Aplikasi citra hiperspektral dan 3 d hypercube pada citra hiperspektral

Juni 2014 1

1 Paper Penginderaan Jauh

TUGAS PAPER

PENGINDERAAN JAUH

APLIKASI CITRA HIPERSPEKTRAL DAN 3D HYPERCUBE PADA CITRA

HIPERSPEKTRAL

OLEH :

ULFAH SYAHLIANAWATI 12/333140/TK/39666

RETNO AGUS PRATIWI 12/333239/TK/39671

PRADITYA MUKTI ALI 12/333279/TK/39692

JURUSAN TEKNIK GEODESI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA

Juni 2014 2


APLIKASI CITRA HIPERSPEKTRAL

Teknologi Hiperspektral (hyperspectral technology) yang juga dikenal dengan istilah

Imaging Spectrometer, merupakan kelanjutan dari teknologi multispektral (multispectral).

Sistem Penginderaan Jauh Hiperspektral merupakan paradigma baru dalam dunia

penginderaan jauh. Teknik ini menggunakan jumlah sensor hyper alias berlebih sehingga

hasil yang didapat lebih detail dan akurat. Untuk kebutuhan bidang pertanian misalnya, dari

satelit dapat dikumpulkan data detail mengenai lokasi rawan hama, lokasi panen, rawan

kekeringan, rawan banjir, sampai pendugaan umur tanaman dan penentuan jenis tanaman.

Sementara di bidang pertambangan, teknologi ini mampu mengidentifikasi jenis jenis

material tambang (mineral).

Beberapa dekade yang lalu, teknologi hiperspektral hanya dikenal dikalangan para

peneliti dan pakar. Dengan munculnya sistem airbone hyperspectral imaging komersial,

Teknologi Hiperspeltral telah siap untuk memasuki mainstream penginderaan jauh. Dengan

teknologi ini, kita akan banyak terbantu dalam pekerjaan/penelitian yang terkait dengan

manajemen SDA, Pertanian, eksplorasi mineral dan monitoring lingkungan. Banyak Manfaat

yang ditawarkan teknologi ini, akan tetapi pemanfaatannya ini memerlukan pemahanan

terhadap data alam dan berbagai startegi pemrosesan dan interpretasi dari citra tersebut.

Dari Multi Spektral ke Hyperspektral

Teknologi Hyperspektral merupakan kelanjutan dari multi spektral, Sensor Hiperspektral

memanfaatkan jumlah kanal yang jauh lebih banyak dari pada sensor multispektral dengan

resolusi bandwidth yang lebih sempit. Umumnya sensor hyperspektral terdiri dari 100-200

kanal dengan resolusi bandwidth 5-10 nm. Akan jauh berbeda jika dibandingkan dengan

multispektral yang rata rata hanya terdiri dari 5 – 10 kanal, dengan resolusi bandwidth yahg

lebih besar: 70-400 nm.

Dengan kanal kanal yang lebih sempit dengan jumlah yang jauh lebih banyak, sensor

hyperspektral dapat digunakan untuk melakukakan pemisahan, klasifikasi dan identifikasi

objek / material di muka bumi, sebagaimana objek aslinya. Kemampuan lainnya adalah untuk

mendeteksi target subpixel, yang akan sangat membantu dalam mendeteksi objek dengan

resolusi pixel yang lebih kecil.

Hiperspektral: Spectrokopi dan Inderaja

Instrumen yang digunakan untuk menangkap objek Hiperspektral di kenal dengan

spectrometer imaging. Pengembangan instumen ini, melibatkan dua teknologi yang berbeda,

yang terkait satu dengan yang lainnya. Spektroskopi (spectroscopy) dan remote imaging

(penginderaan) objek dipermukaan bumi.

Juni 2014 3


Spektroskopi

Spektroskopi adalah studi tentang cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh material

atau kombinasi (campuran) antar material, yang terkait dengan panjang gelombang sebagai

perwakilan dari energi yang diterima/dipentulkan oleh objek. Sebagai aplikasi dalam inderaja

optis, spektroskopi memanfaatkan spektrum cahaya matahari yang dipantulkan oleh material

yang ada dipermukaan bumi, baik yang bersifat alami maupun buatan manusia.

Instrumen dari spektroskopi ini dikenal dengan nama spektrometer (spectrometer) atau

spektroradiometer (spectroradiometer), yang digunakan untuk mendapatkan informasi

tentang spektrum cahaya yang dipantulkan oleh material uji yang dilakukakn dilaboraturium.

Elemen dispersi optis (seperti prisma) yang ada pada spektrometer membagi cahaya dalam

kanal kanal sempit, kemudian panjang gelombang yang berdekatan dan energi dari setiap

kanal direkam oleh detektor-detektor. Dengan menggunakan ratusan atau bahkan ribuan

detektor, spektrometer dapat mengukur spektral dari kanal yang panjang gelombangnya

berkisar 0.4-2.4 mm ([panjang gelombang dari cahaya tampak sampai Infra merah tengah).

Sensor perekam jarak jauh

Sensor perekam jarak jauh (Remote Imager) dirancang untuk dapat mengukur cahaya yang

dipantulkan oleh objek pada area berdekatan di permukaan bumi. Citra yang direkam oleh

Sensor perekam ini kemudian diolah oleh spektormeter yang ada bumi.

Nilai Replektan Spektral

Nilai Replektan Spektral ( Spectral Reflectance, selanjutnya disebut spektra) merupakan :

perbandingan antara energi yang dipantulkan dengan energi yang sampai pada suatu objek

sebagai fungsi panjang gelombang.

Spektra merupakan suatu kwantitas tanpa unit yang mencakup harga dari 0 sampai 1.0, atau

dapat juga dinyatakan sebagai persentase, seperti di grafik diatas. pengukuran spektra dari

suatu material uji dilakukan di laboratorium, nilai energi juga diperhitungkan dalam

menentukan nilia spektra dari suatu material uji. Nilai energi ini diukur secara langsung atau

diperoleh dari pengukuran cahaya yang dipantulkan dari sebuah material standar yang telah

diketahui nilai spektranya.

Spektra ini penting, sebagai alat bantu dalam interpretasi citra hiperspektral. Nilai spektra

bervariasi terhadap panjang gelombang untuk hampir semua material sebab energi pada

panjang gelombang tertentu dihamburkan atau diserap ke tingkat derajat yang berbeda.

Variasi spektra akan tampak jelas ketika kita membandingkan kurva spektra dengan kurva

panjang gelombang untuk material yang berbeda, seperti yang ditampilkan pada Gambar 3.

Juni 2014 4


Bentuk suatu kurva spektra serta posisi dan kekuatan daya serap kanal dapat digunakan untuk

mengidentifikasi dan memilah material yang berbeda. Sebagai contoh, tumbuh-tumbuhan

mempunyai spektra(daya pantul) lebih tinggi pada kanal inframerah-dekat dan memiliki

spektra lebih rendah daripada tanah (soil) pada band merah.

Spektra Mineral

Material non organik seperti mineral, komposisi kimia dan sturuktur kristalnya

mempengaruhi bentuk bentuk kurva spektral. Penyerapan pada panjang gelombang spesifik

disebabkan oleh adanya ion atau unsur-unsur bahan kimia tertentu, dan ikatan unsur-unsur

kimia antar elemen yang ada. Ilustrasi pada gambar 4 menunjukkan spektra beberapa mineral.

Spektra Tumbuhan

Spektra dari tumbuhan hijau yang sehat mempunyai bentuk yang khusus. Bentuk kurva

dipengaruhi oleh absorbsi dari pigmen hijau (klorofil) dan pigmen daun lainnya. Klorofil

menyerap cahaya tampak dengan sangat efektif tetapi menyerap panjang gelombang merah

dan biru lebih kuat dibanding hijau, sehingga tumbuhan yang sehat akan berwarna hijau.

Lihat gambar 5

Pustaka Spektra

Beberapa pustaka spektra dari material alami maupun buatan manusia, telah tersedia untuk

digunakan oleh publik Pustaka tersebut menyediakan referensi spektral yang dapat membantu

dalam melakukakn interpretasi citra hiperspektral. Saat ini telah tersedia pustaka spektra

ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) dan pustaka

spektral USGS (the United States Geological Survey).

Pustaka spektral ASTER dibuat dan disediakan oleh NASA sebagai bagian dari

pengembangan instrumen penginderaan ASTER. Di dalamnya telah termasuk kompilasi

spektral dari NASA, Laboratorium Jet Propulsion, Johns Hopkins University dan dari

Laboratorium milik USGS sendiri. Pustaka Spektra ASTER telah mempunyai 2000 spektra

yang meliputi mineral, batuan, material buatan manusia, air, dan salju. Semua spectra tersedia

untuk panjang gelombang 0.4 to 14 μm. Pustaka ini dapat diakses dan diunduh melalui

alamat: http://speclib.jpl.nasa.gov

Pustaka spektral USGS, merupakan pustaka yang disediakan oleh Laboratorium Spektroskopi

USGS. Tersedia sekitar 500 spectra dari mineral dan beberapa jenis tumbuhan, dengan area

kanal dari 0.3-3 μm. Pustaka USGS dapat diakses melalui:

http://speclab.cr.usgs.gov/spectral.lib04/spectral-lib04.html Di dalam pustaka ini sudah

termasuk pustaka referensi standard dari TNTmips, sebuah software analisys Citra

hiperspektral

Juni 2014 5


Tentang Citra Hiperspektral

Menurut (Erick JB, 2002), pengertian hiperspektral adalah banyaknya jumlah band panjang

gelombang yang terukur antara 100 -500, dengan perbedaan panjang gelombang

5nm<∆λ<10nm. Hiperspektral dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan mencirikan

materi yang unik serta memiliki potensi ekstraksi informasi lebih akurat dan detail dibanding

dengan jenis multispektral. citra hiperspektral, harus didasari dengan sejumlah konsep

spektral yang digunakan di penginderaan jauh. Terminologi spektral berkaitan dengan

panjang gelombang, dan energi, serta satuan panjang gelombang adalah micron. Seperti yang

terlihat pada Gambar

Gelombang tampak terletak di 400 nm-700 nm sedang gelombang radio memiliki

panjang gelombang lebih dari gelombang tampak. Setiap materi memiliki identitas yang unik

akibat pola reflektasi dan absorbsi dari gelombang elektromagnetik yang menimpanya. Bila

delta nilai pantulan panjang gelombangnya sempit dan kecil sekali, maka akan terjadi

kontinuitas pada piksel yang merekam pantulan objek, itu terjadi di hiperspektral.

Citra hiperspektral mengukur radiasi pantulan dalam satu seri panjang gelombang

yang sempit dan kontinu, dibanding dengan multispektral. Dikatakan kontinu dan disebut

data hiperspektral bila perbedaan panjang gelombangnya kurang dari 5 nm, aplikasi materi

yang sejenis secara spektral dapat dibedakan dan informasi berskala sub piksel dapat

diekstraksi, hal ini perlu dikembangkan teknik pengolahan citra yang baru.

Berikut aplikasi penginderaan jauh hiperspektral :

Melengkapi peta lahan basah untuk memantau lokasi yang menarik,

Meningkatkan pemetaan spesies vegetasi,

Mengidentifikasi dan memantau rumput yang berbahaya,

Meningkatkan pemantauan kuantifikasi biomassa dan evolusi,

Pemetaan penetrasi jalur dan tingkat kehancuran untuk lebih baik meredakan serangan

spesies yang beracun,

Pemantauan wilayah yang terkontaminasi dan rehabilitasi tambang logam,

Juni 2014 6


Mendeteksi kontaminasi hidrokarbon terhadap tanah dan air yang dihubungkan

dengan aktivitas industri dan pemantauan pipa hidrokarbon,

Mengukur pengaruh industri dan pertanggung jawaban manajemen sebagai garis

dasar lingkungan,

Memodelkan dan memantau kualitas air dari garis pantai,

Pengkajian kualitas tanah dan pemantauan pengaruh praktek pertanian,

Mendukung perhitungan karbon melalui inventarisasi hutan (komitmen protokol

kyoto),

Pemantauan kelautan,

Deteksi Marijuana dan Ganja,

Deteksi Uang palsu,

Target Deteksi penyamaran,

Deteksi polutan pada sistem saluran air

Eksplorasi geologi,

Pemantauan Lingkungan,

Precision Farming,

Geobotany,

Pemanfaatan untuk membangun sistem pengawasan, jalur, pertanian, pertahanan

tanah air, pemantauan lingkungan, pengintaian militer dan perencanaan kota,

Untuk mendeteksi status nutrisi dan air dari gandum pada sistem irigasi,

Deteksi aneka anggur dan dikembangkan sebagai sistem peringatan untuk

penjangkitan penyakit,

Dapat digunakan untuk mendeteksi komposisi kimia dari tumbuhan, gedung, pabrik,

Dapat digunakan untuk mengidentifikasi ragam mineral dan sangat ideal untuk

industri pertambangan dan perminyakan,

Pemetaan biomedis dan pencitraan biometrik,

Identifikasi Mineral Campuran,

Bioteknologi : deteksi noda di microarray, deteksi seluler, analisa gel protein,

Kesehatan : deteksi melamonia, deteksi kanker perut,

Pemantauan asset : jalan yang retak, pemetaan koridor,

Aplikasi lain : ukuran serabut, deteksi simetri, deteksi kekerasan kayu.

Berikut tampilan citra hiperspektral dalam RGB. Adapun data sampel yang diambil

adalah data sampel Teluk Meksiko. Data sampel ini diambil dari dataset SpecTIR ekstensif

hyperspectral dasar lingkungan yang meliputi beberapa National Wildlife Reserves di Teluk

Meksiko selama periode Mei-Juni 2010. Sampel tertentu ini dari Bawah Suwanee NWR,

dikumpulkan pada resolusi spasial 2m dan nominal 5nm Band jarak mencakup rentang

spektral yaitu 395-2450nm.

Juni 2014 7


Juni 2014 8


Juni 2014 9


3D Hypercubes

Menggunakan Build alat Cube 3D untuk mengambil file multispektral atau berkas

hyperspectral (yang mungkin spasial dan spektral subsetted) dan membuat gambar RGB

dengan potongan spektral baris atas dan kolom paling kanan dalam pandangan perspektif.

Irisan spektral yang membentang dan tabel warna yang dipilih pengguna diterapkan. Gambar

akhir adalah warna komposit 3D, RGB, kubus gambar. Semua pengolahan menengah terjadi

berkas-to-file, atau dalam memori, tergantung pada preferensi Anda. (File sementara yang

dibuat selama proses tersebut akan dihapus setelah mereka digunakan).

1. Pada tampilan ENVI klik Toolbar Spectral → Build 3D Cube maka akan muncul

jendela untuk memasukkan file lalu pilih file yang akan dibentuk 3D Hypercube-nya.

Juni 2014 10


2. Selanjutnya akan ada jendela 3D Cube RGB Face Input Bands lalu pilih band mana

saja yang akan ditampilkan dalam RGB dengan klik pada band yang dimaksud. Klik

OK lalu pilih color table lookup yang ingin digunakan. Masukkan nama file output

yang diinginkan dan Klik OK maka 3D hypercube citra akan muncul.

Juni 2014 11


Referensi :

specTIR Management. 2010. Free Data Samples. www.spectir.com/free-data-samples.

Diakses pada hari Kamis, 5 Juni 2014 pada pukul 16.20 WIB

Aviris. 2010. Free data samples. aviris.jpl.nasa.gov/data/free_data. Diakses pada hari Kamis,

5 Juni 2104 pada pukul 16.33 WIB

Wiweka. 2008. Kapabilitas Citra Hiperspektral.

http://jurnal.lapan.go.id/index.php/berita_dirgantara/article/viewFile/68/65. Diakses

pada hari Minggu, 8 Juni 2014 pada pukul 10.00 WIB

Smith, Randall B (2006), Introduction to Hyperspectral Imaging, MicroImagis Inc,

Http://www.microimages.com. Diakses pada hari Kamis, 5 Juni 2014 pada pukul

17.00 WIB

Short, Nicholas M.(2006) Remote Sensing Systems – Hyperspectral Imaging, NASA,

http://rst.gsfc.nasa.gov. Diakses pada hari Kamis, 5 Juni 2014 pada pukul 17.05 WIB

Tapley, Byron D(2006) Hyperspectral Remote Sensing, Centre for Space Research-

University of Texas, http://www.csr.utexas.edu/. Diakses pada hari Kamis, 5 Juni

2014 pada pukul 17.08 WIB

Pike, John(2005) Hyperspectral Imaging, Fedeartion of American Scientist:

http://www.fas.org/. Diakses pada hari Kamis, 5 Juni 2014 pada pukul 17.22 WIB

Aplikasi citra hiperspektral dan 3 d hypercube pada citra hiperspektral

Education

Transcript of Aplikasi citra hiperspektral dan 3 d hypercube pada citra hiperspektral