penyimpanan citra
-
Upload
irwansyahadam -
Category
Documents
-
view
52 -
download
1
description
Transcript of penyimpanan citra
BAB II
TEORI DASAR PENGOLAHAN CITRA DIGITAL
2.1 Citra
Secara harafiah, citra adalah representasi (gambaran), kemiripan, atau
imitasi pada bidang dari suatu objek. Ditinjau dari sudut pandang matematis, citra
merupakan fungsi menerus (continue) dari intensitas cahaya pada bidang
dwimatra. Sumber cahaya menerangi objek, objek memantulkan kembali sebagian
dari berkas cahaya tersebut. Pantulan cahaya ini ditangkap oleh alat-alat optik,
misalnya mata pada manusia sehingga bayangan objek yang disebut citra tersebut
terekam[1].
Citra dapat dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu citra analog dan citra
digital. Citra analog dihasilkan dari sistem optik yang menerima sinyal analog.
Contoh: mata manusia, kamera analog. Sedangkan citra digital dihasilkan melalui
proses digitalisasi terhadap citra kontinu. Contoh: kamera digital, scanner.
2.1.1 Citra Analog
Citra analog adalah citra yang bersifat kontinu, seperti gambar pada
monitor televisi, foto sinar X, foto yang tercetak di kertas foto, lukisan,
pemandangan alam, hasil CT scan, gambar-gambar yang terekam pada
pita kaset dan lain sebagainya.Citra analog tidak dapat direpresentasikan
dalam komputer sehingga tidak bisa diproses dikomputer secara langsung. Oleh
sebab itu, agar citra ini dapat diproses di komputer, proses konversi analog ke
digital harus dilakukan terlebih dulu[1].
Universitas Sumatera Utara
2.1.2 Citra Digital
Citra digital adalah citra yang dinyatakan secara diskrit (tidak kontinu), baik
untuk posisi koordinatnya maupun warnanya. Dengan demikian, citra digital dapat
digambarkan sebagai suatu matriks, dimana indeks baris dan indeks kolom dari
matriks menyatakan posisi suatu titik di dalam citra dan harga dari elemen matriks
menyatakan warna citra pada titik tersebut. Dalam citra digital yang dinyatakan
sebagai susunan matriks seperti ini, elemen–elemen matriks tadi disebut juga
dengan istilah piksel yang berasal dari kata picture element. Citra juga dapat
didefenisikan fungsi dua variabel, f(x,y), di mana x dan y adalah koordinat spasial
sedangkan nilai f(x,y) adalah intensitas citra pada koordinat tersebut. Ilustrasi citra
digital dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Ilustrasi Citra Digital
Citra digital merupakan suatu matriks dimana indeks baris dan kolomnya
menyatakan suatu titik pada citra tersebut dan elemen matriksnya (yang disebut
sebagai elemen gambar/ piksel/ pixel/ picture element) menyatakan tingkat
keabuan/ warna pada titik tersebut. Citra digital dinyatakan dengan matriks
Universitas Sumatera Utara
berukuran N x M (baris/ tinggi = N, kolom/ lebar = M). Setiap titik memiliki
koordinat dan biasanya dinyatakan dalam bilangan bulat positif, yaitu 0 atau 1
bergantung pada sistem yang digunakan. Format nilai piksel sama dengan format
citra keseluruhan. Pada kebanyakan sistem pencitraan, nilai ini biasanya berupa
bilangan bulat positif juga. Citra digital dinyatakan dengan matriks berukuran N x
M dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan Ilustrasi sistem koordinat piksel dilihat
pada Gambar 2.3.
f (0,0) f(0,1) ... f(0.M-1)
f (1,0) f(1,1) ... f(1.M-1)
F(x,y) ≈ . . . .
. . . .
f (N-1,0) f(N-1,1) ... f(N-1,M-1)
Gambar 2.2 Matriks Citra Digital MxN
(0,0) Derajat keabuan x Kolom = 5
Y baris = 5 pixel
Contoh : f(2,2) = 1, berdasarkan koordinat piksel di layar
Gambar 2.3 Ilustrasi Sistem Koordinat Piksel
0 1 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
0 1 0 1
1 2 3 4 1
2
3
4
Universitas Sumatera Utara
2.1.2.1 Citra Warna
RGB adalah suatu model warna yang terdiri dari merah, hijau, dan biru,
digabungkan dalam membentuk suatu susunan warna yang luas. Setiap warna
dasar, misalnya merah, dapat diberi rentang-nilai. Untuk monitor komputer, nilai
rentangnya paling kecil = 0 dan paling besar = 255. Pilihan skala 256 ini
didasarkan pada cara mengungkap 8 digit bilangan biner yang digunakan oleh
mesin komputer. Dengan cara ini, akan diperoleh warna campuran sebanyak 256 x
256 x 256 = 16777216 jenis warna. Sebuah jenis warna, dapat dibayangkan
sebagai sebuah vektor di ruang 3 dimensi yang biasanya dipakai dalam
matematika, koordinatnya dinyatakan dalam bentuk tiga bilangan, yaitu
komponen-x, komponen-y dan komponen-z. Misalkan sebuah vektor dituliskan
sebagai r = (x,y,z). Untuk warna, komponen-komponen tersebut digantikan oleh
komponen R(ed), G(reen), B(lue). Jadi, sebuah jenis warna dapat dituliskan
sebagai berikut: warna = RGB(30, 75, 255). Putih = RGB (255,255,255),
sedangkan untuk hitam= RGB(0,0,0). Gambar 2.4 menunjukkan Citra warna.
Gambar 2.4 Citra Warna
Universitas Sumatera Utara
2.1.2.2 Citra Skala Keabuan (Grayscale)
Dikatakan format citra skala keabuan karena pada umumnya warna yang
dipakai adalah warna hitam sebagai warna minimum dan warna putih sebagai
warna maksimalnya, sehingga warna antara ke dua warna tersebut adalah abu-abu.
Citra grayscale mengandung matriks data yang merepresentasikan nilai dalam
suatu range. Elemen – elemen dalam matriks intensitas merepresentasikan
berbagai nilai intensitas atau derajat keabuan, dimana nilai 0 merepresentaikan
warna hitam dan 1 merepresentasikan intensitas penuh atau warna putih. Gambar
2.5 menunjukkan citra skala keabuan (grayscale).
Gambar 2.5 Citra Skala Grayscale
2.1.2.3 Citra Biner
Citra biner diperoleh melalui proses pemisahan piksel-piksel berdasarkan
derajat keabuan yang dimilikinya. Piksel yang memiliki derajat keabuan lebih
kecil dari nilai batas yang ditentukan akan diberikan nilai 0, sementara piksel yang
memiliki derajat keabuan yang lebih besar dari batas akan diubah menjadi bernilai
1. Gambar 2.6 menunjukan citra biner dan proses pemisahan piksel-piksel tersebut
dtunjukan pada Gambar 2.7.
bit 0 = warna hitam, bit 1 = warna putih.
Gambar 2.6 Citra Biner
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Proses Pemisahan Piksel-Piksel Berdasarkan Derajat
Keabuan
…………………….................. 2.1
Jika a1 = 0 dan a2 = 1, maka operasi ini akan mentransformasikan suatu citra
menjadi citra biner. Misal suatu citra memiliki gray level 256, dipetakan menjadi
citra biner, maka fungsi fungsi trasformasinya adalalah sebagai berikut:
……………………............ 2.2
Piksel-piksel yang nilai intensitasnya di bawah 128 diubah menjadi hitam (nilai
intensitas = 0), sedangkan piksel-piksel yang nilai intensitasnya di atas 128
diubah menjadi putih (nilai intensitas =1).
2.2 Kompresi Citra
Semakin besar ukuran citra, semakin besar memori yang dibutuhkan, namun
kebanyakan citra mengandung duplikasi data, yaitu:
1. Suatu piksel memiliki intensitas yang sama dengan piksel
tetangganya, sehingga penyimpanan piksel membutuhkan memori
(space) yang lebih besar sehingga sangat memboroskan tempat.
2. Citra banyak mengandung bagian (region) yang sama sehingga bagian
yang sama ini tidak perlu dikodekan berulang kali karena mubazir
Universitas Sumatera Utara
atau redudan. Contohnya: citra langit biru dengan beberapa awan
putih yang memiliki banyak intensitas dan region yang sama.
Kompresi citra bertujuan meminimalkan kebutuhan memori untuk
merepresentasikan citra digital dengan mengurangi duplikasi data di dalam citra
sehingga memori yang dibutuhkan menjadi lebih sedikit daripada representasi
citra semula. Manfaat kompresi citra adalah[1]:
1. Waktu pengiriman data pada saluran komunikasi data lebih singkat.
Contoh: pengiriman gambar dari fax, videoconferencing, handphone,
download dari internet, pengiriman data medis, pengiriman dari
satelit, dan sebagainya.
2. Membutuhkan ruang memori dalam storage lebih sedikit daripada
representasi citra yang tidak dikompresi.
Metode kompresi yang diharapkan dari sebuah kompresi citra adalah:
1. Proses kompresi dan dekompresinya cepat.
Proses kompresi adalah citra dalam representasi tidak mampat
dikodekan dengan representsi yang meminimumkan kebutuhan
memori. Citra terkompresi disimpan dalam file dengan format tertentu
misalnya JPEG (Joint Photographic Expert Group). Proses
dekompresi adalah citra yang sudah dikompresi dikembalikan lagi
(decoding) menjadi representasi yang tidak mampat. Diperlukan jika
citra tersebut dikembalikan ke layar/ disimpan dalam format tidak
mampat yaitu format bitmap (BMP).
2. Memori yang dibutuhkan seminimal mungkin
Ada metode yang berhasil melakukan kompresi dengan persentase
besar, ada yang kecil. Ukuran memori hasil kompresi juga bergantung
Universitas Sumatera Utara
pada citra itu sendiri, yaitu citra yang mengandung banyak elemen
duplikasi biasanya berhasil dikompresi.
3. Kualitas citra hasil kompresi harus bagus (fidelity).
Informasi yang hilang akibat kompresi seharusnya seminimal
mungkin sehingga kualitas hasil kompresi bagus. Tetapi biasanya
kualitas kompresi bagus bila proses kompresi menghasilkan
pengurangan memori yang tidak begitu besar, demikian sebaliknya.
Dalam kompresi citra terdapat standar pengukuran error (galat) kompresi yaitu:
1. MSE (Mean Square Error), yaitu sigma dari jumlah error antara citra
hasil kompresi dan citra asli.
M N MSE = 1/MN Σ Σ [I(x, y) – I’(x, y)]
2.......................... 2.3 y=1 x=1
Dimana: I(x,y) adalah nilai piksel di citra asli.
I’(x,y) adalah nilai piksel pada citra hasil kompresi.
M, N adalah dimensi citra.
2. PSNR (Peak Signal to Noise Ratio), yaitu untuk mengukur kualitas
hasil kompresi.
PSNR = 20 * log10 (b/sqrt (MSE)............................... 2.4
Nilai b merupakan nilai maksimum dari piksel citra yang digunakan,
karena Tugas Akhir ini menggunakan citra bitmap 24 bit maka nilai b
adalah 224
atau 16777216. Nilai MSE yang semakin rendah akan
semakin baik, sedangkan semakin besar nilai PSNR, semakin bagus
kualitas kompresi. PSNR memiliki satuan decibel (dB).
Universitas Sumatera Utara
Contoh untuk MSE (Mean Square Error) dan PSNR (Peak Signal to
Noise Ratio) dapat dilihat sebagai berikut, ada kompresi jenis lossless
citra direkonstruksi seperti citra aslinya tanpa kehilangan informasi,
misalnya terdapat potongan citra 3 x 3 sebagai berikut :
Citra Asli Citra Rekonstruksi M N MSE = 1/MN Σ Σ [I(x, y) – I’(x, y)]
2
y=1 x=1
MSE = 1/6( 2-2 + 8-8 + 3-3 + 2-2 + 1-1 + 1-1 + 2-2 + 2-2 + 2-2 )2
= 0
PSNR = 20 * log10 (b/sqrt (MSE))
= 20 log 10 / √ 0 = infinite
2.3 Format File Citra
Sebuah format citra harus dapat menyatukan kualitas citra, ukuran file dan
kompatibilitas dengan berbagai aplikasi. Saat ini tersedia banyak format grafik
dan format baru tersebut dikembangkan, di antaranya yang terkenal adalah BMP,
JPEG, dan GIF. Setiap program pengolahan citra biasanya memiliki format citra
tersendiri. Format dan metode dari suatu citra yang baik juga sangat bergantung
pada jenis citranya. Setiap format file citra memiliki kelebihan dan kekurangan
masing–masing dalam hal citra yang disimpan. Citra tertentu dapat disimpan
dengan baik (dalam arti ukuran file lebih kecil dan kualitas gambar tidak berubah)
2 8 3
2 1 1
2 2 2
2 8 3
2 1 1
2 2 2
Universitas Sumatera Utara
pada format file citra tertentu, karena jika disimpan pada format lain, maka
terkadang dapat menyebabkan ukuran file menjadi lebih besar dari aslinya dan
kualitas citra dapat menurun. Oleh karena itu, untuk menyimpan suatu citra harus
diperhatikan citra dan format file citra apa yang sesuai. Misalnya format citra GIF
sangat tidak cocok untuk citra fotografi karena biasanya citra fotografi kaya akan
warna, sedangkan format GIF hanya mendukung sejumlah warna sebanyak 256 (8
bit) saja. Format JPEG merupakan pilihan yang tepat untuk citra–citra fotografi
karena JPEG sangat cocok untuk citra dengan perubahan warna yang halus.
Pada format bitmap, citra disimpan sebagai suatu matriks dimana masing–
masing elemennya digunakan untuk menyimpan informasi warna untuk setiap
pixel. Jumlah warna yang dapat disimpan ditentukan dengan satuan bit-per-pixel.
Semakin besar ukuran bit-per-pixel dari suatu bitmap, semakin banyak pula
jumlah warna yang dapat disimpan. Format bitmap ini cocok digunakan untuk
menyimpan citra digital yang memiliki banyak variasi dalam bentuknya maupun
warnanya, seperti foto, lukisan, dan frame video.
Format file citra standar yang digunakan saat ini terdiri dari beberapa jenis.
Format-format ini digunakan dalam menyimpan citra dalam sebuah file. Setiap
format memiliki karakteristik masing-masing[2].
1. Bitmap (.bmp)
Format .bmp adalah format penyimpanan standar tanpa kompresi yang
umum dapat digunakan untuk menyimpan citra biner hingga citra
warna. Format ini terdiri dari beberapa jenis yang setiap jenisnya
ditentukan dengan jumlah bit yang digunakan untuk menyimpan
sebuah nilai pixel.
2. Tagged Image Format (.tif, .tiff)
Universitas Sumatera Utara
Format .tif merupahkan format penyimpanan citra yang dapat
digunakan untuk menyimpan citra bitmap hingga citra dengan warna
palet terkompresi. Format ini dapat digunakan untuk menyimpan citra
yang tidak terkompresi dan juga citra terkompresi.
3. Portable Network Graphics (.png)
Format .png adalah format penyimpanan citra terkompresi. Format ini
dapat digunakan pada citra grayscale, citra dengan palet warna, dan
juga citra fullcolor. Format .png juga mampu menyimpan informasi
hingga kanal alpha dengan penyimpanan sebesar 1 hingga 16 bit per
kanal.
4. Joint Photographic Expert Group (.jpg)
. jpg adalah format yang sangat umum digunakan saat ini khususnya
untuk transmisi citra. Format ini digunakan untuk menyimpan citra
hasil kompresi dengan metode JPEG.
5. Graphics Interchange Format (.gif)
Format ini dapat diigunakan pada citra warna dengan palet 8 bit.
Penggunaan umumnya pada aplikasi web. Kualitas yang rendah
menyebabkan format ini tidak terlalu populer dikalangan peneliti
pengolahan citra digital.
6. RGB (.rgb)
Format ini merupahkan format penyimpanan citra yang dibuat oleh
silicon graphics untuk menyimpan citra berwarna.
7. RAS (.ras)
Format .ras diigunakan untuk menyimpan citra dengan format RGB
tanpa kompresi.
Universitas Sumatera Utara
2.4 Format File Citra Bitmap (BMP)
BMP adalah format gambar asli dalam sistem operasi Microsoft Windows.
BMP mendukung gambar dengan 1,4,8,16,24 dan 32 bit per piksel, meskipun file
BMP jarang menggunakan 16 dan 32 bit per piksel. BMP juga mendukung
metode kompresi Run-Lenght untuk 4 dan 8 bit per piksel. Namun, kompresi
BMP hanya menggunakan dengan blok besar dengan warna yang sama, sehingga
nilai sangat terbatas. Pada umumnya format BMP tidak dikompresi sehingga
ukuran filenya relatif lebih besar daripada file JPG maupun GIF, oleh karena itu
format BMP memang kalah populer dibandingkan format JPG atau GIF[3].
Meskipun format BMP tidak mangkus dari segi ukuran berkas, namun
format BMP memiliki kelebihan dari segi kualitas gambar. Citra dalam format
BMP lebih bagus daripada citra dalam format yang lainnya, karena citra dalam
format BMP umumnya tidak dimampatkan sehingga tidak ada informasi yang
hilang. Terjemahan bebas bitmap adalah pemetaan bit, artinya nilai intensitas
piksel di dalam citra dipetakan kesejumlah bit tertentu. Peta bit yang umum adalah
8, artinya setiap piksel panjangnya 8 bit. Delapan bit ini merepresentasikan nilai
intensitas piksel. Dengan demikian ada sebanyak 256 derajat keabuan, mulai dari
0-255.
Citra dalam format BMP ada tiga macam: citra biner, citra berwarna, dan
citra hitam-putih (grayscale). Citra biner hanya mempunyai dua nilai keabuan,
yaitu nilai 0 dan 1. Oleh karena itu, 1 bit sudah cukup merepresentasikan nilai
piksel. Citra berwarna adalah citra yang lebih umum. Warna yang terlihat pada
citra bitmap merupakan kombinasi dari tiga warna dasar, yaitu mereh, hijau, dan
biru. Setiap piksel disusun oleh tiga komponen warna: R (red), G (green), dan B
Universitas Sumatera Utara
(blue). Kombinasi dari ketiga warna RGB tersebut menghasilkan warna yang khas
untuk piksel yang bersangkutan.
Pada citra 256 warna setiap piksel panjangnya 8 bit, tetapi komponen warna
RGBnya disimpan di dalam tabel RGB yang disebut palet. Setiap komponen
panjangnya 8 bit, jadi ada 256 nilai keabuan untuk warna merah, 256 nilai
keabuan untuk warna hijau, 256 nilai keabuan untuk warna biru. Nilai setiap
piksel tidak menyatakan derajat keabuan secara langsung, tetapi nilai piksel
menyatakan indeks tabel RGB yang memuat nilai keabuan merah (R), nilai
keabuan hijau (G), nilai keabuan biru (B) untuk masing-masing piksel yang
bersangkutan. Namun pada citra hitam-putih, nilai R = G = B untuk menyatakan
bahwa citra hitam putih hanya mempunyai satu kanal warna. Citra hitam putih
umumnya adalah citra 8 bit.
Citra yang lebih kaya warna adalah citra 24 bit. Setiap piksel panjangnya 24
bit, karena setiap piksel langsung menyatakan komponen warna merah, komponen
warna hijau, dan komponen warna biru. Masing-masing komponen panjangnya 8
bit. Citra 24 bit disebut juga citra 16 juta warna, karena citra ini mampu
menghasilkan 224 = 16.777.216 kombinasi warna. Hubungan antara bit per piksel
dengan jumlah warna maksimum pada bitmap ditunjukan pada Tabel 2.1.
Universitas Sumatera Utara