penyimpanan citra

14
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

description

fasdfsdfasdfasdfsdf

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

Tabel 2.1 Hubungan Antara Bit Per Piksel dengan Jumlah Warna Maksimum No Jumlah bit per piksel Jumlah warna maksimum

1 1 2

2 4 16

3 8 256

4 16 65536

5 24 16777216

Universitas Sumatera Utara