Sabtu, 08 April 2017

BAB II CITRA DIGITAL CARA PEROLEHAN DAN KARAKTERISTIKNYA

    
NAMA : DINA A TUHUTERU
NIM     : 2014-64-040

BAB II  CITRA DIGITAL: CARA PEROLEHAN DAN KARAKTERISTIKNYA
Citra digital adalah citra yang diperoleh,disimpan ,dimanipulasi, dan ditampilkan dengan basis logika biner. Citra digital biasanya dihasilkan melalui bantuan pemindai atau skaner(scanner), meskipun dewasa ini citra digital juga bias diperoleh melalui berbagai macam kamera digital dengan harga murah,bahkan yang telah terintegrasi dengan telpon seluler sekalipun. Citra digital penginderaan jauh diperoleh dari sistem perekaman melalui sensor yang dipasang pada pesawat terbang ataupun satelit.
2.1  BAGAIMANA CITRA DIGITAL DIPEROLEH?
          Citra digital merupakan model dua dimensional dari objek yang sudah ada. Objek yang sudah ada tersebut dapat berupa kenampakan nyata di permukaan bumi, tetapidapat pula berupa gambar atau citra yang diperoleh melalui proses lain, misalnya peta hasil penggambaran tangan. Salah satu contoh alat yang paling umum untuk mengubah kenampakan bukan digital menjadi citra digital ialah skaner. Skaner atau pelarik/pemindai adalah suatu alat optic elektronik yang dapat dipakai untuk menagkap informasi pantulan atau pancaran gelombang elektromagnetik dari suatu permukaan secara tidak serentak.
         Dengan cara peralikan, bagian demi bagian objek diindera direkam dan informasi pantulan tiap bagian tersebut dicatat oleh komputer. Tiap baris pada gambar yang dihasilkan terdiri atas sekumpulan sel-sel penyusun gambar yang disebut peixel. Tiap pixel mewakili satu luasan tertentu pada permukaan yang terindera dan tipa piksel ini punya nilai pantulan tertentu. Jadi, dengan kata lain piksel ini merupakan data yang punya aspek spasial dan sekaligus aspek spektral.
         Proses kerja pelarik tidak dapat dilepaskan dari proses kerja computer, karena tipe data yang dihasilkan pun biasanya harus diolah dengan computer. Kemampuan computer ( dan sensor, tentu saja ) dalam mengubah informasi pantualan atau pancaran elektromagnetik berbeda-beda. Pada saat ini, umumnya sensor  bekerja dalam satuan bit. Bit adalah sataun terkecil informasi yang mengekspresikan ada tidaknya arus yang masuk,dan hanya mempunyai 2 macam kemungkinan informasi: 0 dan 1. Mengingat bahwa computer adalah media elektronik yang bekerja dengan arus listrik, maka basis bilangan yang dipakai adalah basis biner (0 dan 1). Nol dapat berarti mati, tidak ada arus masuk, dan 1 dapat berarti hidup, ada arus.
Sitem 1 bit
0= mati (hitam)
1= hidup (putih)
    
Sitem 2 bit
0 0 = 0, hitam
0 1 = 1, abu-abu gelap
1 0 = 2, abu-abu terang
1 1 = 3, putih
Sitem 4 bit
0 0 0 0 = 0 hitam  
0 0 0 1 = 1
0 0 1 0 = 2
0 0 1 1 = 3
0 0 1 0 = 4
0 1 0 1 = 5
0 1 1 0 = 6
0 1 1 1 = 7
1 0 0 0 = 8
1 0  0 1 = 9
1 0 1 0 = 10
1 0 1 1 = 11
1 1 0 0 = 12
1 1 0 1 = 13
1 1 1 0  = 14
1 1 1 1 = 15 putih
Sistem 8 bit
0 0 0 0  0 0 0 0 = 0 (hitam)
0 0 0 0  1 1 0 1 = 13 (abu-abu sangat gelap)
1 0 1 0   0 0 0 0 = 193 (abu-abu cerah)
1 1 1 1  1 1 1 1 = 225 (putih)
2.2 CARA PENYIMPANAN CITRA DIGITAL
        Informasi dengan basis 8 bit disimpan dalam byte.byte adalah satuan imformasi yang terdiri atas 8 byte.untuk system 8 byte (=1 byte),tiap data (piksel) akan disimpan. Dengan kata lain,tiap 1 piksel akan simpan sebagai 1 byte.nilai 1 kilobyte ( 1 kb ) = nilai 210 = 1024. Jika satu citra terdiri atas 500 kolom dan 1200 baris piksel maka di butuhkan kapasitas penyimpan sebesar 500 x 1200 = 600.000 byte.
         Sistem penyimpanan citra dengan baris kolom piksel seperti ini di sebut dengan system raster atau teselasi,di mana tiap unsur data (yang di sebut piksel) disimpan dengan alamat yang jelas dan konsinten, menurut posisinya dalam baris dan kolom.
          Kebutuhan akan sistem penyimpanan yang efisien semakin terasa dengan digunakannya sensor multisaluran. Melalui sensor semacam ini, beberapa citra yang menggambarkan objek yang sama dihasilkan, namun menyajikan variasi rona/nilai piksel yang berbeda. Variasi ini tergantung pada saluran yang digunakan. Misalkan suatu sistem sensor mempunyai 3 saluran maka berkas citra yang dihasilkan akan mengandung informasi ketiga saluran tersebut.
● Band Sequential (BSQ)
         Pada format BSQ citra yang dihasilkan dari setiap saluran disimpan sebagai berkas atau file yang terpisah.Urutan penyimpanan data pun dilakukan mulai dari baris pertama saluran 1, baris kedua, baris ketiga, … baris terakhir.Data ini disimpan sebagai file saluran 1. Kemudian mulai lagi dari baris pertama,untuk saluran 2, sampai dengan baris terakhir. Jadi, pada system 3 saluran,dihasilkan 3 berkas citra.Penjelasan berikut dilengkapi dengan gambar 2.4 untuk memperjelas uraian.
● Bend Interleaved by Line (BIL)
          Pada format BIL, penyimpan dilakukan mulai dari baris pertama saluran 1, kemudian dilanjutan dengan baris pertama saluran 2, … baris pertama saluran n. Setelah itu,dilanjutkan dengan baris kedua saluran 1,baris kedua saluran 2, … baris kedua saluran n. begitu seterusnya,sampai baris terakhir saluran n selesai di simpan. Dengan format BIL, seluruh data citra pada n saluran akan disimpan sebagai satu berkas. Format BIL untuk saluran tunggal ( n=1), dengan demikian,akan sama dengan format BSQ.
●  Band Interlaved by Pixel (BIP)
            Pada prinsipnya, format BIP ini mempunyai kemiripan dengan format BIL. Hanya saja selang-selingnya bukan lagi per baris, melainkan per piksel. Penyimpanan dimulai dari piksel pertama (pojok kiri atas) baris pertama saluran 1, piksel pertama baris pertama saluran 2,.., piksel pertama baris pertama saluran n. Begitu seterusnya, sampai pada piksel terakhir baris terakhir saluran 1, piksel terakhir baris terakhir saluran 2,…,piksel baris terakhir saluran n. Sama halnya dengan BIL, di sini seluruh data citra pada n saluran disimpan sebagai satu berkas.
● Run-length Encoding (RLE) dan Blok Encoding (Quadtree)
           Pada format BSQ,BILdan BIP, perubahan format hanya menghasilkan perubahan sistematika penyimpanan data citra multisaluran, tanpa ada perubahan ukuran ( jumlah byte) data. Pada format RLE, jumlah byte citra dapat dimanffatkan, tanpa mengurangi kandungan informasinya. Karena format penyimpanannya berbeda jauh dari format-format yang lain, Aronoff (1989) membedakan struktur data RLE dari struktur data raster.
            Prinsip penyimpanan data dengan format ini adalah mengekspresikan kembali jumlah piksel yang berurutan dengan nilai yang sama, sebagai satu pasangan nilai. Apabila pada satu baris pelarikan terdapat beberapa piksel dengan nilai sama maka nilai-nilai ini tidak perlu setiap kali disimpan sebagai byte terpisah. Oleh karena itu, citra yang mewakili kenampakan objek dengan niali relative homogen (misalnya tubuh air jernih dan dalam) akan disimpan dengan lebih efesien dan dengan ukuran byte yang lebih kecil.
        Blok encoding merupakan metode kompresi yang menyerupai RLE, tetapi diterapkan secara dua dimensional (bukan hanya sepanjang baris). Dengan metode ini, area dengan piksel-piksel bernilai sama diwakili oleh satu nilai . suatu array didefinisikan sebagai sederet blok persegi yang terdiri atas kelompok piksel berukuran sebesar mungkn. Bertutur-turut array ini kemudian dibagi ke dalam blok-blok yang semakin kecil (Longley et al.,2005). Metode blok enconding sering kali disebut juga dengan metode quadtree.
● Kompresi Wavelet
           Pada format BSQ,BIL ,BIP, dan RLE merupakan format generik. Berbagai perangkat lunak menggunakan prinsip yang kurang lebih serupa, meskipun disimpan dengan ekstensi yang berbeda-beda. Perangkat lunak ILWIS dan IDRISI pada dasarnya menggunakan format BSQ, sedangkan perangakt lunak ERDAS,ENVI dan ERMapper sebenarnya menggunakan format BIL. Variasi yang lebih  rumit di jumpai pada format penyimpanan dengan pemempatan (kompresi). Ada kompresi yang tidak disertai dengan penurunan kualitas gambar, seperti LZW (Limple, Ziv, and Welch) pada format TIFF ( tagged image file format ); namun ada pula kompresi dengan opsi tertentu yang menyebabkan turunnya kualitas gambar, seperti misalnya pada format JPEG (Joint Fhotographic Expert Group) dan MrSID (Multi-resolution Seamless Image Database). Gambar 2.6 ini menyajikan taksonomi data spasial yang melibatkan model data (dikotomi rastervektor),struktur data (raster penuh, raster terkomprensi; vektor bertopologi dan vektor tak-bertopologi), serta format data (terkait dengan perangkat lunak spesifik).
                                           KOMPOSISI DATA RASTER
            Komprensi wavelet merupakan suatu metode untuk memampatkan informasi pada citra digital yang sangat efektif.Meskipun metode komprensi ini mempunyai opsi untuk mempertahankan kualitas citra mendekati aslinya,pada umumnya metode ini dimanfaatkan untuk menyimpan citra pada tingkat pemampatan maksimal,yang sangat diperlukan dalam transfer data melalui surat elektronik dan pengunduhan ( download ) citra melalui internet. Format komprensi wavelet yang banyak dikenal saat ini adalah MsSID, JPEG2000, dan ECW (enhanced compression wavelet) yang juga digunakan oleh perangkat lunak pengolah citra ER-Mapper.
          Pengertian wavelet sendiri adalah gelombang kecil. Transformasi wavelet memperlakukan citra sebagai suatu gelombang dan secara progresif mengurai gelombang ke dalam gelombang-gelombang yang lebih sederhana (Chang,2008). Dengan menggunakan fungsi matematis wavelet,sekelompok piksel yang berdekatan ditransformasikan secara berulang(misalnya 2,4,6,8, atau lebih) dengan menerapkan perhitungan rerata. Pada saat yang bersamaan, perbedaan antara nilai-nilai piksel asli dengan hasil reratanya juga dicatat. Perbedaan-perbedaan nilai inilah yang disebut dengan koefisien wavelet, diman nilainya bias 0, > 0, atau <0. Pada citra dengan variasi niali yang kecil, kebanyakan piksel akan mempunyai koefisien 0 atau mendekati 0. Untuk menghemat tempat penyimpanan, bagian citra dengan variasi yang kecil ini dapat disimpan dengan resolusi rendah, yaitu dengan membulatkan koefisien wavelet ke-0. Meskipun demikian, penyimpanan dengan resolusi spasial yang lebih tinggi tetap diperlukan untuk bagian citra dengan variasi yang besar. Jadi, meskipun kompresi wavelet dapat dipakai untuk memampatkan citra secara lossless maupun lossy, kemampuan pemampatan yang bersifat lossy-lah yang lebih sering dimanfaatkan. Format JPEG2000 dilaporkan dapat mencapai rasio kompresi dari 20:1 hingga 300:1 untuk citra berwarna (24 bit), serta antara 10:1 hingga 50:1 untuk citra grey scale (Li et al.,2002).
         Chang (2010)  memberikan contoh kompresi wavelet sederhana yang disebut dengan wavelet Haar. Wavelet Haar terdiri dari satu pulsa positif pendek dan diikuti oleh satu pulsa negative pendek. Pulsa-pulsa pendek pada gambar 2.7 kiri cenderung memberikan kenampakan garis yang patah-patah dibandingkan kurva-kurva dengan lengkungan halus. Meskipun demikian, fungsi Haar ini sangat bagus untuk menggambarkan transformasi wavelet karena kesederhanaannya. Pada gambar 2.7 kanan, suatu baris pada citra menyajikan piksel-piksel yang lebih gelap pada bagian tengah(1,3,7,9,8,8,6,2). Citra ini diberi kode sebagai suatu deret angak. Dengan fungsi Haar, rerata setiap pasang piksel yang berdekatan dapat dihitung, seperti terlihat pada deret dibawah deret pertama (2,8,8,4). Penggunaan nilai rerata ini mampu memper tahankan kualitas citra asli pada resolusi yang lebih rendah. Tetapi ketika proses dilanjutkan, deret berubah menjadi (5,6), serta kehilangan bagian gelap dari bagain tengah citra. Apabila proses berhenti pada deret (2,8,8,4), maka koefisien wavelet menjadi -1(1-2), -1(7-8), 0 (8-8), dan 2 (6-4). Dengan membulatkan koefisien ke bawah menjadi 0 maka ruang penyimpanan menjadi lebih hemat dengan faktor 2, serta tetap mempertahankan kualitas citra asli. Apabila suatu kompresi yang bersifat lossless diperlukan maka koefisien- koefisien tersebut dapat dipakai kembali untuk merekonstruksi citra asli, misalnya 2-1=1 (piksel pertama), 2-(-1)=3 (piksel kedua), dan seterusnya.
2.3 BAGAIMANA DATA DIGITAL DITAMPILKAN SEBAGI GAMBAR?
        Citra byte (byte map) memperlukan suatu media yang dapat menggambarkannya secara visual dan mudah ditangkap oleh indra penglihatan. Citra ini masih harus ditampilkan pada layar monitor agar dapat diamati oleh pengguna atau analis secra interaktif. Perangkat lunak pengolah citra membaca kembali byte demi byte pada citra digital itu, kemudian menampilkannya sebagai titik-titik gambar dengan warna atau tingkat keabuan tertentu, sesuai dengan nilai byte-nya. Biasanya piksel pertama yang terbaca akan ditempatkan pada pojok kiri atas layar monitor.
      Pada data digital satelit yang diperoleh dari stasiun penerima, header ini juga berisi berbagai informasi perekaman, termasuk tanggal perekaman satelit, kemiringan sensor, dan sebagainya. Kesalahan pembacaan header berakibat pada kesalahan penempatan piksel di sepanjang baris dan kolom layar. Akibat yang tampak dimata adalah distorsi gambar, mulai dari distoris lemah samapi dengan gambar yang tak dapat dikenal lagi.
2.4 KONSEP RESOLUSI
          Dalam bekerja dengan data spasial digital, para pengguna peta biasanya tidak secara langsung berbicara tentang skala. Dalam’bahasa’ peta-peta tercetak, para geografiwan, perencana, dan surveyor pemetaan biasanya menggunakan istilah skala, yaitu konsep yang menyatakan perbandingan antara ukuran yang tersaji pada peta dengan ukuran nyata dilapangan. Hal yang sama juga berlaku apabila mereka bekerja dengan foto udara. Untuk sistem pencitraan berbasis digital, biasanya digunakan konsep resolusi.
      Resolusi (disebut juga resolving power = daya pisah) adalah kemampuan suatu sistem optic-elektronik untuk membedakan informasi yang secara spasial berdekatan atau secara spektral mempunyai kemiripan (Swain dan Davis, 1978). Pengertian ini akhirnya berkembang dengan menembahkan aspek waktu (temporal) didalamnya. Dalam bidang penginderaan jauh, terdapat empat konsep resolusi yang sangat penting, yaitu resolusi spasial, resolusi spektral, resolusi radiometrik dan resolusi temporal. Dalam praktik pengolahan citra, resolusi layar juga memegang peran penting.
● Resolusi spasial
         Resolusi spasial adalah ukuran terkecil objek yang masih dapat dideteksi oleh suatu sistem pencitraan. Semakin kecil ukuran objek (terkecil) yang dapat terdeteksi, semakin halus atau tinggi resolusi spasialnya. Begitu pula sebaliknya, semakin besar ukuran objek terkecil yang dapat terdeteksi, semakin kasar atau rendah resolusinya. Citra satelit SPOT yang berresolusi 10 dan 20 meter dapat disebut berresolusi (lebih) tinggi dibandingkan dengan citra satelit Landsat TM yang berresolusi 30 meter.
●  Resolusi spektral
         Resolusi spektral adalah kemampuan suatu sistem optik-elektronik untuk membedakan informasi (objek) berdasarkan pantulan atau pancaran spektalnya. Kembali pada bagian bacaan terdahulu, secara praktis dapat dikatakan bahwa semakin banyak jumlah salurannya (dan msaing-masing cukup sempit), semakin tinggi kemungkinannya untuk membedakan objek berdasarkan respons spektralnya. Dengan kata lain, semakin sempit interval panjang gelombangnya dan atau semakin banyak jumlah salurannya, semakin tinggi pula resolusi spektralnya.
● Resolusi radiometrik
       Kemampuan sensor dalam mecatat respons  spektral objek dinyatakan sebagai resolusi radiometrik. Sensor yang peka dapat membedakan selisih respons yang paling lemah sekalipun. Kemampuan sensor ini secara langsung dikaitkan dengan kemampuan koding (digital coding), yaitu mengubah intensitas pantulan atau pancaran spektral menjadi angka digital. Kemampuan dinyatakan dalam bit.
● Resolusi temporal
         Resolusi temporal adalah kemampuan suatu system untuk merekam ulang daerah yang sama. Satuan resolusi temporal adalah jam atau hari. Satelit GMS dapat merekam daerah yang sama setiap 2 kali sehari. Satelit landsat MSS dan TM setiap 18 hari sekali untuk generasi 1, dan 16 hari sekali untuk generasi 2. Satelit SPOT mampu merekam ulang setiap 26 hari sekali pada sistem operasi normal, tetapi dapat pula beberapa hari bertutut-tutut dengan mekanisme perekaman menyamping (Brachet 1984).
● Resolusi layar 
       Resolusi layar adalah kemampuan layar monitor dalam menyajikan kenampakan objek pada citra secara lebih halus. Semakin tinggi resolusi layarnya,semakin tinggi kemampuannya untuk menyajikan gambar dengan butir-butir piksel yang halus. Dengan kata lain, semakin banyak pula jumlah sel citra (piksel) yang dapat ditampilkan pada layar.
2.5 APA YANG DAPAT DIEKSTRAK DARI CITRA PENGINDERAAN JAUH?
        Telah disinggung bahwa nilai piksel mengekspresikan nilai pantulan/pancaran objek pada tiap luasan tertentu. Secara logis, pantulan atau pancran ini sebagian besar disumbangkan oleh permukaan objek. Dengan demikian, gambar yang tersaji pada layar itu adalah gambar permukaan atau dekat permukaan objek. Dengan kata lain, pengenalan permukaan objek pada citra digital dapat dilakukan dengan menganalisis nilai piksel tersebut, mentransformasikannya apabila perlu, dan mengklasifikasikannya untuk memperoleh gambaran yang lebih sederhana namun informatif.
       Tahap awal dalam pengolahan citra untuk ekstraksi informasi adalah pemberian warna pada setiap julat(rentang,range) niali piksel, dengan asumsi bahwa tiap jalut nilai mewakili kenampakan objek tertentu. Tahap berikutnya adalah transformasi nilai asli piksel sehingga dihasilkan nilai baru yang secara konfiguratif membentuk citra yang lebih tajam,jelas,dan lebih mudah dianlisis untuk keperluan tertentu. Tahap yang lebih rumit lagi adalah klasifiasi objek berdasarkan serangkaian informasi serentak sejumlah nilai piksel dari beberapa saluran. Semua ini dicakup dalam studi pengolahan citra.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar