Post on 18-Nov-2021
4
4
`II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Citra Foto Udara
Citra atau Image merupakan istilah lain dari gambar, yang merupakan informasi
berbentuk visual yang diperoleh dari penangkapan kekuatan sinar yang dipantulkan
oleh objek (Kiefer et al., 1993). Sumber cahaya mengenai objek, kemudian cahaya
dipantulkan kembali sebagian, pantulan cahaya diterima oleh alat-alat pengindera optik
seperti scanner, kamera, dan mikroskop, cahaya tersebut akan membentuk bayangan
objek dan terekam sesai intensitas pantulan cahaya pada alat pengindra optik. Apabila
alat yang digunakan untuk merekam pantulan cahaya tersebut merupakan mesin digital,
contohnya kamera digital, citra yang dihasilkan juga berbentuk citra digital. Pada citra
digital, kelanjutan intensitas cahaya dihitung sesuai resolusi alat yang digunakan untuk
merekam. Sebuah citra merupakan fungsi aliran cahaya persatuan sudut 2 dimensi (2D)
(x, y). X dan y merupakan koordinat ruang sedangkan f pada titik (x, y) adalah tingkat
kecerahan (brightness) sebuah citra (Danoedoro, 2007).
Gambar 1. UAV DJI Phantom 4 Advanced (Sumber: Dji, 2017)
5
5
Citra foto udara adalah gambar yang dihasilkan dengan menggunakan sensor
kamera pada alat transportasi udara contohnya berupa helikopter, pesawat udara, dan
drone atau pesawat tanpa awak (UAV). Pemotretan ini dilakukan dengan membuat
rencana terlebih dahulu untuk mementukan tujuan, jalur penerbangan, dan arah terbang
wahana pesawat udara (Gularso et al., 2013).
2.1.1. Jenis-Jenis Citra Foto Udara
Somantri (2009) Citra foto udara dibedakan berdasrkan spectrum
elektromagnetiknya, citra foto ultaviolet adalah citra yang diciptakan menggunakan
spektrum ultraviolet jarak dekat yaitu dengan panjang gelombang 0,29 mikro meter.
Memiliki ciri informasi yang dapat diperoleh sedikit, namun pada beberapa objek dari
citra foto ultraviolet mudah dikenali karena daya kontrasnya besar. Citra foto ini cocok
untuk merekam beberapa fenomena di alam, contohnya minya yang tumpah di lautan,
mampu membedakan atap rumah logam dicat atau tidak, dan jalur jalan beraspal.
Citra ortokomatik adalah citra foto yang menggunakan spektrum tampak dalam
pembuatnya dengan warna biru sampai sebagian hijau (0,4–0,56 mikrometer). Citra ini
akan membuat objek akan terlihat lebih jelas dan citra ini sangat cocok untuk
digunakan pada studi pantai karena film citra ortokomatik memiliki kelebihan peka
terhadap objek yang berada di bawah permukaan air sampai kedalaman 20 meter.
Sedangkan citra foto pankromatik spektrum yang digunakan adalah seluruh spektrum
tampak pada mata dari warna ungu sampai merah. Kepekaan film citra ini hampir
menyamai dengan mata pada manusia. Foto ini cocok untuk merekam fenomena alam
seperti banjir, longsor, dan air tanah (Suharyadi, 2001).
6
6
Kiefer et al. (1993) Selain dibedakan berdasarkan spectrum elektromagnetik
citra foto udara juga memiliki jenis berdasarkan arah sumbu kamera ke permukaan
bumi, diantaranya sebagai berikut:
a. Pemotretan udara secara tegak dilakukan dengan posisi kamera di pesawat terbang
tegak lurus pada permukaan objek bumi yang diamati, hasil pemotretan ini berupa
foto udara dengan permotretan vertikal.
b. Citra foto udara condong dilakukan pada posisi antara pesawat udara yang
membawa kamera dengan permukaan bumi memiliki sudut yang agak miring
dengan kemiringan tertentu. Karakter foto yang dihasilkan pemotretan secara
condong terlihat agak miring namun batas cakrawala tidak terlihat.
c. Citra foto udara sangat condong atau high oblique adalah sudut kamera dan
permukaan bumi sangat besar sehingga terlihatnya batas cakrawala atau garis
horizon pada citra foto.
2.1.2. Citra Digital
Citra digital merupakan kumpulan elemen piksel digital yang
merepresentasikan sebuah citra dua dimensi dalam bentuk digital (Darma, 2010).
Dalam sebuah citra foto digital terdapat elemen terkecil berbentuk titik yang menyusun
dan menentukan kecerahan dari sebuah warna pada citra digital yang disebut piksel.
Bentuk piksel dalam citra digital bermacam-macam, ada yang berbentuk bujur sangkar,
persegi panjang, dan persegi enam yang memiliki tinggi dan lebar tertentu. (Fadlisyah,
2007). Citra foto akan selalu bernilai bulat karena ukuran citra berdasarkan banyaknya
piksel yang digunakan, piksel pada citra memiliki koordinat sesuai dengan posisinya.
7
7
Koordinat pada piksel umumnya menggunakan bilangan bulat untuk menyatakannya,
yang dimulai dari angka 0 atau 1 tergantung sistem yang digunakan. Nilai angka digital
pada setiap piksel merepresentasikan informasi yang diwakilinya pada sebuah citra
digital. Penggunaan citra digital untuk keperluan secara visual dipengaruhi oleh nilai
data digital yang merepresentasikan warna dari foto yamg diolah. Citra digital memiliki
beberapa format yang berpengaruh pada warna, beberapa format yang umum
digunakan adalah Citra Warna (true color), Citra Biner (monokrom), Citra Warna
Berindeks dan Citra Skala Keabuan (gray scale) (Munir, 2004).
2.1.3. Format Citra Digital
Citra foto digital agar dapat disimpan dan dibuka kembali pada layar komputer
harus disimpan dalam bentuk file pada alat penyimpanan data, untuk menyimpan citra
digital digunakan fortmat citra, setiap jenis format memiliki karakteristik yang berbeda.
Format yang banyak digunakan saat ini untuk menyimpan citra digital adalah jpeg
(.jpg), portable network graphics (.png), bitmap (.bmp) dan sebagainya (Putra, 2010).
a. Bitmap File format (BMP)
BMP sering disebut format file DIB adalah salah satu format file untuk
menyimpan citra foto digital dengan ekstensi bmp. Kelemahan format ini kurang
baik dari segi ukuran file, akan tetapi format ini memiliki kualitas visual yang lebih
baik bila dibandingkan dengan format JPG ataupun GIF. Hal ini karena format bmp
tidak memampatkan dan mengompresi citra sehingga tidak ada informasi pada citra
digital yang hilang (Murni, 1992).
8
8
b. Portable Network Graphic (PNG)
PNG adalah format file untuk menyimpan sebuah citra digital pada sebuah
perangkat penyimpanan data, format PNG banyak digunakan untuk grafis website
di internet karena gambar dapat ditransparansi dalam browser. Format PNG juga
disebut sebagai gabungan dari dua format yaitu GIF dan JPG. Citra dengan format
PNG memiliki keunggulan gradasi warna yang lebih banyak dan hasil kompres
citra yang lebih baik dibandingkan format GIF, kekurangan dari format PNG
ukuran file lebih besar.
c. Joint Photographic (JPG)
JPG adalah format untuk menyimpan citra digital yang dikembangkan oleh
JPEG (Joint Photographic Expert Assemble). Keunggulan format JPEG adalah
sistem kompres citra dengan cara mengurangi beberapa bagian citra untuk
memblok pixelnya. Format ini menjadi standar citra yang digunakan di internet
karena dapat di kompres sehingga ukuran file menjadi lebh kecil, kelemahan
format JPEG adalah kualitas citranya menurun (lossy compression) akibat
dikompres dan permanen.
d. Tagged Image File Format (TIFF)
TIFF adalah format yang fleksibel yang biasanya disimpan sebagai 8 bits
atau 16 bits per warna (merah, hijau, biru) untuk 24-bit dan total 48-bit, masing-
masing, menggunakan nama file TIFF atau TIF. TIFF adalah lossy dan lossless;
sebagian menawarkan kompresi lossless yang baik untuk citra bi-level (hitam dan
putih). Beberapa kamera digital bisa menyimpan dengan format TIFF,
menggunkan algoritma kompresi LZW untuk penyimpanan lossless. Format citra
9
9
TIFF tidak di dukung oleh kebanyakan browser web. TIFF tetap diterima sebagai
sebuah standar file fotografi dalam bisnis percetakan.
2.2. Akusisi Data Citra Foto Udara Dengan UAV
Akuisisi data citra foto udara melalui UAV akan berhasil jika sensor dan standar
oprasional prosedur (SOP) dapat berjalan dengan baik. Sensor berfungsi untuk
menerima dan memancarkan energi kesuatu objek dan menerima pantulannya sebagai
data untuk dianalisis. SOP berfungsi sebagai pedoman UAV untuk mengerjakan tugas
pekerjaan sesuai dengan fungsi dan alat yang sudah ditentukan (Suryadi et al., 2015).
2.2.1. Sensor UAV
Sensor memiliki peran penting pada UAV untuk mendapatkan data selama
proses penerbangan dan selanjutnya dianalisis untuk berbagai kepentingan. Sensor
dibagi menjadi dua jenis yaitu sensor pasif dan sensor aktif (Hidayat, 2016). Sensor
pasif akan mendeteksi energy alami yang dipancarkan oleh objek yang diamati
sedangkan sensor aktif akan mengelauarkan energy sendiri yang dipancarkan ke objek
pengamatan dan hasil pantulan energy disimpan serta diolah menjadi data. Berikut ini
beberapa sensor dalam UAV:
a. Sensor Inertia Measuring Unit (IMU) MPU6050
Sensor MPU6050 merupakan sensor yang terintegrasi dengan 6 sumbu
motion tracking dengan menggabungkan beberapa perangkat seperti 3 sumbu
gyroscope, sebuah Digital Motion Processor (DMP) dan 3 sumbu accelerometer.
10
10
b. Sensor Accelerometer Microelectro Mechanical System (MEMS)
MEMS merupakan sensor mekanik yang berbentuk Integrated Circuit (IC)
dengan komponen utamanya berupa silicon dan berukuran Micron. Sensor MEMS
ini biasanya digunakan untuk mengukur posisi, percepatan, dan kejutan.
c. Sensor Barometer (Digital Pressure Sensor)
Sensor barometer ini akan bertindak sebagai transduser untuk
menghasilkan sinyal dari tekanan udara yang mengenainya. Dalam penggunaan
sensor barometer ini untuk mengetahui ketinggian wahana terbang terhadap
permukaan bumi. Wahana yang biasanya menggunakan sensor tekanan udara ini
adalah pesawat terbang, satelit, roket dan helikopter.
d. Sensor Magnetometer
Magnetometer adalah sensor yang digunakan untuk mengukur arah atau
kuat dan lemahnya medan magnet secara absolut. Sensor ini banyak diaplikasikan
dalam banyak bidang militer dan komersial seperti pesawat terbang, kapal selam
dan bidang arkeologi. PNI,inc merupakan perusahaan pertama yang menciptakan
teknologi sensor magnetometer ini untuk kepentingan militer Amerika Serikat.
Kemampuan sensor sangat tergantung dengan pengenalan lokasi. Sensor
magnetometer mengacu pada magnetik bumi, pergeseran arah dari magnet bumi.
2.2.2. Standar Operasional Prosedur (SOP) Penerbangan UAV
Suryadi et al. (2015) Dalam pengoprasian UAV ada berbagai hal yang perlu
dipersiapkan demi keberhasilan dan keamanan penerbangan sehingga tujuan
11
11
menerbangkan UAV bisa dicapai dengan maksimal. Langkah awal sebelum
menerbangkan UAV harus memastikan semua bagian utama UAV dalam kondisi baik
dan bekerja sebagaimana mestinya. Berikut ini bagian-bagian utama UAV adalah body
utama, baling-baling, radio transreceiver, motor (dinamo), baterai, flight controller
board, electronic speed controller, kamera dan gimbal axis, joystick,
smartphone/tablet/laptop untuk monitor dan control saat menerbangkan UAV, dan
kartu memori dengan kecepatan tinggi.
Keberhasilan mempersiapkan UAV dengan baik akan mengurangi resiko
kegagalan dalam misi penerbangan, sebab apabila UAV jatuh dari ketinggian dapat
mengakibatkan wahana tidak dapat digunakan kembali. Berikut ini persiapan yang
harus dilakukan sebelum menerbangkan UAV:
a) Mempersiapkan UAV: Cek semua kondisi komponen UAV dan pastikan
semuanya dalam kondisi normal, baling-baling terpasang dengan benar, baterai
dalam kondisi full charge, koneksi dan transreciever dalam kondisi yang normal.
b) Pre Flight, memastikan lingkungan terbang aman dan tidak berbahaya, seperti
cuaca dalam kondisi cerah dan kecepatan angin yang dapat ditoleransi, tidak ada
bangunan dan pohon yang tinggi atau menggangu proses penerbangan, jauhkan
UAV dari barang-barang yang menggangu frekuensi radio misalnya listrik dan
logam.
c) Kalibrasi Kompas dan gimbal UAV, hal ini akan sangat membantu UAV untuk
terbang stabil dalam kondisi tertentu dan dapat melakukan safety landing apabila
dalam kondisi darurat.
12
12
2.2.3. Alat-Alat Bantu UAV
Nugroho et al. (2015) UAV memerlukan alat bantu untuk menjaga komponen
utama UAV terlindungi dalam mobilisasi dari satu tujuan ke tujuan lain dan
memperlancar didalam melaksanakan penerbangan baik untuk monitoring dan
pembuatan misi penerbangan karena alat bantu memiliki peran penting dalam merawat
dan menjaga UAV dalam kondisi prima. Alat-alat bantu UAV yang wajib dimiliki
sebagai berikut :
a. Tas Pesawat UAV, alat ini bermanfaat untuk melindungi UAV saat dalam proses
mobilisasi dari benturan dan kerusakan, selain itu akan melindungi UAV saat
disimpan dari kotoran dan debu yang dapat merusak panel elektronik.
b. Laptop dan Smartphone, alat ini berfungsi untuk mengolah dan memproses data
yang dihasilkan oleh UAV, selain itu perangkat ini juga berfungsi dalam
mempersiapkan misi dan memonotoring UAV saat menjalankan penerbangan.
c. Card Rider dan Hardisk, alat ini berguna untuk menyimpan dokumen atau berkas
yang dihasilkan UAV berupa citra foto udara dan hasil dari memproses data.
2.4. Memproses Citra Digital
Mengolah citra foto udara menjadi data tinggi tanaman membutuhkan beberapa
proses pengolahan citra digital, pertama citra foto udara diolah menggunakan
perangkat lunak Structure from Motion (SfM) yang memungkinkan membuat model
tiga dimensi (3D) dari susunan beberapa gambar 2D dalam hal ini adalah citra foto
udara yang diperoleh dari UAV yang sudah berisi informasi spasial, salah satu software
13
13
yang bisa digunakan adalah Agisoft Metashape professional melalui proses align
photos, proses ini akan menghasilkan point cloud yang menyusun model 3D dari citra
foto udara. Pemrosesan kedua melalui perangkat lunak Geographic Information System
(GIS) untuk menganalisis gambar yang dihasilkan untuk berbagai kepentingan, salah
satunya adalah untuk mengestimasi tinggi tanaman (Panagiotidis et al., 2016).
2.4.1. Perangkat Lunak Pengolahan Citra Foto Udara
Perangkat lunak untuk pengolah data citra foto udara ada beberapa jenis
berdasarkan fungsinya, diantaranya adalah perangkat lunak SfM dan GIS. Adapun
beberapa perangkat lunak SfM yang bisa digunakan sebagai berikut: Agisoft
Metashape, Pix4D Mapper, Drone Deploy, COLMAP. Produk yang dihasilkan dari
perangkat lunak SfM diolah kembali menggunakan perangkat lunak berbasis GIS
untuk kepentingan analisis data, salah satunya untuk mengestimasi tinggi tanaman.
Berikut ini beberapa perangkat lunak berbasis GIS yang dapat digunakan adalah
Quantum GIS (QGIS), SAGA GIS, GRASS GIS, OrbisGIS (Nyimbili et al., 2016).
2.3.2. Produk Hasil Olah Citra Foto Udara
Irsyad (2017) Citra foto udara bermanfaat untuk berbagai kepentingan
masyarakat dan ilmu pengetahuan diantaranya untuk pemetaan lahan, pengelolaan
lahan pertanian, pemantauan kondisi lingkungan, penggunaan sumber daya alam,
mitigasi bencana alam, kehutanan, geologi, pertanian, perencanaan, pengelolahan
wilayah dan lain sebagainya. Terlepas dari itu salah satu produk yang dihasilkan dari
citra foto udara yang cukup penting adalah dibidang pertanian. Citra foto udara
14
14
memiliki peran penting dalam revolusi pertanian modern karena dapat mempermudah
dalam menganalisis kondisi lahan dan tanaman budidaya. Tinggi tanaman budidaya
saat ini dapat diestimasi menggunakan citra foto udara dengan melalui beberapa proses
digitasi di komputer. Berikut ini bebera produk digitasi yang dihasilkan dari citra foto
udara:
a. Digital Elevation Model (DEM)
DEM adalah model elevasi digital permukaan bumi dimana semua objek
selain tanah yang berada di atasnya akan dielemininasi, DEM juga bias dikatakan
sama dengan Digital Terrain Model (DTM) data ini bermanfaat untuk membuat
perencanaan lahan dan pengukuran vegetasi.
b. Digital Surface Model (DSM)
DSM adalah model permukaan bumi digital dimana semua objek yang ada
diatas bumi tidak dieliminasi sehingga memberikan gambaran ketinggian objek
yang ada diatas ground termasuk bangunan dan tumbuhan.
DSM dan DEM diperoleh melalui pengolahan citra foto udara dari UAV
menggunakan perangkat lunak SfM, salah satunya adalah Agisoft Metashape
Professional. Data ini bisa digunakan untuk mengestimasi tinggi tanaman dengan
mengurangi DSM dari DEM, untuk melakukan hal itu diperlukan perangkat lunak
berbasis GIS yang salah satunya adalah QGIS. Hasil pengurangan DSM dengan DEM
akan dihasilkan Canopy Height Model (CHM). CHM adalah model ketinggian kanopi
yang mewakili tinggi pohon, dengan nilai jarak antara tanah dengan bagian puncak
15
15
tanaman, dari jarak ini bisa diestimasi tinggi suatu tanaman yang ada pada citra foto
udara (Neveed et al., 2017).
2.3.3. Metode Pengolahan Citra Foto Udara
Terdapat beberapa metode dalam mengolah citra foto udara agar menjadi data
tinggi tanaman, berikut ini metode yang dapat digunakan:
a. Panagiotidis et al. (2016) mengestimasi tinggi tanaman dari citra foto udara
dengan membuat DTM dan DSM melalui perangkat lunak Agisoft Photoscan
dengan parameter a) max angle, b) max distance, dan c) cell size, selanjutnya DTM
dan DSM diproses menggunakan ArcGIS 10.3.1 by ESRI untuk membuat CHM.
CHM adalah selisih dari DSM dan DTM yang bisa digunakan untuk mengestimasi
tinggi tanaman dengan local maxima filtering dan watershed segmentatioan.
b. Birdal et al. (2017) mengolah citra foto udara menjadi parameter pengamatan
tanaman menggunakan perangkat lunak PIX4D yang mampu mendeteksi citra foto
Gambar 2. Ilustrasi perbedaan DEM dan DSM (Sumber: zonaspasial, 2018)
16
16
yang mirip atau serupa sehingga dapat tersususn secara otomatis menjadi model
3D yang kemudian dapat diolah menjadi berkas DEM dan DSM dan selanjutnya
diproses kembali pada perangkat lunka ArcGIS untuk membuat CHM.
c. Iizuka et al. (2018) citra foto udara yang diperoleh melalui UAV diproses dengan
perangkat lunak berbasis SfM dalam hal ini agisoft metashape professional untuk
membangun model 3D berupa DEM dan DSM. Selanjutnya DEM dan DSM
diproses menggunakan software berbasis GIS yaitu QGIS untuk mengukur tinggi
tanaman.
2.4 Pisang Ambon
Pisang ambon memiliki nama spesies Musa paradisiaca var. sapientum.
Keunggulan pisang ambon dibandingkan dengan pisang jenis lain adalah pada
rasa buah yang manis saat sudah matang dan beraroma harum karena mengandung
komponen senyawa ester seperti isoamil asetat yang khas untuk aroma pisang
(Tressl, 1972). Kusumo dan Farid (1994) Menjelaskan bahwa pisang ambon termasuk
pada kelompok triploid (AAA). Tinggi tanaman sekitar 2,5- 3 m, bertandan lebat,
bentuk buah panjang dengan panjang 15-17 cm, beraroma dan bila masak kulitnya
berwarna kuning
Menurut Nakasone et al, (1998) Batang pisang adalah batang semu karea
terbentuk dari pelepah daun yang membesar di pangkal dan mengumpul
berselangseling secara kompak sehingga tanpak seperti batang (pseudo stem). Batang
pisang yang sebenarnya ada pada bagian yang terbenam tanah dan kadang muncul
dipermukaan tanah sebagai umbi yang tumbuh tunas dan berakar. Secara umum batang
17
17
pisang tersusun atas epidermis berkutikula dan kadang terdapat stomata. Berkas
pembuluh terdiri dari floem dan xylem yang tersusun tersebar.
2.5. Penelitian Terdahulu
Penelitian Shokirov et al. (2016) pengukuran melalui foto udara untuk
mendeteksi perubahan hutan menghasilkan data ketinggian kanopi pohon dengan
akurasi hingga 88,5%, sedangkan untuk delenasi kanopi per pohon nilai akurasinya
75,2%. Saat ini satelit dan wahana terbang tanpa awak bertekenologi canggih mampu
memberikan informasi spasial dan spektral yang akurat tentang kondisi permukaan
bumi, ini dapat digunakan untuk mengambil data tanaman dengan tepat (Yilmaz et al.,
2017). Tinggi tanaman dapat diperkirakan menggunakan model 3D tanaman dari foto
udara yang diproses dengan structurefrom motion (SfM) untuk membangun model 3D
(Iizuka et al., 2017). Dalam penelitian Birdal et al. (2017) metode rekonstruksi citra,
pengolahan dan lokal maximum filter berbasis UAV digunakan untuk mendapatkan
ketinggian tanaman. UAV atau drone memungkinakn untuk mengambil citra foto udara
beresolusi tinggi untuk diproses menjadi orthophoto, DEM dan DSM. Kelebihan dari
pengkuran parameter tanaman menggunakan citra foto udara adalah dapat dengan
mudah mendeteksi tanaman secara individu khususnya untuk tanaman besar, namun
keterbatasan teknologi ini kadang tidak dapat mendeteksi tanaman kecil (Dong et al.,
2020). Sedangkan menurut Liu et al. (2018) Keakuratan DSM dan DEM dipengaruhi
oleh kualitas pengambilan foto dari udara, sehingga perlu adanya perbaikan dan
peningkatan agar mendapatkan gambar orthophoto dengan presisi tinggi sehingga
akurasi data dan pendeteksian tanaman menjadi lebih baik.
18
18
UAV dengan kamera tinggkat konsumen yang tidak mahal juga dapat
digunakan untuk pengamatan tanaman dari udara dan menghasilkan citra foto udara
untuk estimasi parameter tanaman dengan akurasi yang tinggi (Ramon et al., 2015).
Selain dapat mengukur tinggi tanaman, citra foto udara yang ambil oleh wahana
pesawat terbang tanpa awak juga bisa digunakan untuk menilai efek dari ketersediaan
tanah yang berbeda pada pertumbuhan kanopi. Tantangan dalam mengubah data citra
foto udara menjadi data tanaman seperti tinggi tanaman adalah mengidentifikasi secara
otomatis setiap puncak tanaman dengan akurat (Wang et al., 2004).