SISTEM PENGINDERAAN JAUH

“KOREKSI RADIOMETRIK CITRA”

Dosen Pengampu :

Dr. Harintaka, ST., MT.

Disusun Oleh :

Anindya Sricandra Prasidya

PROGRAM PASCASARJANA TEKNIK GEOMATIKA UNIVERSITAS GADJAHMADA

YOGYAKARTA 2014

KESALAHAN RADIOMETRIK

Kesalahan radiometric yaitu kesalahan berupa pergeseran nilai atau derajat keabuan elemen

gambar (pixel) pada citra, agar mendekati harga yang seharusnya dan juga memperbaiki kualitas

visual citra. Penyebab kesalahan radiometric dapat dibedakan dalam tiga kelompok antara lain :

1. Kesalahan pada system optic (instrumentasi). Keslahan ini dapat disebabkan oleh (a)

bagian optic pembentuk citra agak buram (blur), dan (b) perubahan kekuatan sinyal.

2. Kesalahan karena gangguan energy radiasi elektromagnetik pada atmosfer yang

disebabkan oleh (a) pengaruh hamburan dan serapan, (b) tanggapan (response) amplitude

yang tidak linier, dan (c) terjadinya noise pada waktu transmisi data.

3. Kesalahan karena pengaruh sudut elevasi matahari yang menyebabkan (a) perubahan

pencahayaan pada permukaan bumi, karena sifat obyek dan kepekaan obyek menerima

tenaga dari luar tidak sama dan (b) perubahan radiasi dari perubahan sudut pengamatan

sensor.

4. Kesalahan karena pengaruh variasi topografi yang menyebabkan adanya daerah dengan

bayangan dan adapula yang tidak memiliki bayangan.

Kesalahan radiometric karena kesalahan pada system optic (instrumentasi)

Kesalahan radiometric karena perubahan kekuatan sinyal pada sub system optika mengakibatkan

terjadinya noise yang koheren berupa periodic noise, spike noise, dan stripes noise. Tingkat

noise relative terhadap kekuatan sinyal dapat diketahui berdasarkan rasio sinyal terhadap noise

(signal-noise ratio) atau S/N (Lillesand dan Kiefer, 1994). Rasio S/N langsung dipengaruhi oleh

resolusi radiometric data (kemampuan membedakan pantulan terkecil). Di samping itu S/N

berkaitan dengan resolusi spasial dan spectral. Beberapa faktor yang berkaitan dengan rasio

sinyal dan noise tersebut dapat dirumuskan sebagai berkut :

Dimana,

(S/N)λ = Rasio sinyal dan noise pada panjang gelombang (spektrum) tertentu

Dλ = Kemungkinan dideteksi (ukuran kualitas penampilan detector) β2

= sudut pandang sesaat kuadrat

(H/V)1/2 = akar tinggi wahana/kecepatan orbit

Δλ = lebar spektrum kanal (resolusi spektral)

Lλ = pantulan/pancaran objek di bumi

Periodic noise dalam citra muncul sebagai pola dua dimensi sepanjang garis-garis scanning dan

tegak lurus pada garis tersebut. Periodisitasnya dapat terlihat dalam domain frekuensi Furrier dua

dimensi, yakni struktur noise yang berhubungan dengan spektrum amplitudo dua dimensi,

sebagai deretan garis-garis sisir yang menyatakan bahwa energi terkonsentrasi pada lokasi

frekuensi spasial tertentu. Periodic noise dapat disebabkan karena :

- Perpindahan yang tidak tepat antara sinyal-sinyal periodic yang mengatur siaman dan

mekanisme pembentuk citra pada scanner elektro optik.

- Power yang dipakai tidak stabil

- Terdapat osilasi pada scanner elektro mekanik atau pada perekam data

Spike noise secara umum akan muncul sebagai garis horizontal yang tidak berkorelasi dengan

arah tegak lurus garis scanning. Gambaran terjadinya noise ini ada pada gambar.

Gambar 1. Spike noise karena adanya drop out signal

Noise ini disebabkan karena :

- Tidak adanya sinyal (drop out signal) pada proses transmisi data, dan pembentukan citra,

perekaman citra, atau pada saat pemutaran kembali (playback) rekaman citra.

- Perbedaan “gain” dan “offset” dari detector-detektor pembentuk citra (multidetektor).

Citra multidetektor adalah citra yang dibentuk oleh sensor multidetektor yang bekerja

pada spectral tertentu dan terdiri dai beberapa detector. Setiap detektornya peka terhadap

spectral yang sama, sedangkan sudut pandang total sensor multi detector merupakan

penjumlahan sudut pandang detector pembentuk citra tersebut. Contoh grafik gain dan

offset ada pada gambar

Gambar 2. (a) karakteristik transfer dari detektor radiasi dan (b) tidak tepatnya karakteristik

detector pada band yang sama

Stripes noise terjadi karena bit error dalam transmisi data dan gangguan temporer pada

elektronik analog sehingga menghasilkan pixel yang berbeda sekali dengan sekitarnya.

Kesalahan karena energy radiasi elektromagnetik pada atmosfer

Gangguan atmosfer terhadap energy radiasi elektromagnetik dalam perjalanannya dari objek ke

sensor berupa peristiwa hamburan dan serapan oleh berbagai partikel di atmosfer. Di samping

pengaruh hamburan dan serapan juga terjadi response amplitudo yang tidak linear, dan terjadinya

noise pada waktu transmisi data dari sensor ke stasiun penerima di bumi. Gangguan atmosfer

dinyatakan dengan “path radiance”. Komponen hambatan pada atmosfer yang berupa tiga jenis

hamburan, yaitu hamburan Rayleigh, hamburan Mie, dan hamburan non-selektif terhadap

panjang gelombang. Pada gambar menjelaskan ganguan yang terjadi pada energy yang diterima

dari matahari ke sensor yang melewati medium atmosfer.

Gambar 3. Gangguan hamburan atmosfer pada panjang gelombang

Dari gambar diatas diketahui bahwa total pantulan yang diterima oleh sensor merupakan fungsi

dari berbagai besaran lain seperti derajat pemantulan obyek, hamburan atmosfer, irradiance dari

obyek dan path radiance. Sehingga total radians yang diterima oleh sensor dirumuskan sebagai

berikut :

Dimana,

LApp = total radians sejati yang diterima oleh sensor ρ

= derajat pemantulan obyek T =

hamburan atmosfer

E = irradians pada obyek

LP = path radiance/ haze dari atmosfer dan bukan dari obyek

Besar gangguan hamburan pada pantulan objek yang direkam oleh sensor penginderaan jauh

menyebabkan menurunnya kontras citra atau menurunnya nilai digital data yang terekam.

Kesalahan karena pengaruh sudut elevasi matahari

Kesalahan radiometric karena pengaruh sudut elevasi matahari dapat menyebabkan adanya

perubahan pencahayaan pada permukaan bumi. Hal itu disebabkan oleh sifat objek dan kepekaan

objek dalam menerima energi dari luar yang tidak sama. Perubahan radiasi permukaan objek

karena perubahan sudut pengamatan sensor menyebabkan perubahan kecerahan citra. Perubahan

sudut penyinaran matahari terhadap zenith dan jarak matahari ke bumi menyebabkan terjadinya

perbedaan musim di bumi. Perubahan sudut penyinaran matahari mempengaruhi irradiasi

matahari yang sampai ke objek di permukaan bumi.

Gambar 4. efek perubahan musin akibat perubahan sudut penyinaran

Besarnya irradiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi dapat di ekspresikan dalam rumus

berikut ini :

Dimana,

E = Irradiasi matahari normal pada objek

EO = irradiasi rata-rata antara matahari-bumi (atmosfer) θ = sudut penyinaran

matahari terhadap zenith (penyiku sudut elevasi matahari) d = jarak

matahari ke bumi (unit astronomi)

Kesalahan karena variasi topografi

Kesalahan akibat variasi topografi sejatinya disebabkan oleh pengaruh sudut elevasi matahari,

yang berakibat pada perubahan pencahayaan pada permukaan bumi karena sifat dan kepekaan

objek menerima tenaga dari luar tidak sama serta perubahan radiasi permukaan objek disebabkan

oleh perubahan sudut pengamatan sensor. Perubahan radiasi permukaan objek menyebabkan

perubahan kecerahan citra. Perubahan sudut penyinaran matahari terhadap zenit dan jarak

matahari ke bumi mempengaruhi irradiasi matahari yang sampai ke objek di permukaan bumi,

sehingga menyebabkan perubahan pada nilai piksel pada rekaman gambar di permukaan bumi.

Oleh karena itu, koreksi topografi bertujuan untuk mengembalikan nilai keabuan elemen gambar

(piksel) pada nilai yang sebenarnya (Purwadhi, 2001).Gambaran efek variasi topografi pada

radiometric citra ada pada gambar .

Gambar 5. Pengaruh variasi topografi pada reflektansi obyek

Koreksi kesalahan pada system optika

Koreksi dilakukan sesuai dengan jenis kesalahan radometrik seperti yang telah dijelaskan

sebelumnya. Pada periodic noise koreksi dilakukan dengan band-pass filter atau notch filter.

Filter band-pass hanya digunakan untuk memfilter(melewatkan) frekuensi spasial daerah

tertentu, sedangkan notch filter sebaliknya menghambat frekuensi spasial tertentu. Frekuensi

yang merupakan batas (cut-off frequency) ditentuktan berdasarkan transformasi fourier dari

citranya.

Spike noise karena drop out signal berarti tiada data pada daerah tersebut. Menghilangkan garis

tersebut bukan berarti memperbaiki citra, tapi lebih pada membuang piksel yang terkena noise

tersebut. Sedangkan adanya noise karena efek perbedaan gain dan offset dari detector-detektor

pembentuk citra multidetektor, memberikan arti yang besar untuk perbaikan citra. Cara

menghilangkan spike noise pada citra multidetektor menggunakan data dependent method yakni

dengan:

(a) penggunaan filter dalam domain frekuensi fourier ,

(b) penggunaan berbagai parameter stastistik nilai keabuan piksel pada citra yaitu dengan

menyamakan histogram kumulatif citra pada setiap detector dengan citra multidetektor atau

dengan menyamakan fungsi probabilitas distribusi nilai keabuan citra pada setiap detector.

Nilai radian setiap piksel pada citra dapat dinyatakan dalam hubungan linier secara umum

sebagai berikut :

DN = GL + B

Dimana,

DN = nilai digital piksel yang terekam pada sensor satelit

G = slope dari respon spectral

L = spectral radian (irradians atmosfer) setiap kanal

B = lintasan respon spectral

Koreksi radiometric karena efek atmosfer

Koreksi terhadap “path radiance” dapat menggunakan model linear dan model kalibrasi

bayangan awan. Model linear dilakukan dengan anggapan bahwa pantulan (reflektansi) = 0 dapat

ditentukan dari salah satu komponen spectral suatu multi citra. Contoh “path radiance” adalah

pantulan air pada spectral inframerah dekat, nilai keabuan piksel = 0. Berbagai citra pada daerah

yang sama dapat diperkirakan “path radiance” dari plotting histogramnya. Nilai keabuan

terendah dapat ditunjukkan pada histogram merupakan nilai “path radiance” sehinga untuk

menghilangkan pengaruh atmosfer dapat dilakukan dengan mengurangi nilai “path radiance”

pada setiap nilai keabuan piksel. Persamaan linier distribusi radiasi elektromagnetik objek

sampai ke sensor merupakan f(x,y) dengan system koordinat (x,y) sebagai berikut :

f"(x,y) = T(x,y),f(x,y) + B(x,y) dimana,

f”(x,y) = distribusi radiasi yang sampai ke

sensor T(x,y) = transmisi atmosfer 0 < T < 1

f(x,y) = radiasi dari objek yang direkam

B(x,y) = “path radiance” = radiasi yang dihamburkan oleh berbagai partikel di atmosfer

Fungsi response radiometric digambarkan dengan pusat slope inverse pada gambar . Nilai digital

dan irradiasi atmosfer dapat dirumuskan sebagai berikut :

Dimana, Lmax = spectral radian (irradiasi atmosfer) maksimal Lmin = spectral radian (irradiasi atmosfer) minimal L = spectral radian (irradiasi atmosfer) setiap kanal

Gambar 6. Inverse fungsi radiometric response untuk TM kanal tunggal

Metode kalibrai bayangan dapat dilakukan dengan unit kelas objek (landscape) yang tertutup bayangan awan. Irradiasi objek yang tertutup bayangan awan diukur dan kemudian dianalisis untuk menentukan radiasi “upwelling: atmosfer. Hubungan parameter yang mempengaruhi dalam metode ini adalah :

Eis = K (Es. R. T. + π. L) Eiu = K (Eu. R. T. + π. L)

Subtitusi dua persamaan diatas, sehingga Eis = Es/Eu. Eiu + K. π. L (1-Es/Eu) Dimana Es = irradasi penutup lahan antariksa Eu = irradiasi penutup lahan dari matahari dan antariksa Eis = irradiasi penutup lahan yang tertutup bayangan Eiu = irradiasi penutup lahan yang tidak tertutup bayangan

R = reflektansi (pantulan) penutup lahan T = transmisi atmosfer L = radiasi atmosfer K = konstanta yang dimiliki sensor untuk menghitung spectroradiometric Koreksi karena variasi topografi

Ada beberapa metode yang digunakan dalam koreksi topografi, yaitu Cosine Correction,

Minnaert Correction, dan Normalization Method (Law and Nichol, 2007).

1. Cosine Correction

Pada metode ini, permukaan bumi diasumsikan mempunyai sifat Lambertian, yaitu untuk

menghasilkan sebaran pantulan yang sempurna, jumlah cahaya yang dipantulkan harus sama dari

segala arah. Oleh karena itulah, koreksi Lambertian digunakan untuk mengoreksi perbedaan

penyinaran yang disebabkan oleh orientasi dari permukaan bumi (Jones et al, 1988).

Persamaan yang sering digunakan pada metode ini adalah (Teillet et al, 1982):

dimana

2. Minnaert Correction

Pada tahun 1980, Smith et al memperkenalkan metode ini untuk menguji persamaan

Lambertian. Persamaan Minnaert dikembangkan pada tahun 1941, menggunakan analisis

fotometrik dari permukaan bulan (Justice and Holben, 1979).

Pada penelitian yang dilakukan oleh Smith et al (1980), konstanta Minnaert, k, ditentukan

dari linerisasi pertama pada persamaan berikut:

dimana

Setelah dilakukan linearisasi, persamaan menjadi:

Sekarang kita dapat menentukan nilai regresi dari k menggunakan persamaan berikut, dari

bentuk linear y = mx + c dimana

Setelah konstanta Minnaert ditentukan, maka model transformasi koreksi matahari dari

backward dapat dikembangkan sebagai berikut:

3. Normalization Method (C Correction)

Metode normalisasi mempunyai dua langkah, yaitu memodelkan kecerahan permukaan

yang berhubungan dengan sudut penyinaran matahari menggunakan data DEM. Data input

yang diperlukan berupa sudut dan elevasi matahari yang diperoleh dari metadata satelit.

Hasil model kecerahan permukaan tersebut mempunyai rentang nilai antara 0 sampai 255. Setelah model tersebut dibuat, transformasi untuk masing-masing band dari citra satelit

ditampilkan untuk memperoleh hasil citra yang terkoreksi topografi dengan persamaan:

dimana

Koreksi koefisien dapat dihitung dengan persamaan:

dimana

REFERENSI

Fuerder, P. 2010. Topographic Correction of Satellite Images for Improved LULC

Classification in alpine areas. Grazer Schriften der Geographie und Raumforschug : Austria

Habib, A. 2007. Radiometric Processing of Remote Sensing Data. Lecture notes on Remote

Sensing.

Julzarika, A., dkk. 2012. Penguatan Kapasitas Daerah Dan Sinergitas Pemanfaatan Metode

Pendeteksian Struktur Geologi Berbasiskan Data Penginderaan Jauh (Optik Dan Sar) Untuk

Optimalisasi Kawasan Tambang Di Kabupaten Tabalong Dan Kabupaten Paser. PUSAT

PEMANFAATAN PENGINDERAAN JAUH : LAPAN, Jakarta

Purwadhi, F.S.H. 2001. Interpretasi Citra Digital. PT. Grasindo : Jakarta

http://faculty.ksu.edu.sa/74534/Photogeology/11 - radiometric%20correction.ppt

(diakses September 2014)