PENGOLAHAN CITRACitra (image) istilah lain untuk gambar sebagai salah satu komponen multimedia memegang peranan sangat penting sebagai bentuk informasi visual. Citra mempunyai karakteristik yang tidak dimiliki oleh data teks, yaitu citra kaya dengan informasi. Ada sebuah peribahasa yang berbunyi sebuah gambar bermakna lebih dari seribu kata (a picture is more than a thousand words). Maksudnya tentu sebuah gambar dapat memberikan informasi yang lebih banyak daripada informasi tersebut disajikan dalam bentuk kata-kata (tekstual).

Makalah ini berisi pembahasan mengenai citra dan pengolahannya. Selain itu, di dalam bagian ini dipaparkan pula bidang-bidang yang berkaitan dengan pengolahan citra, seperti grafika komputer dan pengenalan pola.

1. CITRA Definisi citra menurut kamus Webster adalah suatu representasi, kemiripan, atau imitasi dari suatu obyek atau benda. Sebuah citra mengandung informasi tentang obyek yang direpresentasikan.

Citra juga dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu : 1. Citra tampak : cahaya yang direfleksikan dari sebuah objek. Sumber cahaya menerangi objek, objek memantulkan kembali sebagian dari berkas cahaya tersebut dan pantulan cahaya ditangkap oleh alat-alat optik. Citra tampak seperti foto,gambar, lukisan, apa yang nampak dilayar monitor. 2. Citra tak tampak : Untuk dapat dilihat mata manusia, citra tak tampak harus dirubah menjadi citra tampak, misalnya dengan menampilkannya di monitor, dicetak di kertas dan sebagainya. Salah satu contoh citra tak tampak adalah citra digital. Menurut Wikipedia Indonesia Citra adalah gambar dua dimensi yang dihasilkan dari gambar analog dua dimensi yang kontinu menjadi gambar diskrit melalui proses sampling. Gambar analog dibagi menjadi N baris dan M kolom sehingga menjadi gambar diskrit. Persilangan antara baris dan kolom tertentu disebut dengan piksel. Contohnya adalah gambar/titik diskrit pada baris n dan kolom m disebut dengan piksel [n,m]. Sampling adalah1

proses untuk menentukan warna pada piksel tertentu pada citra dari sebuah gambar yang kontinu. Pada proses sampling biasanya dicari warna rata-rata dari gambar analog yang kemudian dibulatkan. Proses sampling sering juga disebut proses digitisasi. Ada kalanya, dalam proses sampling, warna rata-rata yang didapat di relasikan ke level warna tertentu. Contohnya apabila dalam citra hanya terdapat 16 tingkatan warna abu-abu, maka nilai ratarata yang didapat dari proses sampling harus diasosiasikan ke 16 tingkatan tersebut. Proses mengasosiasikan warna rata-rata dengan tingkatan warna tertentu disebut dengan kuantisasi.

Citra sebagai keluaran suatu sistem perekaman data dapat bersifat optik berupa foto, bersifat analog berupa sinyal-sinyal video seperti gambar pada monitor televisi, atau bersifat digital yang dapat langsung disimpan pada suatu pita magnetik. Citra digital merupakan suatu larik dua dimensi atau suatu matriks yang elemen-elemennya menyatakan tingkat keabuan dari elemen gambar. Jadi informasi yang terkandung bersifat diskret. Citra digital tidak selalu merupakan hasil langsung data rekaman suatu sistem. Kadang-kadang hasil rekaman data bersifat kontinu seperti gambar pada monitor televisi, foto sinar-X, dan lain sebagainya. Dengan demikian untuk mendapatkan suatu citra digital diperlukan suatu proses konversi, sehingga citra tersebut selanjutnya dapat diproses dengan komputer. Jenis-jenis citra digital yaitu : Citra warna : dibangun atas elemen R, G, B. Citra greylevel : dibangun atas satu elemen saja (kombinasi dari R, G dan B). Citra biner : citra yang hanya mengandung dua nilai intensitas.

2. JENIS JENIS CITRA Secara umum, citra dapat dibedakan menjadi citra foto dan citra nonfoto a. Citra Foto Citra foto adalah citra yang dihasilkan alat sensor kamera. Alat sensor tersebut, dapat disim[an pada wahana pesawat udara atau satelit. Ada bebrbagai jenis citra foto. Hal ini bergantung pada beberapa hal hal berikut: 1) Berdasarkan spectrum elektromagnetik yang digunakan, citra foto dapat dibedakan atas a) Foto ultraviolet adalah citra foto yang dibuat dengan menggunakan spectrum sinar ultraviolet (panjang gelombang 0,1 0,4 mikron)2

b) Foto ortokromatik adlah citra foto yang dibuat dengan menggunakan spectrum sinar tampak, mulai dari warna biru sampai warna hijau (panjang gelombang 0,4 0,56 mikron). c) Foto pankromatik adalah citra foto yang dibuat dengan menggunakan semua spectrum sinar tampak mulai dari warna merah sampai dengan warna ungu (panjang gelombang 0,4 0,7 mikron) d) Foto inframerah adalah citra foto yang dibuat dengan menggunakan spectrum inframerah (panjang gelombang 0,7 30,0 mikron)

2) Berdasarkan sumbu kamera yang digunakan, citra foto dapat dibedakan atas a. Foto vertical atau foto tegak adalah citra foto yang dibuat dengan menggunakan sumbu kamera tegak lurus terhadap objek b. Foto miring atau foto condong adalah citra foto yang dibuat dengan menggunakan sumbu kamera condong dan membentuk sudut terhadap objek Foto miring dibagi menjadi dua jenis, yaitu: Foto agak miring adalah citra foto yang dibuat dengan menggunakan sumbu kamera yang kecondongannya tidak terlalu besar. Oleh karena itu, horizon atau batas pandang dalam foto tidak terlihat Foto sangat miring adalah citra foto yang dibuat dengan menggunakan kamera yang kemiringan sumbunya sangat besar. Oleh karena itu, horizon atau batas pandang dalam foto terlihat

3) Berdasarkan jenis kamera yang digunakan, citra foto dapat dibedakan atas a) Foto tunggal adalah citra foto sebagai hasil rekaman tunggal b) Foto jamak adalah beberapa citra foto yang dibuat pada waktu yang sama dan meliputi daerah yang sama Ada beberapa cara untuk menghasilkan foto jamak, yaitu: Menggunakan satu kamera tetapi memiliki beberapa lensa Menggunakan multi kamera, artinya beberapa kamera dipasang untuk memotret objek yang sama Menggunakan kamera tunggal dan lensa tunggal tetapi dilengkapi pengurai warna

3

4) Berdasarkan wahana yang digunakan, citra foto dapat dibedakan atas a. Foto udara adalah foto yang diperoleh dari hasil perekaman sensor dengan menggunakan wahana pesawat terbang atau balon udara b. Foto satelit adalah adalah foto yang diperoleh dari hasil perekaman sensor dengan menggunakan wahana satelit

5) Berdasarkan warna yang digunakan, citra foto dapat dibedakan atas a) Foto hitam putih b) Foto warna asli atau pankromati berwarna c) Foto warna semu atau foto inframerah berwarna

b. Citra Nonfoto Citra nonfoto adalah citra yang dibuat dengan menggunakan sensor bukan kamera. Tenaga yang digunakan dalam membuatan citra nonfoto adalah bagian spectrum elektromagnetik, yaitu sinar X sampai gelombang radio. Citra nonfoto dapat dibedakan berdasarkan: 1. Berdasarkan spectrum elektromagnetik yang digunakan, citra nonfoto dapat dibedakan menjadi: a. Citra inframerah termal adalah citra yang dibuat dengan menggunakan spectrum inframerah termal. Jendela atmosfer yang digunakan, yaitu panjang gelombang 3,5 55 mikron, 8 14 mikron, serta sekitar 18 mikron b. Citra radar dan citra gelombang mikro Kedua citra tersebut, dibuat dengan menggunakan spectrum gelombang mikro. Perbedaan di antara kedua citra tersebut sebagai berikut: a) Citra radar merupakan hasil pengindraan jauh dengan system aktif, yaitu menggunakan sumber tenaga buatan b) Citra gelombang mikro merupakan hasil pengindraan jauh dengan system pasif, yaitu menggunakan sumber tenaga alamiah

2. Berdasarkan sensor yang digunakan, citra nonfoto dapat dibedakan menjadi: a. Citra tunggal adalah citra yang dibuat dengan menggunakan sensor tunggal

4

b. Citra multispectral adalah citra yang dibuat dengan menggunakan sensor saluran jamak

3. Berdasarkan wahana yang digunakan, citra nonfoto dapat dibedakan menjadi: a) Citra dirgantara adalah citra yang dibuat dengan menggunakan wahana yang beroperasi di udara atau dirgantara b) Citra satelit adalah citra yang dibuat dengan menggunakan wahana yang beroperasi di antariksa atau angkasa luar

3. PENGOLAHAN CITRA Pengolahan Citra adalah kegiatan memperbaiki kualitas citra agar mudah diinterpretasi oleh manusia/mesin(komputer). Inputannya adalah citra dan keluarannya juga citra tapi dengan kualitas lebih baik daripada citra masukan misalnya citra warnanya kurang tajam, kabur (blurring), mengandung noise (misal bintik-bintik putih), dll sehingga perlu ada pemrosesan untuk memperbaiki citra karena citra tersebut menjadi sulit diinterpretasikan karena informasi yang disampaikan menjadi berkurang. Derau (Noise) adalah gambar atau piksel yang mengganggu kualitas citra. Derau dapat disebabkan oleh gangguan fisis(optik) pada alat akuisisi maupun secara disengaja akibat proses pengolahan yang tidak sesuai. Contohnya adalah bintik hitam atau putih yang muncul secara acak yang tidak diinginkan di dalam citra. bintik acak ini disebut dengan derau salt & pepper. Banyak metode yang ada dalam pengolahan citra bertujuan untuk mengurangi atau menghilangkan noise.

5

Perhatikan pada citra diatas, citra sebelah kiri adalah citra dengan pengotor salt-andpepper, citra disebelah kanan adalah citra tanpa pengotor. Secara matematis, pengotor jenis ini dapat dimodelkan dengan memakai random variable yang ada pada ilmu probabilitas. Rumusnya adalah sebagai berikut.

Biasanya pengotor-pengotor dimodelkan secara matematis dengan menggunakan Probabilistic Density Function (PDF). Teknik-teknik pengolahan citra mentransformasikan citra menjadi citra lain. Jadi, masukannya adalah citra dan keluarannya juga citra, namun citra keluaran mempunyai kualitas lebih baik daripada citra masukan. Termasuk ke dalam bidang ini juga adalah pemampatan citra (image compression).

Alat bantu matematika yang sering dipakai dalam pengolahan citra adalah sebagai berikut :

Statistik inheren Konvolusi Transformasi Fourier Representasi Kontur Berikut ini adalah algorima yang biasa dipakai dalam pengolahan citra. Algoritma

dibawah ini dibagi menjadi beberapa kategori berdasarkan pendekatan yang dilakukan dalam memanipulasi citra asli. Algoritma berbasis histogram Algoritma kategori ini menggunakan histogram dari citra awal untuk menghasilkan citra baru.

Peregangan Kontras6

Ekualisasi histogram Filter Minimum Filter Median Filter Maksimum

Algoritma berbasis matematika Algoritma pada kategori ini menggunakan piksel/beberapa piksel untuk menjadi masukan suatu fungsi matematik untuk menentukan nilai piksel pada citra hasil. Biner Operasi ini berbasis operasi boolean (AND,OR,NOT) untuk memanipulasi citra Aritmetika Operasi ini berbasis operasi Aritmatika ( penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian citra) Geometri

Algoritma berbasis konvolusi Algoritma pada kategori ini menggunakan teknik konvolusi untuk menghasilkan citra hasil. Algoritma berbasis penurunan Algoritma berbasis morfologi

3.1 Pengolahan Citra Digital Pengolahan citra merupakan proses pengolahan dan analisis citra yang banyak melibatkan persepsi visual. Proses ini mempunyai ciri data masukan dan informasi keluaran yang berbentuk citra. Istilah pengolahan citra digital secara umum didefinisikan sebagai pemrosesan citra dua dimensi dengan komputer. Dalam definisi yang lebih luas, pengolahan citra digital juga mencakup semua data dua dimensi. Citra digital adalah barisan bilangan nyata maupun kompleks yang diwakili oleh bit-bit tertentu.

Umumnya citra digital berbentuk persegi panjang atau bujur sangkar (pada beberapa sistem pencitraan ada pula yang berbentuk segienam) yang memiliki lebar dan tinggi tertentu. Ukuran ini biasanya dinyatakan dalam banyaknya titik atau piksel sehingga ukuran citra selalu bernilai bulat. Setiap titik memiliki koordinat sesuai posisinya dalam citra. Koordinat ini biasanya dinyatakan dalam bilangan bulat positif, yang dapat dimulai dari 0 atau 17

tergantung pada sistem yang digunakan. Setiap titik juga memiliki nilai berupa angka digital yang merepresentasikan informasi yang diwakili oleh titik tersebut.

Format data citra digital berhubungan erat dengan warna. Pada kebanyakan kasus, terutama untuk keperluan penampilan secara visual, nilai data digital merepresentasikan warna dari citra yang diolah. Pengolahan citra digital dapat dilakukan dengan cara-cara sebagai berikut :

Representasi dan permodelan citra Peningkatan kualitas citra Restorasi citra Analisis citra Rekonstruksi citra Kompresi citra http://www.wahyusite.blogspot.com

3.2 Pengindreraan Jauh Penginderaan jauh (remote sensing) adalah ilmu dan seni untuk memperoleh informasi tentangsuatu objek, daerah, atau fenomena melalui analisis data yang diperoleh dengan suatu alat tanpa kontak langsung dengan objek, daerah, atau fenomena yang dikaji (Lillesand dan Kiefer,1994). Konsep dasar penginderaan jauh terdiri atas beberapa elemen atau komponen yang meliputi sumber tenaga, atmosfer, interaksi tenaga dengan objek dipermukaan bumi, sensor sistem pengolahan data, dan berbagai penggunaan data. Konsep8

dasar digambarkan sebagai sistem penginderaan jauh dan penggunaannya, adalah sebagai berikut :

Gambar 2.2 : Sistem penginderaan jauh

Seluruh sistem penginderaan jauh , baik pasif maupun aktif memerlukan sumber tenaga, yaitu dapat berupa sumber tenaga alamiah maupun sumber tenaga buatan. Spektrum elektromagnetik merupakan berkas dari tenaga elektromagnetik, yang meliputi spektra kosmis, Gamma, X, ultraviolet, tampak, inframerah, gelombang mikro, dan gelombang radio. Jumlah total seluruh spektrum disebut spektrum elektromagnetik. Pembagian spektrum telah berkembang dari berbagai metode penginderaan jauh, atas setiap jenis radiasi dan perbedaan berdasarkan sifat tenaga pada berbagai panjang gelombang.

Interaksi tenaga dengan objek atau benda sesuai dengan asas kekekalan tenaga, maka ada tiga interaksi apabila tenaga mengenai suatu benda, yaitu dipantulkan, diserap, diteruskan atau ditransmisikan. Besarnya tenaga pantulan, serapan dan transmisi akan berbeda untuk setiap objek dipermukaan bumi, tergantung pada jenis materi dan kondisinya.

9

Gambar 2.3 : Interaksi tenaga elektromagnetik dan objek di permukaan bumi

Data Penginderaan Jauh, jenis dan aplikasinya Data penginderaan jauh digital (citra digital ) direkam menggunakan sensor nonkamera, antara lain scanner, radiometer, spektometer. Citra digital dibentuk dari elemenelemen gambar atau pixel (picture element) yang menyatakan tingkat keabuan pada gambar. Setiap citra digital penginderaan jauh satelit yang dihasilkan oleh setiap sensor mempunyai sifat khas datanya. Sifat khas data tersebut dipengaruhi oleh sifat orbit satelit, sifat dan kepekaan sensor penginderaan jauh terhadap panjang gelombang elektromagnetik, jalur transmisi yang digunakan, sifat sasaran (obyek), dan sifat sumber tenaga radiasinya.

Sistem perekaman data penginderaan jauh dengan menggunakan sensor satelit dapat dibedakan dalam dua bagian yaitu sistem pasif dan sistem aktif. Kedua sistem tersebut sangat berpengaruh terhadap sistem, prosedur,dan metode pengolahan datanya. (Hardiyanti Purwadhi, 2001). Ditinjau dari jenis gelombang EM beserta jenis satellit yang digunakan untuk berbagai penerapan didapat berbagai aplikasi yang bersifat regional dan global, dapat dilihat pada gambar diagram dibawah ini :

10

Gambar 2.4: Berbagai Jenis Satelit dan penerapannya pada berbagai panjang gelombang EM.

4. OPERASI PENGOLAHAN CITRA Operasi yang dilakukan untuk mentransformasikan suatu citra menjadi citra lain dapat dikategorikan berdasarkan tujuan transformasi maupun cakupan operasi yang dilakukan terhadap citra.

Berdasarkan cakupan operasi yang dilakukan terhadap citra, Operasi pengolahan citra dikategorikan sebagai berikut :

Operasi titik, yaitu operasi yang dilakukan terhadap setiap piksel pada citra yang keluarannya hanya ditentukan oleh nilai piksel itu sendiri.

Operasi area, yaitu operasi yang dilakukan terhadap setiap piksel pada citra yang keluarannya dipengaruhi oleh piksel tersebut dan piksel lainnya dalam suatu daerah tertentu. Salah satu contoh dari operasi berbasis area adalah operasi ketetanggaan yang nilai keluaran dari operasi tersebut ditentukan oleh nilai piksel-piksel yang memiliki hubungan ketetanggaan dengan piksel yang sedang diolah.

Operasi global, yaitu operasi yang dilakukan tehadap setiap piksel pada citra yang keluarannya ditentukan oleh keseluruhan piksel yang membentuk citra.

Berdasarkan tujuan transformasi operasi pengolahan citra dikategorikan sebagai berikut :

11

Peningkatan Kualitas Citra (Image Enhancement) Jenis operasi ini bertujuan untuk memperbaiki kualitas citra dengan cara

memanipulasi parameter-parameter citra. Dengan operasi ini, ciri-ciri khusus yang terdapat di dalam citra lebih ditonjolkan.

Contoh-contoh operasi perbaikan citra: a. perbaikan kontras gelap/terang b. perbaikan tepian objek (edge enhancement) c. penajaman (sharpening) d. pembrian warna semu (pseudocoloring) e. penapisan derau (noise filtering) Gambar 3.1 adalah contoh operasi penajaman. Operasi ini menerima masukan sebuah citra yang gambarnya hendak dibuat tampak lebih tajam. Bagian citra yang ditajamkan adalah tepi-tepi objek.

(a)

(b)

Gambar 3.1 (a) Citra Lena asli, (b) Citra Lena setelah ditajamkan

Pemampatan citra (image compression) Jenis operasi ini dilakukan agar citra dapat direpresentasikan dalam bentuk yang lebih

kompak sehingga memerlukan memori yang lebih sedikit. Hal penting yang harus diperhatikan dalam pemampatan adalah citra yang telah dimampatkan harus tetap mempunyai kualitas gambar yang bagus. Contoh metode pemampatan citra adalah metode JPEG.12

Pemulihan Citra (Image Restoration) Operasi ini bertujuan menghilangkan/meminimumkan cacat pada citra. Tujuan

pemugaran citra hampir sama dengan operasi perbaikan citra. Bedanya, pada pemugaran citra penyebab degradasi gambar diketahui. Contoh-contoh operasi pemugaran citra: a. penghilangan kesamaran (deblurring). b. penghilangan derau (noise)

Gambar 3.2 adalah contoh operasi penghilangan kesamaran. Citra masukan adalah citra yang tampak kabur (blur). Kekaburan gambar mungkin disebabkan pengaturan fokus lensa yang tidak tepat atau kamera bergoyang pada pengambilan gambar. Melalui operasi deblurring, kualitas citra masukan dapat diperbaiki sehingga tampak lebih baik.

(a)

(b)

Gambar 3.2 Kiri: Citra Lena yang kabur (blur), kanan: citra Lena setelah deblurring

Segmentasi citra (image segmentation) Jenis operasi ini bertujuan untuk memecah suatu citra ke dalam beberapa segmen

dengan suatu kriteria tertentu. Jenis operasi ini berkaitan erat dengan pengenalan pola.

Pengorakan citra (image analysis)13

Jenis operasi ini bertujuan menghitung besaran kuantitif dari citra untuk menghasilkan deskripsinya. Teknik pengorakan citra mengekstraksi ciri-ciri tertentu yang membantu dalam identifikasi objek. Proses segmentasi kadangkala diperlukan untuk melokalisasi objek yang diinginkan dari sekelilingnya.

Contoh-contoh operasi pengorakan citra: a. Pendeteksian tepi objek (edge detection) b. Ekstraksi batas (boundary) c. Representasi daerah (region) Gambar 3.3 adalah contoh operasi pendeteksian tepi pada citra Camera. Operasi ini menghasilkan semua tepi (edge) di dalam citra.

(a)

(b)

Gambar 3.3 (a) Citra camera, (b) citra hasil pendeteksian seluruh tepi

Rekonstruksi citra (image reconstruction) Jenis operasi ini bertujuan untuk membentuk ulang objek dari beberapa citra hasil

proyeksi. Operasi rekonstruksi citra banyak digunakan dalam bidang medis. Misalnya beberapa foto rontgen dengan sinar X digunakan untuk membentuk ulang gambar organ tubuh.

14

5. APLIKASI PENGOLAHAN CITRA Pengolahan citra mempunyai aplikasi yang sangat luas dalam berbagai bidang kehidupan. Di bawah ini disebutkan beberapa aplikasi dalam beberapa bidang : 1. Bidang perdagangan (a) Pembacaan kode batang (bar code) yang tertera pada barang (umum digunakan di pasar swalayan/supermarket). (b) Mengenali huruf/angka pada suatu formulir secara otomatis. 2. Bidang militer (a) Mengenali sasaran peluru kendali mela lui sensor visual. (b) Mengidentifikasi jenis pesawat musuh. 3. Bidang kedokteran (a) Pengolahan citra sinar X untuk mammografi (deteksi kanker payudara) (b) NMR (Nuclear Magnetic Resonance) (c) Mendeteksi kelainan tubuh dari foto sinar X. (d) Rekonstruksi foto janin hasil USG 4. Bidang biologi Pengenalan jenis kromosom melalui gambar mikroskopik 5. Komunikasi data Pemampatan citra yang ditransmisi. 6. Hiburan Pemampatan video (MPEG) 7. Robotika Visualy-guided autonomous navigation 8. Pemetaan Klasifikasi penggunaan tanah melalui foto udara/LANDSAT 9. Geologi Mengenali jenis batu-batuan melalui foto udara/LANDSAT 10. Hukum (a) Pengenalan sidik jari (b) Pengenalan foto narapidana

15