Autonomous and intelligent systems. Visual and other sensors. Video basics, formats and digitization. Video processing. Motion estimation. Object tracking. Object detection. Object pose estimation. Simultaneous Localization And Mapping (SLAM). Face/person detection. Facial expression recognition. Activity recognition. Video streaming and compression. Video description. Video indexing and retrieval. 

Επισκόπηση νευρωνικών δικτύων. Βαθιά μάθηση (Deep Learning) και ο αλγόριθμος εκπαίδευσης back-propagation. Βαθιά δίκτυα αυτοκωδικοποίησης (Deep autoencoders) και εξαγωγή χαρακτηριστικών. Προσομοιωμένη ανόπτηση και βαθιές μηχανές Boltzmann (Deep Boltzmann Machines). Βαθιά συνελικτικά νευρωνικά δίκτυα (Convolutional Neural Networks). Βαθιά αναδρομικά νευρωνικά δίκτυα (Reccurent Neural Networks) για μάθηση ακολουθιακών δεδομένων. Generative adversarial networks. Βαθιά ενισχυτική μάθηση (Deep Reinforcement Learning). Μεταφορά Γνώσης. Θέματα βελτιστοποίησης, κανονικοποίησης, υπερ-εκπαίδευσης, μάθησης και γενίκευσης. Σχεδιασμός και εκπαίδευση βαθιών αρχιτεκτονικών. Βιβλιοθήκες και εργαλεία ανάπτυξης και υλοποίησης βαθιών νευρωνικών δικτύων. Θέματα υπολογιστικής πολυπλοκότητας βαθιών αρχιτεκτονικών και παράλληλης επεξεργασίας σε κάρτες γραφικών. Υλοποίηση σε ενσωματωμένα συστήματα (embedded systems). Εφαρμογές σε ανάλυση, κατηγοριοποίηση, ομαδοποίηση και ανάκτηση δεδομένων μεγάλης κλίμακας. Εφαρμογές σε εξαγωγή σημασιολογικής πληροφορίας από δεδομένα κειμένου, ήχου, εικόνας και video. Εφαρμογές σε έλεγχο αυτόνομων μηχανών και πρακτόρων.

Εισαγωγή στη βιολογία, και στην υπολογιστική βιολογία. Πρόσβαση σε δεδομένα ακολουθιών (και άλλων στοιχείων), στοίχιση ακολουθιών ανά ζεύγος, BLAST και άλλες μέθοδοι αναζήτησης σε βάσεις δεδομένων, πολλαπλή στοίχιση ακολουθιών, και φυλογένεση. Λειτουργική γονιδιωματική, από το DNA (συμπεριλαμβανομένων στοιχείων αλληλούχισης επόμενης γενεάς) στο RNA (συμπεριλαμβανομένου του RNASeq) και πρωτεινών. Το δένδρο της ζωής από άποψη γονιδιωματικής, ιοί, βακτήρια και αρχαία, και οι ευκαρυώτες. Εργαστήριο: αναζήτηση σε βάσεις δεδομένων, κατηγορίες εργαλείων. Επαναληψιμότητα προγραμμάτων έρευνας. Έλεγχος ποιότητας, και υπολογισμοί μεγάλης κλίμακας. Ασκήσεις προγραμματισμού, ολοκλήρωση δεδομένων και λογισμικού.

Το πρόβλημα της αναγνώρισης ομιλίας υπό το πρίσμα της αναγνώρισης προτύπων. Ανασκόπηση ψηφιακής επεξεργασίας ομιλίας. Δυναμική χρονική κλιμάκωση (Dynamic Time Warping). Μίγματα Γκαουσιανών μοντέλων. Κρυμμένα μοντέλα Markov (Hidden Markov Models). Στατιστική μοντελοποίηση γλώσσας. Εκτίμηση πιθανοτήτων και γλωσσικών μοντέλων με τεχνικές μέγιστης εντροπίας. To πρόβλημα της ψηφιακή σύνθεσης ομιλίας. Εισαγωγή στη μετατροπή γραπτού λόγου σε προφορικό. Γραμματικές, συναγωγή (inference), τεχνολογία (parsing) και μεταγραφή (transduction). Μορφοσυντακτική ανάλυση. Μετατροπή γραπτού λόγου σε φωνήματα. Αυτόματη δημιουργία προσωδίας. Στρατηγικές σύνθεσης προφορικού λόγου.

Θέματα Διπλωματικών Εργασιών ΠΜΣ Ψηφιακά Μέσα - Υπολογιστική Νοημοσύνη

Υπολογιστική στατιστική. Δυναμικά συστήματα και διαδικασίες Markov διακριτού χρόνου. Μπεϋζιανή συναγωγή (Bayesian inference). Μπεϋζιανή εκτίμηση κατά δέσμες (batch). Αναδρομική Μπεϋζιανή εκτίμηση. Φιλτράρισμα Κalman και παραλλαγές του. Γκαουσιανό φιλτράρισμα, Φίλτρα σωματιδίων (particle filters). Πρόβλεψη που οδηγείται από δεδομένα. Πρόβλεψη που οδηγείται από μοντέλα και αφομοίωση δεδομένων (data assimilation). Εφαρμογές σε χωροχρονικές διαδικασίες (π.χ. εντοπισμός) και ατελή μοντέλα. 

Ιστορική αναδρομή. Συσκευές παρακολούθησης κίνησης, συσκευές πλοήγησης σε εικονικά περιβάλλοντα. Αρχές οπτικού συστήματος ανθρώπου, στερέοψη. Οπτικές συσκευές εξόδου. Ανθρώπινη ακοή και αντίληψη της θέσης ηχητικής πηγής. Δημιουργία τρισδιάστατου ηχητικού πεδίου. Συσκευές ανάδρασης αφής και δύναμης. Μοντελοποίηση φυσικών ιδιοτήτων, απτική απεικόνιση, απτική υφή, υπολογισμός δύναμης ανάδρασης. Καταγραφή και επεξεργασία δεδομένων κίνησης. Διαχείριση μεγάλων γεωμετρικών μοντέλων, Level of Detail, κατάτμηση σε κελιά. Τεχνικές απλοποίησης και υποδιαίρεσης τριγωνικού πλέγματος. Ιεραρχικές δομές χωρικών δεδομένων και εφαρμογές τους στην εικονική πραγματικότητα. Επιτάχυνση απεικόνισης με χρήση τεχνικών culling. Ανάπτυξη εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας με χρήση Unreal Engine ή Unity.

Historical overview. Principles of VR, related scientific disciplines, VR applications. Tracking devices, navigation devices, gesture interfaces. The human visual system, stereopsis. Graphics displays. The human aural system, sound source position determination cues. Sound displays, generation of 3D sound fields. Tactile/force feedback interfaces. Physical modeling, haptic rendering, haptic texture, force feedback calculation.  Geometric model management,  Level of Detail (LOD), cell segmentation. Motion capture, processing of motion capture signals. Mesh simplification and mesh subdivision techniques. Spatial data structures: Bounding Volume Hierarchies (BVH), Binary Space Partitioning (BSP) Trees, Octrees, Scene Graphs. Culling techniques. VR application development using Unreal Engine or Unity.

Βασικές αρχές Νευροφυσιολογίας. Διέγερση και καταγραφή της δραστηριότητας του εγκεφάλου. Τεχνικές επεξεργασίας σήματος (ανίχνευση νευρικών ώσεων, φασματική ανάλυση εγκεφαλογραφικής δραστηριότητα και μετασχηματισμός κυματιδίου, ανάλυση στο πεδίο του χρόνου και μή γραμμική δυναμική). Χωρικά φίλτρα και ανάλυση πολυκαναλικού σήματος. Αποκωδικοποίηση των εγκεφαλικών κυμάτων και αξιοποίηση της πληροφορίας για τη συναρμογή με υπολογιστή. Διεπαφές αποκατάστασης και μοντέρνες εφαρμογές.        

Ιστορική αναδρομή (γραφικά, σχεδιοκίνηση, παιχνίδια).  Κατηγορίες (genres) παιχνιδιών. Βασικές έννοιες και αρχές κινούμενων γραφικών. Σχεδιοκίνηση με χρήση αρχών δυναμικής (κίνηση συστήματος σωματιδίων, δυναμική και κίνηση στερεού σώματος). Aνίχνευση και χειρισμός συγκρούσεων σε σωματίδια και στερεά σώματα. Σχεδιοκίνηση με τεχνικές keyframing. Παραμετρικές καμπύλες. Παραμετροποίηση καμπύλης ως προς το μήκος. Έλεγχος και καθορισμός ταχύτητας κίνησης επί καμπύλης.  Ευθεία κινηματική και εφαρμογές στην κίνηση αρθρωτών δομών. Εφαρμογές της Υπολογιστικής/Τεχνητής Νοημοσύνης (YN/TN) στα Παιχνίδια. Μηχανές παιχνιδιών και διασύνδεση  με YN/TN. Κίνηση σε παιχνίδια, Εύρεση /σχεδιασμός διαδρομής  σε παιχνίδια (breadth first, navigation meshes ,A*). Λήψη αποφάσεων  & μοντελοποίηση συμπεριφοράς σε παιχνίδια (behavior trees, finite state machines, reinforcement learning, supervised learning,..). Διεργασιακή δημιουργία περιεχομένου (procedural content generation) όπως ανάγλυφο εδάφους, χάρτες, πίστες, υφή, σενάριο, σε παιχνιδια (search-based approaches, machine learning- based, fractal/noise-based, grammar based, map/dungeon construction).

Animation principles, games genres, historical overview (graphics, games, animation). Dynamics / physics - based animation : particle systems, rigid body dynamics. Collision detection and response. Keyframe animation. Parametric curves, arc - length parameterization, speed control. Forward kinematics, animation of articulated structures. Computational / artificial intelligence (CI/AI) in games. Game engines and interfacing with game CI/AI. Movement in games. Pathfinding/ pathplanning in games (breadth first, navigation meshes ,A*). Decision making and behaviour modelling in games (behavior trees, finite state machines, reinforcement learning, supervised learning,..). Procedural content generation (terrain, mazes/platforms, texture, plot,.. ) in games(search-based approaches, machine learning- based, fractal/noise-based, grammar based, map/dungeon construction).

Πολυπλοκότητα στην Κοινωνία. Μοντέλα πολύπλοκων προσαρμοστικών κοινωνικών συστημάτων. Κοινωνική δυναμική. Εξελισσόμενα αυτόματα, Διάχυση σε προσαρμοστικά συστήματα. Κινητά προσαρμοστικά δίκτυα. Κοινωνική μάθηση και Μπευζιανά παίγνια στην επεξεργασία σήματος με πολλαπλούς πράκτορες. Συμφωνία και καινοτομίες στη διανεμημένη συναγωγή, Εφαρμογές στη διανεμημένη ταξινόμηση μουσικής

Περιγραφή σχημάτων και υφής εικόνας. Μαθηματική μορφολογία. Ανάλυση τριδιάστατης εικόνας. Γεωμετρία επιφανειών αντικειμένων. Χαρακτηριστικά γνωρίσματα σε εικόνες (ακμές, γωνίες, γραμμές, καμπύλες). Βαθμονόμηση φωτογραφικής μηχανής. Στατική και δυναμική ανάλυση εικόνων στέρεο. Εξαγωγή πληροφορίας σχήματος από βίντεο. Εξαγωγή πληροφορίας βάθους. Αναγνώριση διδιαστάτων και τρισδιάστατων αντικειμένων. Εντοπισμός αντικειμένων στο χώρο. Εφαρμογές στην ανάκτηση εικόνας, βιομετρία, διεπαφές ανθρώπου-υπολογιστή, ρομποτική όραση. Εργασίες προγραμματισμού ψηφιακής επεξεργασίας βίντεο σε C/C++ ή MATLAB. Βιβλιογραφικές εργασίες.

Εισαγωγή στη φασματική ανάλυση. Μη-παραμετρικές τεχνικές (το περιοδόγραμμα και οι παραλλαγές του). Παραμετρικές μέθοδοι για ρητά φάσματα (σήματα AR, MA, ARMA). Παραμετρικές μέθοδοι για γραμμικά φάσματα. Μέθοδοι τράπεζας φίλτρων. Χωρικές μέθοδοι. Θεωρία ανίχνευσης και εκτίμησης. Προσαρμοστικά φίλτρα.

Τεχνικές εκτίμησης παραμέτρων και οι εφαρμογές τους στην αναγνώριση προτύπων. Μη-παραμετρική αναγνώριση προτύπων. Συντακτική αναγνώριση προτύπων. Αλγόριθμοι νευρωνικών δικτύων στην ανάλυση προτύπων. Μηχανές εδραίων διανυσμάτων. Ανάλυση ανεξάρτητων συνιστωσών. Πολυδιάστατη κλιμάκωση. Μοντέρνες τεχνικές μη-γραμμικής ελάττωσης της διάστασης και εκμάθησης της δομής των δεδομένων. Μοντέλα που βασίζονται στη θεωρία των πληροφοριών. Αρχές θεωρίας ασαφών συνόλων και εφαρμογές της ασαφούς συλλογιστικής στην ταξινόμηση και ομαδοποίηση προτύπων. Γενετικοί - Εξελικτικοί αλγόριθμοι και οι εφαρμογές τους στην αναγνώριση προτύπων. Υβριδικά συστήματα υπολογιστικής νοημοσύνης στην ανάλυση σήματος, εικόνας και video .