title: Multi-Dimensional data structures and classification schemes as a tool for the nondestructive analysis of complex materials 

title: Πολυδιάστατες και ταξινομημένες δομές δεδομένων ως εργαλείο μη καταστρεπτικής ανάλυσης σύνθετων υλικών 
  
Creators: name: Καργακος Στεφανος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2022

description: Microscopy is a critical component for the visualization of samples & objects that
cannot be seen with the unaided eye, allowing scientists to have a glimpse at a world of
unimaginable complexity. Different specialized microscopes deploying several imaging
techniques are essential for this purpose, however this way scientists tend to consume an unrealistic amount of time to achieve accurate diagnosis. In this thesis we exploit a new advanced HTS microscope featuring Hyperspectral, Transmission, Reflectance, Fluores-cence and Polarization imaging. By illustrating the morphological, molecular, electronic and crystalline structures of matter, this microscope provides unique features for auto-mated state of the art object classification. Upon observing those unique characteristics we approach a Multi-Modal object classification method, utilizing Convolutional Neural Networks for each modality and a Fully-Connected Neural Network which combines every unique illustration of the specimens. The CNN’s outputs are providing a serial unique encoding for each image and the FC-NN serve as a decoder capable of processing tabular labeled data. This thesis provides extensive analysis and results regarding the different combinations of imaging modalities with the intention to extract valuable information about their importance on the classification process. Exploiting the full power of our NNs system, by deploying every imaging modality we achieve accuracy greater than 99%.


description: Η μικροσκοπία είναι ένα κρίσιμο συστατικό για την οπτικοποίηση δειγμάτων & αντικειμένων που δεν είναι ορατά με γυμνό μάτι, επιτρέποντας στους επιστήμονες να ρίξουν μια ματιά σε έναν κόσμο αφάνταστης πολυπλοκότητας.
Διαφορετικά εξειδικευμένα μικροσκόπια που αναπτύσσουν διάφορες τεχνικές απεικόνισης είναι απαραίτητα για το σκοπό αυτό, ωστόσο με αυτόν τον τρόπο οι επιστήμονες τείνουν να καταναλώνουν μη ρεαλιστικό χρόνο για να επιτύχουν ακριβή διάγνωση. Σε αυτή τη διατριβή εκμεταλλευόμαστε ένα νέο προηγμένο μικροσκόπιο HTS που διαθέτει απεικόνιση υπερφασμάτων, μετάδοσης, ανάκλασης, φθορισμού και πόλωσης. Με την απεικόνιση των μορφολογικών, μοριακών, ηλεκτρονικών και κρυσταλλικών δομών της ύλης, αυτό το μικροσκόπιο παρέχει μοναδικά χαρακτηριστικά για αυτοματοποιημένη ταξινόμηση αντικειμένων προηγμένης τεχνολογίας. Παρατηρώντας αυτά τα μοναδικά χαρακτηριστικά προσεγγίζουμε μια μέθοδο ταξινόμησης αντικειμένων Multi-Modal, χρησιμοποιώντας Συνελικτικά Νευρωνικά Δίκτυα για κάθε μέθοδο απεικόνισης και ένα Πλήρως Συνδεδεμένο Νευρωνικό Δίκτυο που συνδυάζει κάθε μοναδική απεικόνιση των δειγμάτων. Οι έξοδοι του CNN παρέχουν μια σειριακή μοναδική κωδικοποίηση για κάθε εικόνα και το FC-NN χρησιμεύει ως αποκωδικοποιητής ικανός να επεξεργάζεται δεδομένα σε μορφή πίνακα. Αυτή η διατριβή παρέχει εκτενή ανάλυση και αποτελέσματα σχετικά με τους διαφορετικούς συνδυασμούς τρόπων απεικόνισης με σκοπό την εξαγωγή πολύτιμων πληροφοριών σχετικά με τη σημασία τους στη διαδικασία ταξινόμησης. Εκμεταλλευόμενοι την πλήρη ισχύ του συστήματος NN που διαθέτουμε, χρησιμοποιώντας κάθε τρόπο απεικόνισης επιτυγχάνουμε ακρίβεια μεγαλύτερη από 99%.