Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή ενός συστήματος που να μπορεί να ξεχωρίζει τα οχήματα από άλλα αντικείμενα με τη χρήση κυματιδίου Haar και φίλτρου Gabor (εξαγωγή χαρακτηριστικών) και SVM, RBF για ταξινόμηση. / The aim of this thesis is the construction of a system that will be able to distiguish vehicles from other objects using Haar and Gabor filter (export characteristic) and SVM, RBF for classification.

Τα συστήματα διεπαφών ανθρώπινου εγκεφάλου-υπολογιστή (BCIs: Brain-Computer Interfaces) απαιτούν την πραγματικού χρόνου, αποτελεσματική επεξεργασία των μετρήσεων των ηλεκτροεγκεφαλογραφικών (ΗΕΓ) σημάτων του χρήστη τους, προκειμένου να μεταφράσουν τις νοητικές διεργασίες/προθέσεις του σε σήματα ελέγχου εξωτερικών διατάξεων ή συστημάτων. Στο πλαίσιο της εργασίας αυτής μελετήθηκε το θεωρητικό υπόβαθρο του προβλήματος και αναλύθηκαν συνοπτικά οι κυριότερες τεχνικές που χρησιμοποιούνται σήμερα. Επιπρόσθετα, παρουσιάστηκε μία μέθοδος ταξινόμησης των νοητικών προθέσεων της αριστερής και δεξιάς κίνησης των χεριών ενός χρήστη η οποία εφαρμόστηκε σε πραγματικά ιατρικά δεδομένα. Η εξαγωγή των χαρακτηριστικών που διαφοροποιούνται μεταξύ των δύο καταστάσεων βασίστηκε σε πληροφορίες του πεδίου χρόνου-συχνότητας, οι οποίες αντλούνται με το φιλτράρισμα των ακατέργαστων ΗΕΓ δεδομένων και με τη βοήθεια των αιτιατών κυματιδίων Morlet, ενώ για την επακόλουθη ταξινόμηση των χαρακτηριστικών αναπτύχθηκαν και συγκρίθηκαν δύο αξιόπιστες μέθοδοι. Η πρώτη αφορά στη δημιουργία πιθανοθεωρητικών προτύπων κανονικής κατανομής για κάθε κατηγορία πρόθεσης κίνησης, με την τελική απόφαση ταξινόμησης να λαμβάνεται με εφαρμογή του απλού ταξινομητή του Bayes, ενώ η δεύτερη δημιουργεί ένα πρότυπο ταξινόμησης με βάση το θεωρητικό πλαίσιο των Μηχανών Διανυσμάτων Υποστήριξης (SVM). Στόχος του προβλήματος της δυαδικής ταξινόμησης είναι να αποφασίζεται σε ποια από τις δύο κατηγορίες ανήκει μία δεδομένη νοητική πρόθεση όσο το δυνατόν ταχύτερα και αξιόπιστα, έτσι ώστε ο σχεδιαζόμενος αλγόριθμος να εξυπηρετήσει ένα πλαίσιο ανατροφοδότησης της τελικής απόφασης στο χρήστη σε συνθήκες πραγματικού χρόνου. / Brain-Computer Interfaces (BCIs) demand the efficient processing of EEG data in order to translate one's thought or wish into a control signal that can be applied as input to external devices. Here we present a method to classify left from right hand movements, by extracting features from the data with Morlet wavelets and classifying with two different models, SVMs and Naive Bayes Classifier.

Στην παρούσα διατριβή, ερευνάται αν οι διακυμάνσεις της τριχοειδούς πίεσης είναι δυνατό να παράσχουν ποσοτική πληροφορία που αφορά τη χωρική κατανομή της διαβροχής σε πορώδη μέσα κλασματικής διαβροχής. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν πειράματα εκτόπισης της ελαϊκής φάσης από υδατική υπό σταθερή παροχή σε πορώδη μέσα κλασματικής διαβροχής. Τα πορώδη μέσα κλασματικής διαβροχής κατασκευάστηκαν με τυχαία ανάμιξη γυάλινων και πλαστικών (PTFE) σφαιρών, απαράλλαχτης διαμέτρου, έτσι ώστε η γεωμετρία των πόρων να διατηρηθεί αναλλοίωτη. Η χωρική κατανομή των διαφορετικών ειδών σφαιρών διέφερε ακόμη και όταν τα σχετικά τους κλάσματα ήταν ίδια. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων λαμβάνονταν μετρήσεις της μεταβατικής απόκρισης της τριχοειδούς πίεσης και στιγμιότυπα της εκτόπισης ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Αρχικά πραγματοποιήθηκαν πειράματα εκτόπισης σε πορώδη μέσα που ήταν ενδιάμεσα υδατοδιαβρεκτά και ισχυρά ελαιοδιαβρεκτά. Τα ληφθέντα σήματα τριχοειδούς πίεσης, αναλύθηκαν με τη μέθοδο των κυματιδίων (wavelet) και συσχετίσθηκαν με τα γεγονότα ροής που ελάμβαναν χώρα. Η διαβροχή των περιοχών των πορωδών μέσων που εισδύονταν από υδατική φάση περιγράφηκε μέσω ενός εμπειρικού δείκτη διαβροχής ο οποίος συσχετίστηκε με τα φάσματα λεπτομέρειας που προέκυψαν από την ανάλυση των σημάτων. Στην περίπτωση ομοιόμορφης και ενδιάμεσης υδατοδιαβροχής ευνοούνται γεγονότα ροής που συνοδεύονται από σημαντικές διακυμάνσεις της τριχοειδούς πίεσης ώστε να καθίσταται δύσκολη η παραπάνω συσχέτιση. Για το λόγο αυτό πραγματοποιήθηκαν πειράματα εκτόπισης με χρήση ενός δεύτερου ζεύγους ρευστών. Τα πορώδη μέσα κλασματικής διαβροχής ως προς το δεύτερο ζεύγος ρευστών ήταν υδατοδιαβρεκτά και ισχυρά ελαιοδιαβρεκτά. Στην περίπτωση του δεύτερου ζεύγους ρευστών, τα σήματα τριχοειδούς πίεσης χαρακτηρίζονταν από αργές και μικρές σε ύψος διακυμάνσεις. Αυτή η διαφορετικότητα επέβαλλε τη βελτίωση της μεθόδου ανάλυσης των σημάτων ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί σε όλα τα σήματα που ελήφθησαν στα πειράματα εκτόπισης της παρούσας εργασίας. Υιοθετήθηκαν πλέον δύο εμπειρικοί δείκτες διαβροχής: ο πρώτος δείκτης, Λ, δηλώνει τη διαβροχή της ενεργούς διεπιφάνειας και ο δεύτερος δηλώνει τη διαβροχή της επιφάνειας του πορώδους μέσου που γεμίζει με υδατική φάση όταν κινηθεί η προαναφερθείσα διεπιφάνεια. Οι δύο δείκτες διαβροχής συσχετίστηκαν με την «ενέργεια» των σημάτων, τη «συχνότητα» των φασμάτων λεπτομερειών του βέλτιστου επιπέδου ανάλυσης των σημάτων και τις χρονομέσες τιμές τριχοειδούς πίεσης. / A transparent porous medium of controlled fractional wettability is fabricated by mixing water-wet glass microspheres with strongly oil-wet polytetrafluouroethylene microspheres and packing them between two transparent glass plates. The displacement experiments performed for two pairs of fluids: a) silicon oil and water and b) paraffin oil and water. The growth pattern is video recorded and the transient response of the pressure drop across the pore network is measured for various fractions of oil-wet particles. The measured global capillary pressure fluctuates as the result of the variation of the equilibrium curvature of menisci between local maxima and local minima. By using wavelet transform on the capillary pressure signal, the best level detail spectrum arises and its peaks indict the parts of the original signal with the most important fluctuations, each of those is analyzed again. The best level detail coefficients give the “energy” of the analyzed part of the capillary pressure signal while the number of the most important fluctuations of the best level detail spectrum to the time interval they took place gives the “frequency” of the best level detail spectrum. The time averaged capillary pressure, the “energy” and the “frequency” are associated with the frontal wettability of the interface separating the two fluids before the invasion step and one number which denotes the regional wettability of the invaded area.

Για τέσσερις τουλάχιστον δεκαετίες η παρακολούθηση (monitoring) των φραγμάτων αποτελεί βασική προϋπόθεση για τη διασφάλιση της σωστής λειτουργίας τους και την αποφυγή αστοχιών οι οποίες δεν είναι μεν πολύ συχνές έχουν όμως εξαιρετικά μεγάλη ένταση καταστροφικών αποτελεσμάτων, πρωτογενών και δευτερογενών. Η παρακολούθηση των φραγμάτων είναι ιδιαίτερα σημαντική κατά τη διάρκεια δύο περιόδων αυξημένου κινδύνου αστοχιών: (1) της πρώτης πλήρωσης (που μπορεί να επιτελείται τμηματικά, σε περιόδους που απέχουν μέχρι και δεκαετίες, όπως στην περίπτωση του φράγματος των Κρεμαστών) και (2) της γήρανσης (κατά μέσο όρο μερικές δεκαετίες μετά την πρώτη πλήρωση). Σημαντικό τμήμα της παρακολούθησης αυτής καλύπτουν γεωδαιτικές μέθοδοι που αφορούν την καταγραφή των μετακινήσεων σημείων ελέγχου εγκατεστημένων μόνιμα πάνω στο φράγμα με στόχο την ανίχνευση τυχόν παραμορφώσεων (αλλαγή της γεωμετρίας) στο σώμα του φράγματος αλλά και τυχόν μετατόπισή του από το πεδίο θεμελίωσης. Παρότι η συστηματική παρακολούθηση είναι εξαιρετικά διαδεδομένη, υπάρχει εξαιρετική σπάνις δεδομένων και συστηματικών μελετών σχετικά με τη μακροχρόνια συμπεριφορά των φραγμάτων για διάφορους λόγους (σκόπιμη απόκρυψη στοιχείων, κακή ποιότητα καταγραφών κτλ.). Στην πλειοψηφία τους τα διαθέσιμα στοιχεία αφορούν κυρίως την περίοδο της πρώτης πλήρωσης με τις μετακινήσεις να καλύπτουν διάστημα < 10 ετών. Βασικός στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη των γεωδαιτικών στοιχείων του Φράγματος Κρεμαστών, ενός από τα μεγαλύτερα χωμάτινα φράγματα στην Ευρώπη (ύψος 160m και μήκος στέψης 456m) και ενός φράγματος σε δυσμενές σεισμοτεκτονικό και γεωλογικό περιβάλλον (έντονη σεισμικότητα, ανομοιογενή θεμέλια, με υλικά διαπερατά και τεκτονισμένα), με σκοπό να διερευνηθούν: (1) Οι λεπτομέρειες της παραμόρφωσης του φράγματος βάσει μακροχρόνιων δεδομένων γεωδαιτικά καταγεγραμμένων μετατοπίσεων (> 30 ετών) (2) Ο συσχετισμός των μετακινήσεων με τη στάθμη της λίμνης, τη βροχόπτωση και μικροαστοχίες ή πλημμύρες που εμφανίστηκαν. Τα διαθέσιμα γεωδαιτικά στοιχεία κάλυπταν τη χρονική περίοδο Ιούνιος 1966 – Μάιος 2003 και περιελάμβαναν τις οριζόντιες αποκλίσεις από ευθυγραμμία και τις κατακόρυφες μετακινήσεις ως προς μια χωροσταθμική αφετηρία 25 σημείων ελέγχου εγκατεστημένων στη στέψη και τα πρανή του φράγματος. Ήταν επίσης διαθέσιμες οι παρατηρήσεις της στάθμης ταμιευτήρα και οι τιμές της βροχόπτωσης στην περιοχή του φράγματος. Οι συνολικές οριζόντιες αποκλίσεις των σημείων ελέγχου στη χρονική περίοδο που εξετάστηκε έφτασαν τα 30cm και οι συνολικές κατακόρυφες μετακινήσεις τα 77cm. Η ακρίβεια των μετακινήσεων εκτιμήθηκε πολύ καλύτερη από 1mm για τις οριζόντιες αποκλίσεις και 1.3mm για τις κατακόρυφες μετακινήσεις. Από την ανάλυση στο πεδίο του χρόνου προέκυψε ότι οι παρατηρήσεις μπορούν να προσεγγιστούν με ένα πολυώνυμο 4ου βαθμού εντός του χρονικού διαστήματος που καλύπτουν οι μετρήσεις. Οι παραμορφώσεις είναι μόνιμες, ενώ παρουσιάζουν τάση για σταθεροποίηση. Το εύρος των μετακινήσεων δεν κρίνεται ανησυχητικό λαμβάνοντας υπόψη την ηλικία του φράγματος (> 40 χρόνων). Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσίασε η συνεχής κίνηση προς τα ανάντη πέντε σημείων έλεγχου στο κατάντη πρανές. Πιθανότερη αιτία εκτιμήθηκε ότι αποτελούν οι διαρροές στο φράγμα που συγκεντρώνονται στη σήραγγα αποστράγγισης σε θέση κοντά στα εν λόγω σημεία. Για τη διερεύνηση της επίδρασης της στάθμης ταμιευτήρα και της βροχόπτωσης στις μετακινήσεις του φράγματος εφαρμόστηκε αρχικά φασματική ανάλυση με σκοπό τον προσδιορισμό των κύριων περιόδων των διαθέσιμων παρατηρήσεων. Χρησιμοποιήθηκαν (α) οι μετασχηματισμοί Fourier, όπου το επέτρεπαν οι συνθήκες και (β) το κανονικοποιημένο περιοδόγραμμα Lomb. Για την εφαρμογή του τελευταίου αναπτύχθηκε ειδικό λογισμικό σε γλώσσα προγραμματισμού Fortran. Η φασματική ανάλυση των τιμών της στάθμης του ταμιευτήρα κατέληξε στον προσδιορισμό > 10 κύριων περιόδων με εμφανώς υπερέχουσα την ετήσια. Οι κύριες περίοδοι που εντοπίστηκαν για τις τιμές της βροχόπτωσης αντιστοιχούσαν στην ετήσια και τη χειμερινή συνιστώσα. Όπως ήταν αναμενόμενο, οι μετακινήσεις των σημείων ελέγχου δεν παρουσίαζαν περιοδικότητα. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε ανάλυση στο πεδίο χρόνου – συχνοτήτων με εφαρμογή των Μετασχηματισμών Ζ κυματιδίων με βάρη. Η μέθοδος οδήγησε στο συσχετισμό κάποιων από τα μέγιστα που εντοπίστηκαν στο φασματόγραμμα της στάθμης του ταμιευτήρα με συγκεκριμένα συμβάντα όπως π.χ. το άνοιγμα των θυρών των υπερχειλιστών. Με χρήση της μεθόδου γραμμικής συσχέτισης και ενός high-pass φίλτρου προσδιορίστηκαν οι κρίσιμες τιμές (thresholds) για τη στάθμη λίμνης και τη βροχόπτωση πέρα από τις οποίες ο ρυθμός μεταβολής των καθιζήσεων φαίνεται να αυξάνει υπερβολικά. Διαπιστώθηκε ότι για στάθμες λίμνης > 270m και βροχόπτωση > 130mm/μήνα οι καθιζήσεις της στέψης αυξάνονται σημαντικά. Δεδομένου ότι η στάθμη ταμιευτήρα πήρε για πρώτη φορά τη μέγιστη τιμή της 28 χρόνια μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής του φράγματος κατέστη δυνατή η μελέτη της απόκρισης του φράγματος σε συνθήκες πρώτης πλήρωσης κάτι που υπό άλλες συνθήκες δεν θα ήταν εφικτό καθώς οι μετρήσεις των μετακινήσεων ξεκίνησαν σχεδόν ένα χρόνο μετά το κλείσιμο της σήραγγας εκτροπής. Διαπιστώθηκε ότι η ανύψωση της στάθμης σε τόσο υψηλά επίπεδα αύξησε σημαντικά το ρυθμό των καθιζήσεων. Το φαινόμενο ήταν περισσότερο έντονο για τα σημεία της στέψης. Εκτός από την ανάλυση των δεδομένων, έγινε μία σχεδόν πλήρης καταγραφή, αξιολόγηση και ταξινόμηση των διαθέσιμων στη διεθνή βιβλιογραφία μελετών φραγμάτων με βάση γεωδαιτικά δεδομένα. Από τη βιβλιογραφική αυτή προσέγγιση προσδιορίστηκε ένα εύρος κρίσιμων τιμών (0.8 – 1%) για την αναμενόμενη καθίζηση της στέψης ως ποσοστό του ύψους του φράγματος. Για την περίπτωση του φράγματος των Κρεμαστών το ποσοστό αυτό είναι ίσο με 0.48% αρκετά χαμηλότερα από το ανώτατο όριο του 1%. Δεδομένου ότι το φράγμα των Κρεμαστών είναι ηλικίας > 40 ετών και επομένως αυξημένης κατά τεκμήριο επικινδυνότητας, προτείνεται η συνέχιση της παρακολούθησης των μετακινήσεών του και η ενίσχυσή τους με όργανα νεότερης τεχνολογίας κυρίως GPS των οποίων έχει γίνει πιλοτική μόνο εφαρμογή. Επιπλέον, λαμβάνοντας υπόψη ότι μέχρι σήμερα δεν έχει επιχειρηθεί η πρώτη πλήρωση του φράγματος στο επίπεδο που προέβλεπε η μελέτη λόγω αύξησης των διαρροών σε μη επιτρεπτά επίπεδα προτείνεται η ανάπτυξη ενός τρισδιάστατου μοντέλου που να προβλέπει την εξέλιξη των μετακινήσεων στο χώρο και τη συμπεριφορά του πυρήνα για υψηλές στάθμες λίμνης. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για τη δημιουργία ενός τέτοιου μοντέλου. / Monitoring has proved to be crucial for the safety of dams. Geodetic methods play an important role on this. The aim of geodetic monitoring is the detection of any change on the dam geometry as well as any displacements of its foundations. Despite the fact that dams are systematically monitored for the last decades, long-term monitoring records and their analyses are extremely rare in the literature. The majority of available data cover only the period of the first filling or a few years later (< 10 years). The aim of this study was the analysis of the geodetic monitoring record of Kremasta Dam, one of the highest earthfill dams in Europe (160m high and 456m long) for the first time after its construction. The available data cover a period of > 35 years (1966 – 2003) and consist of the horizontal deflections and vertical displacements of 25 control stations established on the crest and the body of the dam relative to reference points on stable ground as well as the reservoir level fluctuations and the rainfall height at the dam area. Maximum horizontal deflection was equal to 30cm while maximum vertical displacements were up to 77cm. The accuracy of the data was found to be better than 1mm for horizontal deflections and 1.3mm for vertical displacements. Analysis in the time domain revealed that displacements can be described by a 4th degree polynomial and have a tendency of stabilization. The amplitude of displacements is normal compared to the age of the dam. On the other hand, a part of the downstream slope was found to move systematically upstream. This phenomenon is possibly due to leakage that can be up to 200lt/sec. Spectral analysis using Fourier Transforms and Lomb Periodogram was applied in order to investigate the effects of reservoir level fluctuations and rainfall on the behaviour of Kremasta dam. A dominant period of 1 year was found present in reservoir level and rainfall timeseries while no periodicity was detected in the values of displacements. Time-frequency analysis using Weighted Wavelet –Z Transforms revealed that there is a relationship between some of the peaks of the obtained spectrogram and specific events e.g. the operation of spillways in 1996. A high-pass filter in combination with linear correlation method was applied in order to define the critical values for (1) reservoir level elevation, (2) rate of reservoir level fluctuations and (3) rainfall rate above which the settlement rate of the crest increases significantly. These thresholds are equal to 270m, 1.3m/month and 130mm/month respectively. Statistical analysis of the crest settlements of > 40 earthfill dams (up to 30 years old) with central clay core revealed that crest settlements of up to 0.8 – 1% of dam height can be considered to be normal. In case of Kremasta Dam this percentage is up to 0.48% which is within safety limits. Kremasta Dam is > 40 years old and thus the continuation of monitoring its displacements is suggested in order to ensure the dam’s safety. Geodesy Laboratory of Patras University and Public Power Corporation are working on the design of a new geodetic monitoring system of Kremasta Dam based on modern instruments like GPS. Results of this study, the first study of the long-term behaviour of Kremasta Dam, could also be used in the development of a 3-D model for prediction of the dam’s displacements and the behaviour of the clay core under high water levels.

Αντικείμενο της παρούσας εργασία είναι ο υπολογισμός και η ταξινόμηση, με βάση το σύστημα, BIRADS της πυκνότητας του μαστού από εικόνες μαστογραφίας. Στα πλαίσια της προσπάθειας αυτής αναπτύχθηκε ολοκληρωμένο υπολογιστικό σύστημα σε γραφικό περιβάλλον ως λογισμικό πακέτο, σε γλώσσα Visual C++ .NET . Το υπολογιστικό αυτό σύστημα δέχεται σαν είσοδο εικόνες μαστογραφίας σε οποιοδήποτε από τα δημοφιλή bitmap format εικόνων όπως jpeg και tiff καθώς και DICOM αρχεία. Η λειτουργία του μπορεί να χωριστεί σε τρία στάδια: το στάδιο της προεπεξεργασίας, το στάδιο απομόνωσης της περιοχής του μαστού και το στάδιο καθορισμού της πυκνότητας του μαστού. Στο πρώτο στάδιο παρέχονται μια σειρά από στοιχειώδη εργαλεία επεξεργασίας εικόνας όπως εργαλεία περιστροφής, αποκοπής και αλλαγής αντίθεσης . Επιπρόσθετα παρέχεται η δυνατότητα Ανισοτροπικού Φιλτραρίσματος της εικόνας. Στο δεύτερο στάδιο γίνεται η απομόνωση της περιοχής του μαστού είτε απευθείας από τον χρήστη είτε αυτόματα με χρήση των ιδιοτήτων του μονογονικού (monogenic) σήματος για την αφαίρεση του παρασκηνίου (background) καθώς και κυματιδίων Gabor για τον διαχωρισμού του θωρακικού μυός. Στο τρίτο στάδιο παρέχεται η δυνατότητα ταξινόμησης της πυκνότητας του μαστού από τον χρήστη με τον καθορισμό κατάλληλου κατωφλίου των επιπέδων γκρίζου της εικόνας αλλά και η δυνατότητα αυτόματης ταξινόμησης της πυκνότητας του μαστού κατά BIRADS με χρήση Δομικών Στοιχείων Υφής (textons) και της τεχνικής pLSA. Όλες οι παραπάνω λειτουργίες παρέχονται μέσω μίας κατά το δυνατόν φιλικότερης προς τον χρήστη διεπαφής. / The present thesis aims at the classification of breast tissue according to BIRADS system based on texture features. To this end an integrated software system was developed in visual C ++. The system takes as inputs pictures in most of the popular bitmap formats like .jpeg and .till as well as DICOM. The functionality of the system is provided by three modules: (a) pre-processing module, (b) breast segmentation module and (c) the breast tissue density classification module. In the pre-processing module a set tools for image manipulation (rotation, crop, gray level adjustment) are available which are accompanied by the ability to perform anisotropic filtering to the input image. In the second module, the user has the ability to interactively define the actual borders of the breast or ask the system to perform it automatically. Automatic segmentation is a two step procedure; in the first step breast tissue is separated from its background by using the characteristics of monogenic signals, while in the second step the pectoral muscle region is subtracted using Gabor wavelets. In the density classification module the user can either ask for a calculation of breast density based on user-defined grey level threshold or perform an automatic BIRADS-based classification using texture characteristics in conjunction with Probabilistic Latent Semantic Analysis (pLSA) algorithm. Special emphasis was given to the development of a functional and user-friendly interface.

Η τεχνολογία των DNA μικροσυστοιχιών είναι μια υψηλής απόδοσης τεχνική που καθορίζει το κατά πόσο ένα κύτταρο μπορεί να ελέγξει, ταυτόχρονα, την έκφραση ενός πολύ μεγάλου αριθμού γονιδίων. Οι DNA μικροσυστοιχίες χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση και τον έλεγχο των αλλαγών που υφίστανται τα επίπεδα της γονιδιακής έκφρασης λόγω περιβαλλοντικών συνθηκών ή των αλλαγών που λαμβάνουν χώρα σε ασθενή κύτταρα σε σχέση με τα υγιή, χρησιμοποιώντας εξελιγμένες μεθόδους επεξεργασίας πληροφοριών. Εξαιτίας του τρόπου με τον οποίον παράγονται οι μικροσυστοιχίες, κατά την πειραματική επεξεργασία τους, εμφανίζεται ένας μεγάλος αριθμός διαδικασιών που εισάγουν σφάλματα, γεγονός που αναπόφευκτα οδηγεί στην δημιουργία υψηλού επιπέδου θορύβου και σε κατασκευαστικά προβλήματα στα προκύπτοντα δεδομένα. Κατά την διάρκεια των τελευταίων δεκαπέντε ετών, έχουν προταθεί από αρκετούς ερευνητές, πολλές και ικανές μέθοδοι που δίνουν λύσεις στο πρόβλημα της ενίσχυσης και της βελτίωσης των εικόνων μικροσυστοιχίας. Παρά το γεγονός της ευρείας ενασχόλησης των ερευνητών με τις μεθόδους επεξεργασίας των εικόνων μικροσυστοιχίας, η διαδικασία βελτίωσης τους αποτελεί ακόμη, ένα θέμα που προκαλεί ενδιαφέρον καθώς η ανάγκη για καλύτερα αποτελέσματα δεν έχει μειωθεί. Στόχος της διδακτορικής διατριβής είναι να συνεισφέρει σημαντικά στην προσπάθεια βελτίωσης των αποτελεσμάτων προτείνοντας μεθόδους ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας που επιφέρουν βελτίωση της ποιότητας των εικόνων μέσω της μείωσης των συνιστωσών του θορύβου και της τεμαχιοποίησης της εικόνας. Πιο συγκεκριμένα, στα πλαίσια εκπόνησης της διατριβής παρουσιάζεται μια νέα αυτόματη μέθοδος εντοπισμού της θέσης των υπομικροσυστοιχιών σκοπός της οποίας είναι να καλυφθεί εν μέρει το κενό που υπάρχει στην βιβλιογραφία των μικροσυστοιχιών για το βήμα της προεπεξεργασίας που αφορά στην αυτόματη εύρεση της θέσης των υπομικροσυστοιχιών σε μια μικροσυστοιχία. Το βήμα αυτό της προεπεξεργασίας, σπανίως, λαμβάνεται υπόψιν καθώς στις περισσότερες εργασίες σχετικές με τις μικροσυστοιχίες, γίνεται μια αυθαίρετη υπόθεση ότι οι υπομικροσυστοιχίες έχουν με κάποιον τρόπο ήδη εντοπιστεί. Στα πραγματικά συστήματα αυτόματης ανάλυσης της εικόνας μικροσυστοιχίας, την αρχική εκτίμηση της θέσης των υπομικροσυστοιχιών, συνήθως, ακολουθεί η διόρθωση που πραγματοποιείται σε κάθε μια από τις θέσεις αυτές από τους χειριστές των συστημάτων. Η αυτοματοποίηση της εύρεσης θέσης των υπομικροσυστοιχιών οδηγεί σε πιο γρήγορους και ακριβείς υπολογισμούς που αφορούν στην πληροφορία που προσδιορίζεται από την εικόνα μικροσυστοιχίας. Στην συνέχεια της διατριβής, παρουσιάζεται μια συγκριτική μελέτη για την αποθορυβοποίηση των εικόνων μικροσυστοιχίας χρησιμοποιώντας τον μετασχηματισμό κυματιδίου και τα χωρικά φίλτρα ενώ επιπλέον με την βοήθεια τεχνικών της μαθηματικής μορφολογίας πραγματοποιείται δραστική μείωση του θορύβου που έχει την μορφή «αλάτι και πιπέρι». Τέλος, στα πλαίσια της εκπόνησης της διδακτορικής διατριβής, παρουσιάζεται μια μέθοδος κατάτμησης των περιοχών των spot των μικροσυστοιχιών, βασιζόμενη στον αλγόριθμο Random Walker. Κατά την πειραματική διαδικασία επιτυγχάνεται επιτυχής κατηγοριοποίηση των spot, ακόμα και στην περίπτωση εικόνων μικροσυστοιχίας με σοβαρά προβλήματα (θόρυβος, κατασκευαστικά λάθη, λάθη χειρισμού κατά την διαδικασία κατασκευής της μικροσυστοιχίας κ.α.), απαιτώντας σαν αρχική γνώση μόνο ένα μικρό αριθμό από εικονοστοιχεία προκειμένου να επιτευχθεί υψηλής ποιότητας κατάτμηση εικόνας. Τα πειραματικά αποτελέσματα συγκρίνονται ποιοτικά με αυτά που προκύπτουν με την εφαρμογή του μοντέλου κατάτμησης Chan-Vese το οποίο χρησιμοποιεί μια αρχική υπόθεση των συνόρων που υπάρχουν μεταξύ των ομάδων προς ταξινόμηση, αποδεικνύοντας ότι η ακρίβεια με την οποία η προτεινόμενη μέθοδος ταξινομεί τις περιοχές των spot στην σωστή κατηγορία σε μια μικροσυστοιχία, είναι σαφώς καλύτερη και πιο ακριβής. / DNA microarray technology is a high-throughput technique that determines how a cell can control the expression of large numbers of genes simultaneously. Microarrays are used to monitor changes in the expression levels of genes in response to changes in environmental conditions or in healthy versus diseased cells by using advanced information processing methods. Due to the nature of the acquisition process, microarray experiments involve a large number of error-prone procedures that lead to a high level of noise and structural problems in the resulting data. During the last fifteen years, robust methods have been proposed by many researchers resulting in several solutions for the enhancement of the microarray images. Though microarray image analysis has been elaborated quite enough, the enhancement process is still an intriguing issue as the need for even better results has not decreased. The goal of this PhD thesis is to significantly contribute to the above effort by proposing enhancing methods (denoising, segmentation) for the microarray image analysis. More specifically, a novel automated subgrid detection method is presented introducing a pre-processing step of the subgrid detection. This step is rarely taken into consideration as in most microarray enhancing methods it is arbitrarily assumed that the subgrids have been already identified. The automation of the subgrid detection leads to faster and more accurate information extraction from microarray images. Consequently, the PhD thesis presents a comparative denoising framework for microarray image denoising that includes wavelets and spatial filters while on the other hand uses mathematical morphology methods to reduce the “salt&pepper”-like noise in microarray images. Finally, a method for microarray spot segmentation is proposed, based on the Random Walker algorithm. During the experimental process, accurate spot segmentation is obtained even in case of relatively-high distorted images, using only an initial annotation for a small number of pixels for high-quality image segmentation. The experimental results are qualitatively compared to the Chan-Vese segmentation model, showing that the accuracy of the proposed microarray spot detection method is more accurate than the spot borders defined by the compared method.