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)
Top Related