imaging Inc., it was found that, the lagoon is covered by vegetation at 25%, while 75% is not occupied by any kind of aquatic vegetation, but the substrate is sandy/mudsandy (Bouzos et al., 2002a). The results of August showed that the thick plant cover reaches approximately 2% of the study area, and it is spatially restricted near the communication channel with the sea. The aquatic flora which responds to these stations is Ruppia cirrhosa in mixing with the Cymodocea nodosa, with the Ruppia cirrhosa as the dominant species. When we move away from the communication channel, the thick plant cover alternates with less than thick, representing 1% of the total, and consists of the same species. The sparse plant cover responds to 3% and is spatially distributed in the communication channel, but also in the southwest of the lagoon, where, apart from the Ruppia cirrhosa, Cladophora glomerata is found as well. The percentage of too sparse vegetation is around 15%, and it is spatially distributed mainly in the north-east of the lagoon, where only Ruppia cirrhosa is found, while, the vegetation is rare at 4%, and responds to the northwest and the central points of the lagoon. In April, the spatial distribution of aquatic macrophytes is even more limited, involving only the Ruppia cirrhosa, which is mainly concentrated near the communication channel with the adjoining Navarino Bay, which favored the renewal of water and where the environmental conditions are suitable for their development. It should be also noted that, in April, an occasional species of the genus Ulva spp., was collected from the northern section of the lagoon. This species is an indicator of eutrophic conditions (Orfanidis et al., 2005, Aliaume et al., 2007). In general, the dominant species in the lagoon, in both sampling periods, is the cosmopolitan species Ruppia cirrhosa, which has been recorded before in the region (Tiniakos et al., 1997). The following parameters were recorded in all the sampling stations: temperature, salinity, pH and dissolved oxygen, but also the depth of the lagoon, the transparency of the water’s column and the volume of photosynthetically active radiation (PAR). Furthermore, chlorophyll-a, total suspended solids (TSS), inorganic nitrogen and phosphorus compounds, as well as the levels of total alkalinity of carbonates and acid carbonates were calculated. The results showed spatial and temporal variability of all parameters, and the most significant fluctuations were observed in temperature, salinity and in nitrogen and phosphorus concentrations. This seasonal variation of environmental parameters causes natural stress on aquatic organisms affecting their abundance and their spatial distribution (Crouzet et al., 1999). The control of the statistically significant differences in physicochemical parameters was carried out with the Mann-Whitney U test, which has shown that, there are statistically significant differences between the two seasons, relating to parameters: transparency, salinity, temperature, pH, TSS, NO2, CO3ˉ and HCO3=. In contrast, there were not statistically significant differences between the two sampling periods for parameters: depth, dissolved oxygen, Chl-a, NO3, NH4 and PO4. More specifically, the temperature has large seasonal variation, noting very high values in August (28.8ᵒ C – 30.5ᵒ C) and much lower in April (19.0ᵒ C – 20.4ᵒ C). The salinity showed large fluctuations from station to station, especially in August, but also from season to season. Specifically in August, it ranged from 42.73‰ to 54.42‰ and in April fluctuated around 31‰ throughout the lagoon. In addition, the pH values presented statistically significant differences. In August, pH ranged from around 8.23 on average, with respect to the entire lagoon, while in April showed a downward trend, when the average value was around 6.99. With regard to the concentrations of nutrients, ammonium ions were the dominant form of nitrogen, as it presented high values in both sampling periods, while the nitrite ions, although differed statistically significantly, in general, varied in low levels both months. Dissolved oxygen, remained at normal levels in both sampling periods, where the average value was around 8 mg/l. The depth did not change significantly, while the levels of Chl-a, were very high in both time periods. The Spearman analysis showed clear correlations between environmental parameters. Among the most important is, the negative correlation of transparency with season and depth. In addition, significant is the negative correlation of salinity and temperature with season, but also the positive correlation between the first two. Of course, equally important is the positive correlation of pH with salinity and temperature, but also significant are the positive correlations of the TSS with temperature and pH, and Chl-a with transparency. Finally, it is mentioned that there is negative correlation of total phosphorus with season and acid carbonates, and positive correlation with salinity, temperature, pH and TSS. In accordance with the standards set by the Organization for Cooperation and Development (OECD) for stagnant water, the trophic status of the lagoon has been established, on the basis of the average and maximum values of parameters: TP, Chl-a and transparency (Secchi depth) (OECD, 1982). So, on the basis of the average concentration of total phosphorus, it is characterized as hypereutrophic in August and as eutrophic in April. As regards the Chl-a, on the basis of the average and maximum values occurred in August, the lagoon is characterised as eutrophic, while in April it is characterized as eutrophic, based on the average value, but as mesotrophic, on the basis of the maximum value recorded. Finally, with regard to transparency, in accordance with the average and minimum values, the lagoon is characterized as hypereutrophic in both seasons. With the use of Geographical Information Systems (GIS) and with the help of ortho-corrected aerial photographs, acquired during 2007 and 2009, a Land Cover Land Use map was constructed. Subsequently, the categories of Corine Land Cover that came up, matched with the habitat types included in the Annex I of the Directive 92/43/EC, according to the 3rd classification level. Furthermore, the land cover/ land use categories of the new map compared with those of the map that constructed in 2000 for the same area, in order to estimate the changes during the years that have passed. The map, which was constructed in the context of this research, showed that there is a variety of natural habitat types, which gives the area special ecological and aesthetic value. In particular, around the lagoon, we found mediterranean salt meadows (Juncetalia maritimi), reedbeds, mediterranean grassland with high grass and rush (Molinio Holochoenion), southern riparian forest-arcades and scrubs galleries (Nerio-tamaricetea and Securinegion tinctoriae), formations with juniper thickets (Juniperus spp.), embryonic dunes, shifting dunes along the shoreline with Ammophila Arenaria and vegetation of drift lines. In addition, on the Sfaktiria island, in Paleokastro and Petrochori hills respond vegetated sea cliffs of the Mediterranean coasts (with endemic Limonium spp.), Garrigues of eastern Mediterranean and phrygana, while the banks of the river Selas are characterized by oriental plane woods (Platanus orientalis). The spot presence of dune juniper thickets is emphasized (Juniperus spp), which is a priority habitat. In addition, to a large extent, there are agricultural crops with olive groves, urban areas, roads and different kinds of settlements. The ultimate aim of this study is the visual interpretation of the morphology of the bottom of the lagoon and the Land Cover Land Uses, within the limits of the protected area and the further assessment of the ecological status of the lagoon.

Στο πλαίσιο της εργασίας αυτής προτείνεται μια τεχνική η οποία προσπαθεί να κάνει ταυτόχρονα εκτίμηση της οπτικής ροής καθώς επίσης και διαμέριση της σκηνής σε διαφορετικά κινούμενα σώματα. Συγκεκριμένα προτείνεται η λύση μιας ακολουθίας προβλημάτων ελαχιστοποίησης. Κάθε πρόβλημα ελαχιστοποίησης προσπαθεί να απομονώσει κάποιο κινούμενο σώμα από την σκηνή και εκτιμά για αυτό μία ταχύτητα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή της τεχνικής σε προβλήματα εκτίμησης της οπτικής ροής διαφορετικής πολυπλοκότητας δείχνουν ότι η επίδοση της προτεινόμενης τεχνικής είναι ικανοποιητική. / In this thesis, a method, which tries to estimate the optical flow field, and segment the scene at the same time, is suggested. Specifically, a series of minimization problems are solved. Each of these minimization problems, tries to isolate a moving object from the scene, and estimate for it a velocity. The results from applying the suggested method in several optical flow estimation problems, with varying complexities, show that the performance of the method is very promising.

Τα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά συστήματα, καθώς επίσης και οι επόμενες γενιές τους, πρέπει να προσαρμόζονται για να υποστηρίζουν ένα μεγάλο αριθμό από υπηρεσίες με διαφορετικές απαιτήσεις ποιότητας. Για παράδειγμα, στα κυψελικά συστήματα, οι κυψέλες μικραίνουν σε μέγεθος και αυξάνονται σε πλήθος για να υποστηρίζουν ένα συνεχώς αυξανόμενο πλήθος χρηστών. Επίσης, σε μια άλλη κατεύθυνση, τα δίκτυα αισθητήρων αποτελούνται από μικρές συσκευές που εισάγουν περιορισμούς μεγέϑους, ενέργειας και επεξεργαστικής ισχύος. Αυτά τα δυο παραδείγματα επιδεικνύου τόσο την αυξανόμενη πολυπλοκότητα των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων όσο και τις ιδιαίτερες απαιτήσεις που υπάρχουν στους μεμονωμένους κόμβους τους. Τα τηλεπικοινωνιακά συστήματα πολλαπλών εισόδων και εξόδων έχουν την δυνατότητα να προσφέρουν αυξημένη χωρητικότητα και αξιοπιστία στην μετάδοση δεδομένων μέσω της έννοιας της χωρικής ποικιλομορφίας (space diversity). Συγκεκριμένα, αυτό επιτυγχάνεται με την μετάδοση της ζητούμενης πληροφορίας μέσω ενός αριθμού από διαφορετικά χωρικά μονοπάτια τα οποία δημιουργούνται από την ύπαρξη πολλαπλών κεραιών στον πομπό ή/και στον δέκτη. Ωστόσο, η προαναφερόμενη πολυπλοκότητα στα τηλεπικοινωνιακά συστήματα και οι ιδιαίτερες απαιτήσεις των κόμβων έχουν ως αποτέλεσμα να μην επαρκούν οι τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί. Μια πιθανή διέξοδο έρχεται να δώσει η ιδέα της συνεργασίας. Η έννοια της συνεργασίας έχει διάφορες οπτικές γωνίες σε ένα τηλεπικοινωνιακό σύστημα. Πρώτον, αν οι συσκευές δεν μπορούν να υποστηρίξουν πολλαπλές κεραίες (π.χ. λόγω μεγέϑους όπως στα δίκτυα αισθητήρων και στα κινητά τηλέφωνα), σίγουρα μπορούν να συνεργαστούν ώστε με έναν κατανεμημένο τρόπο να προσφέρουν σε επίπεδο συστήματος τα απαραίτητα διαφορετικά χωρικά μονοπάτια. Δεύτερον, ακόμη και αν είναι δυνατή η χρήση πολλαπλών κεραιών σε κάποιον κόμβο ενός δικτύου, π.χ. σε σταθμούς ϐάσης κυψελικών συστημάτων, ο αριθμός τους μπορεί απλώς να μην αρκεί λόγω της αυξημένης πολυπλοκότητας και του μεγέθους του δικτύου. Η κατάλληλη χρήση συνεργατικών κόμβων μπορεί να δώσει επίσης λύση στον εν λόγω περιορισμό.Η παρούσα διδακτορική διατριβή ϑα ϐασιστεί πάνω σε συνεργατικά συστήματα υπό την πρώτη οπτική γωνία που παρουσιάστηκε παραπάνω. Συγκεκριμένα, ϑα ϑεωϱηθεί ένα συνεργατικό δίκτυο με τρεις κόμβους, δηλαδή μια πηγή, έναν αναμεταδότη και έναν προορισμό. ϑα μελετηθούν τεχνικές εκτίμησης των καναλιών που συμμετέχουν στην μετάδοση της πληροφορίας αναδεικνύοντας τα ϐασικά χαρακτηριστικά που εισάγει η έννοια της συνεργασίας στις εν λόγω τεχνικές. Επίσης, ϑα παρουσιαστούν υλοποιήσεις διαφόρων συνεργατικών πρωτοκόλλων μετάδοσης σε ένα πραγματικό τηλεπικοινωνιακό σύστημα προσφέροντας έτσι την απαραίτητη πρακτική διαίσθηση πίσω από αυτά τα συστήματα. Συγκεκριμένα, αφού παρουσιαστούν κάποιες ϐασικές έννοιες για τις συνεργατικές επικοινωνίες και την λειτουργία της εκτίμησης καναλιών, ϑα μελετηθεί το πρόβλημα εκτίμησης με μερική επίβλεψη σε σχέση με το μοντέλο του συνεργατικού συστήματος που ϑεωρήθηκε. Προτείνονται εναλλακτικά σχήματα για την υλοποίηση του εκτιμητή καθώς επίσης και ένας απλός σχεδιασμός της ακολουθίας συμβόλων που υποβοηθάει το εφαρμοζόμενο κριτήριο ετεροσυσχέτισης. ΄Ολες οι έννοιες που παρουσιάζονται σε αυτό το κεφάλαιο υποστηρίζονται με πειραματικά και ημιαναλυτικά επιχειρήματα. Στην συνέχεια, παρουσιάζεται το πρόβλημα σχεδιασμού της κατανομής ενέργειας σε σύμβολα εκμάθησης για την εκτίμηση συσχετισμένων καναλιών. Αφού περιγραφεί το προς μελέτη πρόβλημα, ϑα επικεντρωθούμε στο κριτήριο ελαχίστων τετραγώνων για το οποίο παρουσιάζονται η ϐέλτιστη και τρεις υποβέλτιστες λύσεις που συνοδεύονται από χρήσιμα συμπεράσματα και παρατηρήσεις. ΄Επειτα, μελετάται το κριτήριο ελάχιστου μέσου τετραγωνικού σφάλματος για δυο περιπτώσεις. Στην πρώτη, παρουσιάζεται μια ανάλυση χειρότερης περίπτωσης και γίνεται η σύνδεση των λύσεων του προβλήματος με τις λύσεις του προηγούμενου κριτηρίου. Επίσης, υπό την υπόθεση των καναλιών χωρίς συσχέτιση, παρουσιάζεται η ϐέλτιστη λύση για τον σχεδιασμό της ακολουθίας των συμβόλων εκμάθησης. Στην τρίτη κατεύθυνση, ϑα παρουσιαστεί αρχικά το σύστημα στο οποίο ϑα υλοποιηθούν και εκτελεστούν τα πρωτόκολλα συνεργατικής επικοινωνίας. Στην συνέχεια, παρουσιάζονται τα εν λόγω σχήματα και το κεφάλαιο καταλήγει με την πειραματική διαδικασία, την παρουσίαση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων καθώς και την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων. Στο τέλος της διατριβής περιγράφονται συνοπτικά τα ϐασικά συμπεράσματα που έχουν προκύψει και παρουσιάζονται κάποιες ενδιαφέρουσες νέες κατευθύνσεις. / Contemporary communication systems, as well as their next generations, are expected to adapt to a rapidly increasing number of desired applications and quality of service levels. For example, in cellular systems, the cells are getting smaller in size and larger in numbers in order to support the increasing number of users. Also, towards another direction, wireless sensor network consist of small devices that comply with stringent constraints such as size, consumed energy and computational power. These examples demonstrate both the high complexity of communication networks and the specific requirements that exist in individual communication nodes. Multiple input multiple output systems are capable of offering high capacity and reliable data communications utilizing the notion of spatial diversity. This is achieved by transmitting the desired information through different spatial paths that are created because of multiple antennas at the transmitter and/or the receiver side. However, the aforementioned complexity of communication networks and the specific requirements of the nodes have as a result that currently proposed techniques, for such systems, are inadequate. A possible solution to this dead end is the idea of cooperation. Cooperation has several aspects in a communication system. Firstly, if the nodes cannot support multiple antennas (e.g. due to size restriction as in sensor networks and mobile phones), they can cooperate in order to provide, in a distributed manner, the desired spatial paths. Secondly, even if multiple antennas can be used, as in base stations, their number might not be good enough because of the increased complexity and size of the network. The appropriate use of cooperative nodes can provide a solution to this problem, too. This dissertation has been focused on cooperative systems that are viewed according to the first aspect. Specifically, it has been assumed that the cooperative network consists of three nodes, a source, a relay and a destination. On this network, channel estimation techniques have been studied pointing out the main characteristics that are inherent to cooperation. Moreover, test-bed implementations have been provided for several well known cooperative schemes and protocols pointing out the practical aspects of such systems. In more detail, after the presentation of some introductory notions on cooperation and channel estimation, a semi-blind technique has been studied that is based on the so called cross-relation criterion. Two alternative schemes for constructing the channel estimator have been proposed as well as a simple training design procedure for improving the estimation performance has been devised. The results that have been produced are supported by semi analytic arguments and computer simulations. Then, a training design problem has been studied for a training based channel estimator. The design has been focused on the energy allocation of training symbols under the assumption that channel taps are correlated. After the description of the problem, the least squares criterion has been utilized and the optimal solution, along with three suboptimal ones, has been presented and useful conclusions have been drawn. Also, the problem has been studied under the minimum mean square error criterion for two cases. In the first one, a worst case analysis has been presented. There, a connection to the least squares solution was provided. In the second case, relaxing the assumption of correlated channel taps, the optimal solution has been presented. In the third direction, a number of well known protocols have been implemented in a test-bed system. A measurement campaign has been conducted to acquire the bit error performance and the computational complexity of the protocols. The protocols have been compared according to three different metrics and useful insights have been identified. The dissertation is concluded with a brief presentation of the main points that have been raised in the aforementioned directions. Moreover, new interesting research directions have been provided.

H παρούσα διατριβή εξετάζει το πρόβλημα της διαρροής μικροφώνου, δηλαδή την αλληλεπίδραση και παρεμβολή μεταξύ ταυτόχρονα ενεργών ηχητικών πηγών σε πολυκαναλικές ηχητικές διατάξεις. Παρ' όλο που είναι ένα πολύ συχνό φαινόμενο με το οποίο οι μηχανικοί ήχου έρχονται αντιμέτωποι καθημερινά, δεν έχουν προταθεί μέθοδοι επεξεργασίας σήματος για την επίλυση του προβλήματος. Εδώ, το πρόβλημα διατυπώνεται για πρώτη φορά στο πλαίσιο της επεξεργασίας σήματος. Αρχικά, διατυπώνεται στο πλαίσιο του τυφλού διαχωρισμού πηγών (blind source separation) και αναλύονται οι περιορισμοί αυτής της προσέγγισης. Στην συνέχεια, το πρόβλημα επαναδιατυπώνεται σαν πρόβλημα σήματος υπό θόρυβο στα πλαίσια της καταστολής θορύβου. Ένα πρωτότυπο γενικευμένο πλαίσιο καταστολής διαρροής μικροφώνου εξάγεται βασιζόμενο σε ένα φίλτρο Wiener με πολυκαναλικό όρο θορύβο, καθώς και την ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική «κοντινού μικροφώνου». Το ακουστικό σύστημα που μοντελοποιεί την διαδικασία μίξης και αλληλεπίδρασης των πηγών αναλύεται και γίνεται διαχωρισμός των σχετικών κρουστικών αποκρίσεων χώρου (room impulse responses) σε απ' ευθείας ακουστικά μονοπάτια και ακουστικά μονοπάτια διαρροής. Οι ιδιότητες του απ' ευθείας ακουστικού μονο- πατιού, δηλαδή της απόκρισης «κοντινού μικροφώνου» αναλύονται για πρώτη φορά από την προσέγγιση της επεξεργασίας σήματος και της ακουστικής κλειστών χώρων για πρώτη φορά. Οι ιδιότητες του ακουστικού μονοπατιού διαρροής αναλύονται επίσης για πρώτη φορά με την χρήση ακουστικών παραμέτρων. Έχοντας καθορίσει τις βασικές ιδιότητες του ακουστικού συστήματος, μια μέθοδος για την καταστολή διαρροής μικροφώνου αναπτύσσεται για μια διάταξη δύο καναλιών, βασισμένη σε ένα φίλτρο Wiener και μια άμεση εκτίμηση των σχετικών πυκνοτήτων φασματικής ενέργεiας (power spectral density). Η απόδοση της μεθόδου για ηχογραφήσεις σε πραγματικούς χώρους είναι πολύ ικανοποιητική και με βάση αυτά τα αποτελέσματα, η μέθοδος επεκτείνεται για περισσότερες από δύο πηγές και μικρόφωνα σε αυθαίρετες διατάξεις. Η ολοκληρωμένη μέθοδος είναι τυφλή και αυτόματη, καθώς δεν απαιτεί την επέμβαση του χρήση. Δεν κάνει χρήση πρότερης γνώσης ούτε απαιτεί εκπαίδευση και είναι υπολογιστικά απλή. Προτείνεται επίσης μια πρωτότυπη μέθοδος ανίχνευσης χρονικών διαστημάτων όπου μόνο μια πηγή είναι ενεργή (χρονικά διαστήματα «σόλο»), η οποία επιτρέπει την εκτίμηση συντελεστών στάθμισης οι οποίοι αντιστοιχούν στην σχετική μείωση της ηχητικής στάθμης που υφίσταται κάθε ηχητική πηγή καθώς το σήμα διαδίδεται προς τα μικρόφωνα. Αυτή η μέθοδος σε συνδυασμό με μια νεά, πρωτότυπη τεχνική εκτίμησης των πυκνοτήτων φασματικής ενέργεαις, η οποία βασίζεται στην αναγνώριση των κυρίαρχων διακριτών συχνοτήτων, επιτρέπει την εκτίμηση όλων των σχετικών ποσοτήτων σε μια πολυκαναλική ηχητική διάταξη. Από αυτές υπολογίζεται ένα πολυκαναλικό φίλτρο Wiener για κάθε σήμα μικροφώνου, το οποίο δίνει την εκτίμηση του αντίστοιχου σήματος πηγής. / This thesis examines the problem of microphone leakage, that is the interference between simultaneously active sound sources in multichannel audio applications. Despite being a common problem with which sound engineers are confronted every day, almost no signal processing methods have been proposed to address this issue. In this work, the problem is formulated for the first time in a signal processing framework. First, it formulated inside the blind source separation (BSS) context and the limitations of related methods are analysed and reported. Since, BSS methods seem to be inappropriate for this specific problem, it is reformulated as a signal in noise problem inside the well-known noise suppression framework. Based on the widely adopted close-microphone technique a novel, generalized framework for leakage suppression is derived based on a multichannel Wiener filter. The acoustic system that models the mixing process is analysed and the related room impulse responses are discerned in direct and leakage acoustic paths. The properties of the direct acoustic path, that is the close-microphone response are investigated for the first time, from a signal processing point of view as well as a room acoustics perspective. The properties of the leakage acoustic path are also analysed for the first time using room acoustic parameters. After key properties of the acoustic paths have been identified, a method for the suppression of microphone leakage in a two channel audio setup is developed based on aWiener filter and a crude approximation of the related power spectral densities (PSDs). The performance of this method for actual recordings in real reverberant environments is more than adequate and based on these results, the method is extended for more than two sources and microphones in arbitrary arrangements. The complete method is blind and automatic, since it does not require any user input. It does not assume any prior knowledge or require training and is computationally efficient. A novel solo detection method has been developed that allows the estimation of weighting coefficients that correspond to the relative attenuation experienced by sound sources as they travel to each microphone. Combined with a new and advanced PSD estimation method based on the identification of dominant frequency bins, the related PSDs in a multichannel audio application can be identified. From these an appropriate multichannel Wiener filter for each microphone signal can be calculated, which will provide the estimated source signal at its output.

The main focus of this thesis is to analyse signals (signal-dependent analysis) and room responses (system-dependent analysis) from a statistical point of view, attempt to determine the underlying statistical relationships between the reverberant signals and the room responses and propose relevant statistical models. Based on such a statistical framework, this thesis aims to propose novel methodologies for the extraction of room acoustical information and parameters from reverberant signals. Schroeder's theory is experimentally evaluated for various Room Transfer Functions (RTFs) measured in many source/receiver positions in various enclosures and several related aspects are discussed. Using a statistical approach, the effects of reverberant energy on the histograms and statistical measures are discussed and models describing the relationship of statistical measures between the reverberant signal and the RTFs are extracted. Then, the statistical properties of Binaural Room Transfer Functions (BRTFs) and binaural cues are examined. The well-known property of the spectral standard deviation of the magnitude of RTFs, that is its convergence to 5.6 dB for diffuse fields, is examined for the case of BRTFs, using a similar approach and a generic model for the relationship of the spectral standard deviation of RTFs and BRTFs. This thesis is also concerned with the distance estimation problem from a perceptual and computational point of view. Two novel methods for the estimation of the source/receiver distance using speech signals are proposed. The first method is able to detect the distance between the speaker and the microphone in a room environment using single-channel signals. The distance-dependent variation of several temporal and spectral statistical features of single-channel signals is studied and a novel sound source distance detector, based on these features is developed. The second method estimates distance from binaural speech signals (two-channel signals). This method does not require a priori knowledge of the room impulse response, the reverberation time or any other acoustical parameter and relies on a set of novel features extracted from the reverberant binaural signals. For this method, a novel distance estimation feature is introduced exploiting the standard deviation of the difference of the magnitude spectra of the left and right binaural signals (termed here as Binaural Spectral Magnitude Difference Standard Deviation (BSMD STD)). Moreover, an extended and novel set of additional features based on the statistical properties of binaural cues (ILDs, ITDs, ICs) is extracted from an auditory front-end which models the peripheral processing of the human auditory system. Both methods rely on novel distance-dependent features, related to statistical parameters of speech signals. Finally, a novel method for the estimation of the direct-to-reverberant-ratio (DRR) from dual-channel microphone recordings without having knowledge of the source signal is presented. / Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη μελέτη και ανάλυση των στατιστικών χαρακτηριστικών ηχητικών σημάτων και των ακουστικών αποκρίσεων χώρου, έχοντας ως πρωταρχικό σκοπό να προτείνει σχέσεις που περιγράφουν τη συσχέτιση των στατιστικών χαρακτηριστικών των σημάτων με αντήχηση με τις ακουστικές αποκρίσεις χώρων. Βάσει ενός τέτοιου θεωρητικού πλαισίου, η διατριβή αυτή αποσκοπεί στο να προτείνει νέες μεθοδολογίες για την εξαγωγή πληροφορίας που σχετίζεται με τα ακουστικά χαρακτηριστικά των χώρων, κάνοντας χρήση ηχογραφημένων ηχητικών σημάτων (π.χ. σήματα ομιλίας) στους εκάστοτε κλειστούς χώρους. Το θεωρητικό υπόβαθρο αυτής της διατριβής βασίζεται σε υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα για το ηχητικό πεδίο μέσα σε ένα κλειστό χώρο, όπως, για παράδειγμα, το στατιστικό μοντέλο του Schroeder. Το μοντέλο του Schroeder επιβεβαιώνεται πειραματικά για ακουστικές αποκρίσεις που έχουν μετρηθεί σε διάφορες θέσεις, μέσα σε κλειστούς χώρους, οι οποίοι διαφέρουν στα ακουστικά χαρακτηριστικά τους. Βάσει στατιστικής ανάλυσης, εξάγονται στατιστικά μοντέλα, τα οποία περιγράφουν την επίδραση της αντήχησης στα ηχητικά σήματα, όταν αυτά αναπαραχθούν μέσα σε ένα κλειστό χώρο. Στη συνέχεια, λαμβάνοντας υπόψη αντιληπτικά μοντέλα ακοής, τα οποία προϋποθέτουν την ύπαρξη δυο ηχητικών σημάτων (δυο αυτιά, αμφιωτική ακοή) σε αυτή τη διατριβή, μελετώνται κάποιες παράμετροι οι οποίες εξάγονται από αμφιωτικές ακουστικές αποκρίσεις χώρου. Η ιδιότητα της φασματικής τυπικής απόκλισης συναρτήσεων μεταφοράς χώρων να συγκλίνει στην τιμή των 5.6~dB για διάχυτα ηχητικά πεδία, επεκτείνεται στην περίπτωση των αμφιωτικών αποκρίσεων χώρου και προτείνεται ένα γενικευμένο μοντέλο που συσχετίζει τη φασματική τυπική απόκλιση μονοφωνικών και αμφιωτικών συναρτήσεων μεταφοράς χώρου. Η διατριβή αυτή, επίσης, ασχολείται με το πρόβλημα της εκτίμησης της απόστασης μεταξύ πηγής και δέκτη. Προτείνονται δυο νέες μέθοδοι για την εκτίμηση της απόστασης μεταξύ πηγής και δέκτη, κάνοντας χρήση ηχητικών σημάτων ομιλίας. Η προτεινόμενη μέθοδος βασίζεται σε μια σειρά από στατιστικές παραμέτρους των οποίων οι τιμές μεταβάλλονται είτε στο πεδίο του χρόνου είτε στο πεδίο της συχνότητας. Η δεύτερη προτεινόμενη μέθοδος αφορά, επίσης, στην εκτίμηση της απόστασης πηγής/δέκτη, αλλά από αμφιωτικά σήματα. Η μέθοδος αυτή δεν προαπαιτεί γνώση της ακουστικής απόκρισης του χώρου, του χρόνου αντήχησης ή άλλης ακουστικής παραμέτρου και βασίζεται σε μια σειρά από νέες παραμέτρους, οι οποίες μπορούν να υπολογισθούν από τα αμφιωτικά σήματα με αντήχηση. Οι παράμετροι συνδυάζονται με δυο διαφορετικές τεχνικές αναγνώρισης προτύπων των οποίων τα μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα συζητώνται. Στα πλαίσια αυτής της μεθόδου, προτείνεται μια νέα παράμετρος, η οποία βασίζεται στη διαφορά της φασματικής τυπικής απόκλισης του αριστερού και του δεξιού αμφιωτικού ηχητικού σήματος, η οποία αποδεικνύεται ότι σχετίζεται με τα στατιστικά της αντίστοιχης μονοφωνικής ακουστικής απόκρισης. Τέλος, προτείνεται μια σειρά από παραμέτρους οι οποίες βασίζονται στα στατιστικά χαρακτηριστικά αμφιωτικών παραμέτρων και σχετίζονται με το αντιληπτικό μοντέλο της ανθρώπινης ακοής. Τέλος, προτείνεται μια νέα μέθοδος για την εκτίμηση της στάθμης λόγου κατευθείαν προς ανακλώμενου ήχου από στερεοφωνικά σήματα.

The olive oil extraction industry represents a substantial share of the economies of Mediterranean countries but leads to serious environmental problems by producing huge amounts of wastes (by-products) within a short production period. The production rate of olive oil is about 1.4-1.8 million tonnes per year in the Mediterranean, resulting in 30 million m3 of by-products and 20 million tonnes of olive pomace. A small portion of these wastes can be used as raw materials in different industries as they contain valuable natural resources. Greece has about 2300 small-scale, rural, agro-industrial units that extract olive oil. These are generally three-phase systems and their by-products include olive mill residual solids (olive pomace and leaves) and olive mill waste water. Olive mills produce significant quantities of solid wastes with outputs of 0.35 tonnes of olive pomace and 0.05 tonnes of leaves per tonne of olives. The huge quantities of olive pomace and olive leaves produced within the short oil extraction season cause serious management problems in terms of volume and space. The solid wastes (olive pomace and olive leaves) that are produced contain almost 95% organic matter and although they could be highly beneficial to agricultural soils, it has been shown that they also contain toxic compounds and lipid which increase soil hydrophobicity and decrease water retention and infiltration rate. The soils of most Mediterranean countries have low organic matter contents (<1%) which has negative impacts on agriculture. Frequent application of composted organic residues increases soil fertility, mainly by improving aggregate stability and decreasing soil bulk density. Organic amendments play a positive role in climate change abatement by soil carbon sequestration. Recurrent use of composted materials enhances soil organic nitrogen content by up to 90%. To replenish soil organic matter content and promote eco-friendly crop production, the application of olive pomace compost could be a good solution. To examine olive mill solid waste composting, four pilot-scale experiments were carried out to produce good quality compost using three phase olive mill solid waste (olive pomace, OP) and different bulking agents such as rice husk (RH), olive leaves (OL) sawdust (SD), wood shavings (WS), and chromium treated reed plants (RP). A series of parallel experiments was carried out to examine the effect final compost quality of: (a) initial moisture content, (b) water addition during the composting process, and (c) material ratios, and to also determine the toxicity level in plants and human blood lymphocytes (genotoxicity and cytotoxicity). For each experiment, six trapezoidal bins were used with dimensions 1.26 m long, 0.68 m wide and 0.73 m deep, and a total volume of 0.62 m3. The study was carried out in the facilities of the Department of Environmental and Natural Resources Management, University of Patras, Agrinio, in a closed area to maintain controlled temperature conditions. To monitor the composting process and evaluate compost quality, physicochemical parameters (temperature, moisture content, pH, electrical conductivity, organic matter, volatile solids, total organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, potassium, sodium, and water soluble phenols) were measured at different phases. The respirometric test (O2 uptake) was performed to determine compost stability. Experimental results showed that even after short composting periods, the quality of the final product remained high. The final product had excellent physicochemical characteristics (C/N: 12.1–17.5, germination index (GI): 88.32–164.43%, Cr: 8–10 mg/kg dry mass, that fulfill1 EU requirements and can be used as a fertilizer in organic farming. To achieve higher quality of the final product, Olive pomace should be used in higher ratios than the other materials (OL, RH, WS, SD and RP). The amount (volume of humidifying agents) and time (frequency) of moisture addition also played an important role during composting. Based on the experimental results, olive mill wastes can produce a high quality soil amendment which has no phytotoxic, genotoxic or cytotoxic effects. Nevertheless, composting duration and bulking agents and their ratios are crucial factors that determine the quality of the final product. Finally, the revision of EU regulations is proposed to include genotoxic and cytotoxic evaluation of composts that enter the human food chain. A full-scale compost unit was designed based on the experimental results. For a typical small-sized olive mill, processing 30 tonnes of olives per day for a 100-day operation period, a total area of about 850 m2 is needed to compost the mill’s entire annual waste production. / Η βιομηχανία παραγωγής ελαιόλαδου αποτελεί ένα σημαντικό κομμάτι της οικονομίας στις χώρες της Μεσογείου, προκαλώντας ταυτόχρονα σημαντικά περιβαλλοντικά προβλήματα, λόγω της παραγωγής μεγάλων ποσοτήτων αποβλήτων κατά τη σύντομη περίοδο λειτουργίας των ελαιοτριβείων. Η μέση ετήσια παραγωγή ελαιολάδου στην Μεσόγειο κυμαίνεται στους 1.4-1.8 χιλιάδες τόνους, ενώ παράγονται επίσης περίπου 30 χιλιάδες m3 παραπροϊόντων και 20 χιλιάδες τόνους ελαιοπυρήνα. Μόνο ένα μικρό μέρος αυτών των παραπροϊόντων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη σε διάφορες βιομηχανίες. Η Ελλάδα έχει περίπου 2300 ελαιοτριβεία μικρής κλίμακας διασπαρμένα στην ύπαιθρο. Τα ελαιοτριβεία αυτά είναι κυρίως τριφασικά και τα παραπροϊόντα τους συμπεριλαμβάνουν στερεά υπολείμματα (ελαιουρήνας και φύλλα) και υγρά απόβλητα ελαιοτριβείου. Τα ελαιοτριβεία παράγουν σημαντικές ποσότητες στερεών υπολειμμάτων παρέχοντας περίπου 0.35 τόνους ελαιοπυρήνα και 0.05 τόνους φύλλων ανά τόνο ελαιοκάρπου, παρακαλώντας σημαντικά προβλήματα στη διαχείρισης τους. Τα στερεά υπολείμματα (ελαιοπυρήνας και φύλλα) περιέχουν 95% οργανική ύλη, καθιστώντας τα δυνητικά κατάλληλα ως εδαφοβελτιωτικά, καθώς τα εδάφη των περισσότερων Μεσογειακών χωρών έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε οργανική ύλη (<1%) επηρεάζοντας αρνητικά την γεωργία. Τα υπολλείματα αυτά περιέχουν ωστόσο τοξικές ουσίες και έλαια, τα οποία αυξάνουν την υδροφοβικότητα του εδάφους και μειώνουν την κατακράτηση του νερού και την ρυθμό διήθησης. Έχει αποδειχθεί ότι συχνές εφαρμογές κομποστοποιημένων οργανικών υπολειμμάτων αυξάνουν την γονιμότητα του εδάφους, αυξάνοντας κυρίως τη συνολική σταθερότητα και την πυκνότητα του εδάφους. Η συχνή χρήση κομποστοποιημένων υλικών βελτιώνει την περιεκτικότητα των εδαφών σε οργανικό άζωτο του εδάφους έως και 90%. Η κομποστοποίηση ελαιοπυρήνα θα μπορούσε να αποτελέσει μια πιθανή λύση για την αναπλήρωση του περιεχομένου σε οργανική υλη των εδαφών και για την προώθηση μιας οίκοφιλικής αγροτικής παραγωγής. Για να εξεταστεί η κομποστοποιήση στερεών υπολειμμάτων ελαιοτριβείων, διεξήχθησαν 4 πειράματα πιλοτικής κλίμακας για την παραγωγή κομποστ, χρησιμοποιώντας στερεά υπολείμματα τριφασικών ελαιοτριβείων (ελαιοπυρήνας) και διαφόρους διογκωτικούς παράγοντες, όπως φλοιό ρυζιού, φύλλα ελιάς, πριονίδια, ροκανίδια, και καλάμια με υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο. Σκοπός των παράλληλων πειραμάτων ήταν η εξέταση της επίδρασης στην ποιότητα του τελικού κομπόστ των: (α) αρχικού περιεχόμενου υγρασίας, (β) της προσθήκης νερού κατά την διάρκεια της κομποστοποιήσης, (γ) των ποσοστών ανάμιξης των υλικών, καθώς επίσης και ο προσδιορισμός της φυτοτοξικότητας και της γενοτοξικότητας των τελικών κομπόστ. Σε κάθε πείραμα χρησιμοποιήθηκαν 6 τραπεζοειδή πλαστικά δοχεία διαστάσεων 1.26 m σε μήκος, 0.68 m σε πλάτος και 0.73 m σε ύψος, με ολικό όγκο 0.62 m3. Οι πιλοτικές μονάδες ήταν τοποθετημένες σε κλειστό χώρο του Τμήματος Διαχείρισης Περιβάλλοντος και Φυσικών Πόρων του Πανεπιστημίου Πατρών στο Αγρίνιο, ώστε να επικρατούν σταθερές συνθήκες θερμοκρασίας. Η παρακολούθηση της κομποστοποίησης και η εκτίμηση της ποιότητας του κομπόστ, έγινε μέσω του προσδιορισμού διαφόρων φυσικοχημικών παραμέτρων (θερμοκρασία, περιεχόμενο υγρασίας, pH, ηλεκτρική αγωγιμότητα, περιεχόμενη οργανική ύλη, πτητικά στέρεα, ολικός οργανικός άνθρακας, ολικό άζωτο, ολικό φώσφορος, κάλιο, νάτριο, και ολικές φαινόλες). Για την εκτίμηση της ποιότητας του κομποστ πραγματοποιήθηκαν επίσης ρεσπιρομετρικά τεστ (κατανάλωση O2). Τα πειραματικά αποτελέσματα απέδειξαν ότι ακόμα και μετά από σύντομες περιόδους κομποστοποιήσης η ποιότητα του τελικού κομπόστ παρέμενε υψηλή. Το τελικό προϊόν είχε εξαιρετικά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά (C/N: 12.1–17.5, δείκτης βλαστικότητας (GI): 88.32–164.43%, Cr: 8–10 mg/kg ξηρής μάζας), τα οποία είναι εντός των νομοθετικών ορίων της ΕΕ για την χρήση λιπασμάτων σε βιολογικές καλλιέργειες. Για την παραγωγή υψηλής ποιότητας κομπόστ ο ελαιοπυρήνας πρέπει να χρησιμοποιείτε σε μεγαλύτερη αναλόγια σε σχέση με τα υπόλοιπα υλικά. Η ποσότητα και η συχνότητα προσθήκης νερού παίζει επίσης σημαντικό ρόλο κατά τη κομοστοποιήση. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα αποδείχθηκε ότι τα στερεά υπολείμματα ελαιοτριβείων μπορούν να παράξουν ένα υψηλής ποιότητας εδαφοβελτιωτικό, το οποίο δεν εμφανίζει φυτοτοξικότητα, γενοτοξικότητα και κυτταροτοξικότητα. Παρόλο αυτά η διάρκεια της κομποστοποίησης, οι διογκωτικοί παράγοντες και τα ποσοστά ανάμιξης των υλικών είναι κρίσιμοι παράγοντες, που επηρεάζουν την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Επίσης αναφέρουμε ότι η νομοθεσία της ΕΕ θα πρέπει να αναθεωρηθεί συμπεριλαμβάνοντας τόσο τη γενοτοξική και την κυτταρτοξική εκτίμηση του κομπόστ πριν χρησιμοποιηθεί για βρώσιμες καλλιέργειες. Τέλος με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα διαστασιολοήθηκε μια μονάδα πλήρους κλίμακας για την κομποστοποίηση στερεών υπολειμμάτων ελαιοτριβείου. Έτσι για ένα τυπικό μικρής κλίμακας ελαιοτριβείο, που επεξεργάζεται ημερησίως 30 τόνους ελιών και για περίοδο κομποστοποίησης 100 ημερών, χρειάζεται μια συνολική έκταση περίπου 850 m2 για τη κομπστοποίηση όλης της ετησίας ποσότητας του ελαιοπυρήνα.

Μια από τις συνεχώς εξελισσόμενες περιοχές της επιστήμης των υπολογιστών είναι η Υπολογιστική Όραση, σκοπός της οποίας είναι η δημιουργία έξυπνων συστημάτων για την ανάκτηση πληροφοριών από πραγματικές εικόνες. Πολλές σύγχρονες εφαρμογές της υπολογιστικής όρασης βασίζονται στην αντιστοίχιση εικόνων. Την πλειοψηφία των αλγορίθμων αντιστοίχισης συνθέτουν παραμετρικές τεχνικές, σύμφωνα με τις οποίες υιοθετείται ένα παραμετρικό μοντέλο, το οποίο εφαρμοζόμενο στη μια εικόνα δύναται να παρέχει μια προσέγγιση της άλλης. Στο πλαίσιο της διατριβής μελετάται εκτενώς το πρόβλημα της Στερεοσκοπικής Αντιστοίχισης και το γενικό πρόβλημα της Ευθυγράμμισης Εικόνων. Για την αντιμετώπιση του πρώτου προβλήματος προτείνεται ένας τοπικός αλγόριθμος διαφορικής αντιστοίχισης που κάνει χρήση μιας νέας συνάρτησης κόστους, του Τροποποιημένου Συντελεστή Συσχέτισης (ECC), η οποία ενσωματώνει το παραμετρικό μοντέλο μετατόπισης στον κλασικό συντελεστή συσχέτισης. Η ενσωμάτωση αυτή καθιστά τη νέα συνάρτηση κατάλληλη για εκτιμήσεις ανομοιότητας με ακρίβεια μικρότερη από αυτήν του εικονοστοιχείου. Αν και η συνάρτηση αυτή είναι μη γραμμική ως προς την παράμετρο μετατόπισης, το πρόβλημα μεγιστοποίησης έχει κλειστού τύπου λύση με αποτέλεσμα τη μειωμένη πολυπλοκότητα της διαδικασίας της αντιστοίχισης με ακρίβεια υπο-εικονοστοιχείου. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος παρέχει ακριβή αποτελέσματα ακόμα και κάτω από μη γραμμικές φωτομετρικές παραμορφώσεις, ενώ η απόδοσή του υπερτερεί έναντι γνωστών στη διεθνή βιβλιογραφία τεχνικών αντιστοίχισης ενώ φαίνεται να είναι απαλλαγμένος από το φαινόμενο pixel locking. Στην περίπτωση του προβλήματος της ευθυγράμμισης εικόνων, η προτεινόμενη συνάρτηση γενικεύεται με αποτέλεσμα τη δυνατότητα χρήσης οποιουδήποτε δισδιάστατου μετασχηματισμού. Η μεγιστοποίησή της, η οποία αποτελεί ένα μη γραμμικό πρόβλημα, επιτυγχάνεται μέσω της επίλυσης μιας ακολουθίας υπο-προβλημάτων βελτιστοποίησης. Σε κάθε επανάληψη επιβάλλεται η μεγιστοποίηση μιας μη γραμμικής συνάρτησης του διανύσματος διορθώσεων των παραμέτρων, η οποία αποδεικνύεται ότι καταλήγει στη λύση ενός γραμμικού συστήματος. Δύο εκδόσεις του σχήματος αυτού προτείνονται: ο αλγόριθμος Forwards Additive ECC (FA-ECC) και o αποδοτικός υπολογιστικά αλγόριθμος Inverse Compositional ECC (IC-ECC). Τα προτεινόμενα σχήματα συγκρίνονται με τα αντίστοιχα (FA-LK και SIC) του αλγόριθμου Lucas-Kanade, ο οποίος αποτελεί σημείο αναφοράς στη σχετική βιβλιογραφία, μέσα από μια σειρά πειραμάτων. Ο αλγόριθμος FA-ECC παρουσιάζει όμοια πολυπλοκότητα με τον ευρέως χρησιμοποιούμενο αλγόριθμο FA-LΚ και παρέχει πιο ακριβή αποτελέσματα ενώ συγκλίνει με αισθητά μεγαλύτερη πιθανότητα και ταχύτητα. Παράλληλα, παρουσιάζεται πιο εύρωστος σε περιπτώσεις παρουσίας προσθετικού θορύβου, φωτομετρικών παραμορφώσεων και υπερ-μοντελοποίησης της γεωμετρικής παραμόρφωσης των εικόνων. Ο αλγόριθμος IC-ECC κάνει χρήση της αντίστροφης λογικής, η οποία στηρίζεται στην αλλαγή των ρόλων των εικόνων αντιστοίχισης και συνδυάζει τον κανόνα ενημέρωσης των παραμέτρων μέσω της σύνθεσης των μετασχηματισμών. Τα δύο αυτά χαρακτηριστικά έχουν ως αποτέλεσμα τη δραστική μείωση του υπολογιστικού κόστους, ακόμα και σε σχέση με τον SIC αλγόριθμο, με τον οποίο βέβαια παρουσιάζει παρόμοια συμπεριφορά. Αν και ο αλγόριθμος FA-ECC γενικά υπερτερεί έναντι των τριών άλλων αλγορίθμων, η επιλογή μεταξύ των δύο προτεινόμενων σχημάτων εξαρτάται από το λόγο μεταξύ ακρίβειας αντιστοίχισης και υπολογιστικού κόστους. / Computer Vision has been recently one of the most active research areas in computer society. Many modern computer vision applications require the solution of the well known image registration problem which consist in finding correspondences between projections of the same scene. The majority of registration algorithms adopt a specific parametric transformation model, which is applied to one image, thus providing an approach of the other one. Towards the solution of the Stereo Correspondence problem, where the goal is the construction of the disparity map, a local differential algorithm is proposed which involves a new similarity criterion, the Enhanced Correlation Coefficient (ECC). This criterion is invariant to linear photometric distortions and results from the incorporation of a single parameter model into the classical correlation coefficient, defining thus a continuous objective function. Although the objective function is non-linear in translation parameter, its maximization results in a closed form solution, saving thus much computational burden. The proposed algorithm provides accurate results even under non-linear photometric distortions and its performance is superior to well known conventional stereo correspondence techniques. In addition, the proposed technique seems not to suffer from pixel locking effect and outperforms even stereo techniques, dedicated to the cancellation of this effect. For the image alignment problem, the maximization of a generalized version of ECC function that incorporates any 2D warp transformation is proposed. Although this function is a highly non-linear function of the warp parameters, an efficient iterative scheme for its maximization is developed. In each iteration of the new scheme, an efficient approximation of the nonlinear objective function is used leading to a closed form solution of low computational complexity. Two different iterative schemes are proposed; the Forwards Additive ECC (FA-ECC) and the Inverse Compositional ECC (IC-ECC) algorithm. Τhe proposed iterative schemes are compared with the corresponding schemes (FA-LK and SIC) of the leading Lucas-Kanade algorithm, through a series of experiments. FA-ECC algorithm makes use of the known additive parameter update rule and its computational cost is similar to the one required by the most widely used FA-LK algorithm. The proposed iterative scheme exhibits increased learning ability, since it converges faster with higher probability. This superiority is retained even in presence of additive noise and photometric distortion, as well as in cases of over-modelling the geometric distortion of the images. On the other hand, IC-ECC algorithm makes use of inverse logic by swapping the role of images and adopts the transformation composition update rule. As a consequence of these two options, the complexity per iteration is drastically reduced and the resulting algorithm constitutes the most computationally efficient scheme than three other above mentioned algorithms. However, empirical learning curves and probability of convergence scores indicate that the proposed algorithm has a similar performance to the one exhibited by SIC. Though FA-ECC seems to be clearly more robust in real situation conditions among all the above mentioned alignment algorithms, the choice between two proposed schemes necessitates a trade-off between accuracy and speed.