M. FERRY PRATAMA HRP (110402107)

Teori Dasar Pengolahan CitraI. DASAR TEORI

Citra adalah suatu representasi, kemiripan, atau imitasi dari suatu objek. 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 media penyimpanan.

Citra dapat dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu citra diam yaitu citra tunggal yang tidak

bergerak dan citra bergerak yaitu rangkaian citra diam yang ditampilkan secara beruntun, sehingga

memberi kesan pada mata sebagai gambar yang bergerak. Setiap citra didalam rangkaian itu disebut

frame. Gambar-gambar yang tampak pada film layar lebar atau televisi yaitu terdiri dari ribuan sampai

ratusan-ribu frame.

a. Citra Analog

Citra analog adalah citra yang bersifat kontinu, seperti gambar pada monitor televisi, foto

sinar-X yang tercetak di kertas foto, lukisan, pemandangan alam, hasil CT-scan, dan lain sebagainya.

Citra analog tidak dapat direpresentasikan dalam komputer sehingga tidak bisa diproses di

computer secara langsung. Agar citra analog dapat diproses di komputer, proses konversi analog ke

digital harus dilakukan terlebih dahulu

b. Citra Digital

Citra digital dapat didefinisikan sebagai fungsi dua variabel, f(x,y), dimana x dan y adalah

koordinat spasial dan nilai f(x,y) adalah intensitas citra pada koordinat tersebut, hal tersebut

diilustrasikan pada gambar 2.1. Teknologi dasar untuk menciptakan dan menampilkan warna pada

citra digital berdasarkan pada penelitian bahwa sebuah warna merupakan kombinasi dari tiga

warna dasar, yaitu merah, hijau, dan biru (Red, Green, Blue - RGB).

Sensor optik yang terdapat di dalam sistem pencitraan disusun sedemikian rupa sehingga

membentuk bidang dua dimensi (x, y). besar intensitas yang diterima sensor di setiap titik (x, y)

disimbolkan oleh f(x, y) dan besarnya tergantung pada intensitas yang dipantulkan oleh objek. Ini

berarti f(x, y) sebanding dengan energi yang dipancarkan oleh sumber cahaya. Konsekuensinya,

besar intensitas f(x, y) tidak bolah nol dan harus berhingga, yaitu :

TUGA S 1

M. FERRY PRATAMA HRP (110402107)

Fungsi f(x, y) dapat dipisahkan menjadi dua komponen, yaitu :

1. Jumlah cahaya yang berasal dari sumbernya disimbolkan oleh i(x, y) (illumination), nilainya

antara 0 dan ∞,

2. Derajat kemampuan objek memantulkan cahaya r(x, y) (reflection), nilainya antara 0 dan 1.

Nilai i(x, y) ditentukan oleh sumber cahaya, sedangkan r(x, y) ditentukan oleh karakteristik objek di

dalam gambar. Nilai r(x, y) = 0 mengindikasikan penyerapan local, sedangkan r(x, y) = 1 menyatakan

pemantulan total. Jika permukaan mempunyai derajat pemantulan nol maka fungsi intensitas cahaya

f(x, y) juga nol. Sebaliknya, jika permukaan mempunyai derajat pemantulan 1 maka fungsi intensitas

cahaya sama dengan iluminasi yang diterima oleh permukaan tersebut. Intensitas f(x, y) di titik (x, y)

disebut derajat keabuan (gray level), yang dalam hal ini derajat keabuan bergerak dari hitam ke putih,

sedangkan citranya disebut citra skala keabuan (grayscale image). Derajat keabuan memiliki rentang

nilai dari Imin < f(x, y) < Imax atau bisa ditulis dalam bentuk (Imin, Imax). Rentang nilai ini sering digeser

untuk alasan-alasan praktis menjadi selang [0, L] yang dalam hal ini intensitas 0 menyatakan hitam, nilai

intensitas L menyatakan putih.

Pada Gambar 2.1 mengilustrasikan citra digital sebagai fungsi dua variabel, f(x,y), dimana x dan y

adalah koordinat spasial dan nilai f(x,y) adalah intensitas citra pada koordinat tersebut.

Citra digital yang berukuran M x N biasanya dinyatakan dalam bentuk matriks yang berukuran M baris

dan N kolom, sebagai berikut:

TUGA S 1

M. FERRY PRATAMA HRP (110402107)

Setiap elemen pada citra digital (elemen matriks) disebut image element, picture element atau pixel.

c. 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 = 1677726 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).

TUGA S 1

M. FERRY PRATAMA HRP (110402107)

d. Citra Gray

Graysacale adalah warna-warna piksel yang berada dalam rentang gradasi warna hitam dan

putih. Untuk pengubahan warna image menjadi grayscale, cara yang umumnya dilakukan adalah dengan

memberikan bobot untuk masing-masing warna dasar red, green, dan blue. Akan tetapi cara yang cukup

mudah adalah dengan membuat nilai rata-rata dari ketiga warna dasar tersebut dan kemudian

mengisikannya untuk warna dasar tersebut dengan nilai yang sama.

II. DIGITALISASI CITRA

Citra analog tidak bisa diproses langsung oleh komputer. Citra analog harus diubah menjadi

citra digital (pencitraan) agar komputer bisa memprosesnya. Proses mengubah citra analog menjadi

citra digital disebut digitalisasi citra. Ada dua hal yang harus dilakukan pada digitalisasi citra, yaitu

digitalisasi spasial yang disebut juga sebagai sampling dan digitalisasi intensitas yang sering disebut

sebagai kuantisasi.

Citra yang dihasilkan dari peralatan digital (citra digital) langsung bisa diproses oleh

komputer karena di dalam peralatan digital sudah terdapat sistem sampling dan kuantisasi.

Sedangkan peralatan analog tidak dilengkapi kedua sistem tersebut. Kedua sistem inilah yang

bertugas memotong-motong citra menjadi x kolom dan y baris (proses sampling), sekaligus

menentukan besar intensitas yang terdapat pada titik tersebut (proses kuantisasi) sehingga

menghasilkan resolusi citra yang diinginkan.

a. Sampling

Sampling adalah transformasi citra kontinu menjadi citra digital dengan cara membagi citra

analog (kontinu) menjadi M kolom dan N baris sehingga menjadi citra diskrit. Semakin besar nilai M

dan N, semakin halus citra digital yang dihasilkan dan artinya resolusi citra semakin tinggi.

Persilangan antara baris dan kolom tertentu disebut dengan piksel. Proses sampling dihasilkan oleh

peralatan digital, misalnya scanner, foto digital, dan kamera digital. Kamera digital biasanya

menggunakan sensor optik jenis CCD (Charge Coupled Device) yang membentuk sebuah larik

berukuran M kolom dan N baris. Sensor jenis CCD digunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya

yang masuk ke dalam kamera. Keluaran dari matriks CCD berupa arus yang besarnya sebanding

TUGA S 1

M. FERRY PRATAMA HRP (110402107)

dengan intensitas cahaya yang mengenainya. Arus tersebut kemudian dikonversi menjadi data

digital yang kemudian dikirimkan ke unit penampil atau unit pengolah lainnya.

Jumlah seluruh pantulan cahaya yang masuk ke sensor CCD sebenarnya adalah citra analog

2 dimensi. Oleh sensor optik dari seluruh pantulan cahaya ini diterima hanya sebagian saja, yaitu

sebesar ukuran larik tadi (MxN). Akibatnya ada beberapa informasi citra yang hilang yang tidak

tertangkap oleh sensor.

Inilah yang dimaksud dengan sampling, yaitu pengambilan sebagian cahaya dari seluruh cahaya

yang diterima oleh sensor. Oleh karena cahaya yang diterima sensor hanya sebesar larik berukuran M

kolom dan N baris maka citra analog 2 dimensi ini diproyeksikan menjadi citra digital 2 dimensi

berukuran M kolom dan N baris.

b. Kuantisasi

Warna sebuah citra digital ditentukan oleh besar intensitas piksel-piksel penyusunnya.

Warna ini diperoleh dari besar kecilnya intensitas cahaya yang ditangkap oleh sensor. Sedangkan

skala intensitas cahaya di alam tidak terbatas, yang bisa menghasilkan warna dengan jumlah yang

tak terhingga. Sampai saat ini belum ada satu sensor pun yang mampu menangkap seluruh gradasi

warna tersebut. Keterbatasan inilah yang mengharuskan kita membuat gradasi warna sesuai

dengan kebutuhan. Transformasi intensitas analog yang bersifat kontinu ke daerah intensitas diskrit

disebut kuantisasi. Proses kuantisasi dihasilkan oleh peralatan digital, misalnya scanner, foto digital,

dan kamera digital.

Perhatikan Gambar 2.7 (b) dan (c). Misalnya besar memori yang digunakan untuk meyimpan

warna adalah 3 bit maka gradasi warna citra analog Gambar 2.7 (b) hanya diwakili oleh gradasi

warna 3 bit ini. kemudian, dilakukan kuantisasi untuk setiap piksel. Warna tiap-tiap piksel

disesuaikan dengan gradasi warna yang disediakan oleh memori.

TUGA S 1

M. FERRY PRATAMA HRP (110402107)

Hasil citra digital yang disimpan oleh memori hanyalah nilai-nilai intensitas yang ditunjukkan

pada Gambar 2.8 , yang berbentuk matriks berukuran 14 baris x 11 kolom. Setelah tiap-tiap piksel

dikuantisasi, nilai-nilai intensitas diperoleh sebagai berikut. Nilai-nilai diatas diperoleh setelah

dikuantisasi,kemudian untuk selanjutnya akan ditulis dalam bentuk asimetris.

c. Kompresi Data

Kompresi Data merupakan cabang ilmu komputer yang bersumber dari Teori Informasi.

Teori Informasi sendiri adalah salah satu cabang Matematika yang berkembang sekitar akhir dekade

1940-an. Tokoh utama dari Teori Informasi adalah Claude Shannon dari Bell Laboratory. Teori

Informasi memfokuskan pada berbagai metode tentang informasi termasuk penyimpanan dan

pemrosesan pesan. Teori Informasi mempelajari pula tentang redundancy (informasi tak berguna)

pada pesan. Semakin banyak redundancy semakin besar pula ukurang pesan, upaya mengurangi

redundancy inilah yang akhirnya melahirkan subyek ilmu tentang Kompresi Data.

Teori Informasi menggunakan terminologi entropy sebagai pengukur berapa banyak

informasi yang dapat diambil dari sebuah pesan. Kata “entropy” berasal dari ilmu termodinamika.

TUGA S 1

M. FERRY PRATAMA HRP (110402107)

Semakin tinggi entropy dari sebuah pesan semakin banyak informasi yang terdapat di dalamnya.

Entropy dari sebuah simbol didefinisikan sebagai nilai logaritma negatif dari probabilitas

kemunculannya. Untuk menentukan konten informasi dari sebuah pesan dalam jumlah bit dapat

digunakan rumus sebagai berikut:

number of bits = -log base 2 (probability)

Entropy dari keseluruhan pesan adalah jumlah dari keseluruhan entropy dari seluruh symbol.

TUGA S 1