Η έρευνα για την ασφάλεια της κυκλοφορίας γίνεται για να αποτρέψει τα ατυχήματα και να μειώσει τη δριμύτητα των τραυματισμών στο δρόμο, και αποτελεί σημαντικό θέμα στον τομέα της εφαρμοσμένης μηχανικής των μεταφορών δεδομένου ότι στοχεύει να σώσει ανθρώπινες ζωές. Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό την εύρεση μιας συνάρτησης που εκτιμά σε πραγματικό χρόνο μία συγκεκριμένη κυκλοφοριακή μεταβλητή, τον χρονικό διαχωρισμό, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόδρομος ατυχήματος ή παρ’ ολίγον ατυχήματος. Η έρευνα αυτή έγινε σε τμήμα του αυτοκινητοδρόμου Ι-94, που αποτελεί σύνδεσμο μεταξύ των πόλεων St. Paul και Minneapolis και παρουσιάζει φόρτο 80.000 οχήματα ανά κατεύθυνση και κυκλοφοριακή συμφόρηση τουλάχιστον για 5 ώρες καθημερινά. Εξετάστηκαν τέσσερις ανεξάρτητες μεταβλητές και διερευνήθηκε η συσχέτιση του χρονικού διαχωρισμού με τις τρέχουσες και παρελθούσες τιμές των μεταβλητών αυτών. Με την μέθοδο της παλινδρόμησης υπολογίζεται η σημαντικότητα κάθε μεταβλητής. Επίσης υπολογίζεται το βάθος χρόνου στο οποίο η πιθανή συσχέτιση είναι σημαντική. Συμπεραίνεται ότι είναι δυνατή η εκτίμηση του χρονικού διαχωρισμού 2–5 λεπτά πριν παρατηρηθεί, αναλόγως της κυκλοφοριακής κατάστασης. / The research on traffic safety seeks to prevent accidents and reduce the severity of injuries on the road, and is an important area in the field of transportation engineering as it aims to save lives. This study aims to identify a function that estimates, in real time, a specific traffic variable, time headway, that can be used as a precursor to an accident or near accident. The method is applied in a section of freeway I-94 between St. Paul and Minneapolis that carries 80,000 vehicles in each stream and experiences traffic congestion for at least 5 hours daily. Four independent variables were considered and the relationship between time headway and current and past values of these variables was examined. Using regression, the significance of each variable was determined. Further, the extent in time for which such relationship is significant was also determined. It is concluded that estimation of time headway is feasible, 2-5 minutes prior to occurrence, depending on traffic conditions.

Στη διπλωματική εργασία προς παρουσίαση, πραγματευόμαστε ένα νέο είδος γραφημάτων, τα χρονικά γραφήματα, και διάφορες παραλλαγές τους. Ένα χρονικό γράφημα είναι μια διατεταγμενη τριάδα G={V,E,L}, όπου V ένα μη κενό πεπερασμένο σύνολο που καλείται σύνολο κορυφών, E ένα σύνολο m στοιχείων, καθένα από τα οποία είναι δισύνολο στοιχείων του V (καλείται σύνολο ακμών), και L= {L_e, για κάθε e στοιχείο του E} = {L_e_1, L_e_2, ..., L_e_m}, όπου L_e_i, i = 1,..., m, σύνολο θετικών ακεραίων τιμών που αντιστοιχίζονται στην ακμή e_i του συνόλου E (καλείται ανάθεση χρονικών ετικετών ή απλώς ανάθεση). Οι τιμές που αντιστοιχίζονται σε κάθε ακμή του γραφήματος καλούνται χρονικές ετικέτες της ακμής και δηλώνουν τις χρονικές στιγμές, κατά τις οποίες έχουμε τη δυνατότητα να τη διασχίσουμε (από το ένα της άκρο προς το άλλο). Για να αντιληφθεί κανείς το ενδιαφέρον των χρονικών γραφημάτων, μπορεί να σκεφτεί τη δυνατότητα εφαρμογής τους στην καθημερινότητα. Για παράδειγμα, οι χρονικές ετικέτες που ανατίθενται σε μία ακμή ενός κατευθυνόμενου χρονικού γραφήματος μπορούν να παραλληλιστούν με τις ώρες, στις οποίες γίνονται αναχωρήσεις αεροπλάνων από μία πόλη προς μια άλλη. Έτσι, η μελέτη των χρονικών γραφημάτων θα μπορούσε να συμβάλει στην οργάνωση των πτήσεων ενός αεροδρομίου. Ένα χρονικό μονοπάτι (ή «ταξίδι») σε ένα χρονικό γράφημα είναι ένα μονοπάτι, στις ακμές του οποίου μπορούμε να βρούμε αυστηρά αύξουσα σειρά χρονικών ετικετών. Στην εργασία, μεταξύ άλλων, γίνεται μελέτη της συνδετικότητας στα χρονικά γραφήματα, καθώς και κατασκευή και μελέτη αλγορίθμων εύρεσης χρονικών μονοπατιών («ταξιδίων») που φθάνουν το δυνατόν συντομότερα στον προορισμό τους (τελική κορυφή μονοπατιού). Επιπλέον, μελετώνται στατιστικά τα Χρονικά Γραφήματα, με επικέντρωση στο αναμενόμενο πλήθος χρονικών μονοπατιών σε ένα γράφημα, καθώς και στη Χρονική Διάμετρο ενός γραφήματος, όπως αυτή ορίζεται στην εργασία. / In the thesis, we are dealing with a new type of graphs,called Temporal Graphs, and several variants. A temporal graph is an ordered triplet G={V,E,L}, where V stands for a nonempty finite set (called set of vertices), E stands for a set of m elements, each of which are 2-element subsets of V (called set of edges), and L= {L_e, for all e in E} = {L_e_1, L_e_2, ..., L_e_m}, where L_e_i, i = 1, ..., m, is a set of positive integers mapped to edge e_i in E (called assignment of time labels or simply assignment). The values assigned to each edge of the graph are called time labels of the edge and indicate the times at which we can cross it (from one end to the other). In order to understand the interest of temporal graphs, one may think their applicability to everyday life. For example, the time labels assigned to an edge of a directed temporal graph can be paralleled to the flight departure times from one city to another. Therefore, the study of temporal graphs could contribute to the organization of flights at an airport. A temporal path (or «journey») in a temporal graph is a path, on the edges of which we can find strictly ascending time labels. In the thesis, among others, we study the connectivity of temporal graphs and we construct and study several algorithms that find temporal paths which arrive the soonest possible at their destination (final vertice of the path). Furthermore, we examine temporal graphs statistically, focusing on the expected number of temporal paths in a graph as well as in the Temporal Diameter of a graph, also defined in the thesis.

Η αντιστοίχιση εικόνων έχει σαν σκοπό την εύρεση γεωμετρικών και άλλων διαφορών ανάμεσα σε δύο ή περισσότερες εικόνες. Η ψηφιακή υδατογράφηση εικόνων προσφέρει κατοχύρωση των πνευματικών δικαιωμάτων, εισάγοντας στις εικόνες ένα αδιόρατο σήμα, ένα υδατογράφημα, με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι δύσκολο να αφαιρεθεί. Η αντιστοίχιση μπορεί να αποτελέσει τμήμα της ψηφιακής υδατογράφησης, στη φάση της ανίχνευσης του υδατογραφήματος. Επιπλέον, για την ανίχνευση του υδατογραφήματος χρησιμοποιούνται παρόμοιες ή και ίδιες μετρικές ομοιότητας με αυτές που χρησιμοποιούνται στην αντιστοίχιση. Έτσι, οποιαδήποτε βελτίωση αφορά την αντιστοίχιση ή τις μετρικές ομοιότητας μπορεί να έχει θετικές επιδράσεις και στην ψηφιακή υδατογράφηση. Η έρευνα που έγινε στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής σε σχέση με το πρόβλημα της αντιστοίχισης αφορά τη συσχέτιση των εικόνων στο χωρικό πεδίο, η οποία έχει το εξής μειονέκτημα: η περιοχή γύρω από τη μέγιστη τιμή της μπορεί να έχει μεγάλο εύρος και να επηρεάζει την ακρίβεια της αντιστοίχισης. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, προτείνεται μια διαδικασία προ-λεύκανσης των εικόνων, βασισμένη στο φίλτρο σφάλματος πρόβλεψης. Επίσης, αναπτύσσεται ένας επαναληπτικός αλγόριθμος αντιστοίχισης για μετατοπίσεις και περιστροφές, ο οποίος εφαρμόζεται σε ακολουθίες ιατρικών εικόνων με σκοπό τη διάγνωση δυσπλασιών και κακοηθειών. Ένα δεύτερο μειονέκτημα της χωρικής συσχέτισης είναι το μεγάλο υπολογιστικό της κόστος. Στη διδακτορική διατριβή προτείνεται ένα γρήγορο σχήμα υπολογισμού της, το οποίο βασίζεται σε κατάλληλη τμηματοποίηση της εικόνας και στη χρήση του μετασχηματισμού Fourier. Επίσης, το πιο απαιτητικό κομμάτι της διαδικασίας αντιστοίχισης είναι ο υπολογισμός της χρησιμοποιούμενης μετρικής σαν συνάρτηση της σχετικής θέσης των εικόνων. Έτσι, αναπτύσσεται ένας αποδοτικός επαναληπτικός αλγόριθμος, ο οποίος μειώνει σημαντικά τις αναζητήσεις που απαιτούνται για την εύρεση του μεγίστου του συντελεστή συσχέτισης και παρέχει ακρίβεια εικονοστοιχείου. Τέλος, προτείνεται μια τεχνική η οποία παρέχει ακρίβεια υποδιαίρεσης εικονοστοιχείου και βασίζεται στη μεγιστοποίηση του συντελεστή συσχέτισης. Η τεχνική αυτή δεν απαιτεί ανακατασκευή των τιμών της έντασης και παρέχει μια λύση κλειστού τύπου για την εκτίμηση της μετατόπισης. Όσο αφορά το πρόβλημα της υδατογράφησης, η έρευνα που έγινε στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής στοχεύει στην ένθεση ισχυρών υδατογραφημάτων στο χωρικό πεδίο και στη βελτίωση της ανίχνευσής τους. Καταρχήν, προτείνεται μια χωρική αντιληπτική μάσκα, η οποία βασίζεται στην τοπική διασπορά του σφάλματος πρόβλεψης της αρχικής εικόνας. Παράλληλα, αναπτύσσεται ένα «τυφλό» σύστημα ανίχνευσης και η βελτιωμένη απόδοσή του σε σχέση με υπάρχοντες ανιχνευτές αποδεικνύεται θεωρητικά για τη γενική περίπτωση επίθεσης με γραμμικό φίλτρο και θόρυβο. Στη συνέχεια, παράγεται μια νέα χωρική μάσκα η οποία επιτρέπει την ένθεση υδατογραφημάτων με εξαιρετικά μεγάλη ενέργεια, διατηρώντας ταυτόχρονα την ποιότητα της εικόνας σε πολύ καλό επίπεδο. Η απόδοσή της συγκρίνεται με πολύ γνωστές και ευρέως χρησιμοποιούμενες μάσκες και αποδεικνύεται σημαντικά καλύτερη. Επίσης, αναπτύσσεται ένα βελτιωμένο σχήμα ανίχνευσης, το οποίο σε συνδυασμό με την προτεινόμενη μάσκα έχει πολύ καλή απόδοση. Τέλος, προτείνεται μια μέθοδος εισαγωγής υδατογραφήματος στην εικόνα με πολλαπλασιαστικό τρόπο, χρησιμοποιώντας χωρο-χρονική κωδικοποίηση μπλοκ και ειδικότερα μια 4x4 πραγματική, ορθογώνια διάταξη συμβόλων. Το σχήμα αυτό αποδεικνύεται να έχει πολύ καλύτερη απόδοση σε σχέση με την επαναληπτική υδατογράφηση. / Image registration aims at finding geometrical or other differences between two or more images. Image watermarking offers copyright protection by embedding in the images an invisible signal, a watermark, in such a way that it is difficult to be removed. Image registration can be part of a watermark detector. Moreover, similar (or the same) similarity measures are used for both image registration and watermark detection. Thus, any improvement concerning the image registration or the similarity measures can have positive effects on image watermarking, too. Our research concerning the image registration problem deals with the spatial cross-correlation, which has the following drawback: the region around its maximum value can be rather wide, affecting the registration accuracy. This problem can be solved, by properly pre-whitening the images with the prediction error filter. Furthermore, an iterative algorithm is proposed for registering images with translation and rotation differences, which is then applied in sequences of medical images for cancer diagnosis. A second disadvantage of the spatial correlation is its computational cost. A fast computation scheme is proposed, based on a proper partitioning of the images and the Fourier transform. Also, the most computationally intensive part of a registration process is the evaluation of the involved measure for different relative image positions. Thus, an efficient iterative algorithm is developed that considerably reduces the number of searches required for finding the correlation coefficient maximum value and provides pixel accuracy. Finally, an image registration technique with subpixel accuracy is proposed, which is based on the correlation coefficient maximization. This technique does not require the reconstruction of the intensity values and provides a closed form solution to the subpixel translation estimation problem. As far as the problem of image watermarking is concerned, our research aims at embedding robust watermarks in spatial domain and improving their detection. First, a spatial perceptual mask is proposed, based on the local variance of the initial image prediction error. A blind detector is also developed, which performs better than the existing ones. This is theoretically proved for the general attack case with linear filter and noise. Furthermore, a new spatial perceptual mask is proposed that allows for a significantly increased strength of the watermark, while at the same time the image quality remains very good. Its performance is compared to known and widely used masks and is proved to be much better. Moreover, an improved detector is developed, which, combined with the new mask, performs very well. Finally, a new multiplicative watermark embedding is proposed, which uses space-time block coding (specifically a 4x4 real orthogonal design). This scheme is proved to perform much better than the repetitive watermarking.