Geografi Informasi Sistem, Pengolahan Citra, Tahapan Pengolahan Citra, Akuisisi, Peningkatan Kualitas citra, Segmentasi Citra, Aplikasi Pengolahan Citra

Oleh : Yovi Citra Nengsih S.kom

PENGOLAHAN CITRA DIGITAL

A.        Definisi Citra

Citra (image) adalah gambar pada bidang 2 dimensi. Citra (ditinjau dari sudut pandang matematis) adalah fungsi yang kontinu dari intensitas cahaya pada bidang 2 dimensi. Sumber cahaya menerangi objek,dipantulkan kembali dan di tangkap oleh alat-alat optik disebut Citra

B.        Definisi Pengolahan Citra

Pengolahan Citra adalah memproses suatu citra sehingga menghasilkan citra yang sesuai dengan keinginan kita atau kualitasnya menjadi lebih baik. Umumnya, operasi-operasi pengolahan citra diterapkan pada citra bila :

Ø  Perbaikan atau modifikasi citra untuk meningkatkan kualitas visual atau menonjolkan beberapa aspek informasi yang terkandung dalam citra.

Ø  Elemen di dalam citra perlu di kelompokkan, dicocokkan atau diukur.

Ø  Sebagian citra perlu di gabung dengan bagian citra yang lain.

Sedangkan Pengolahan citra digital merupakan proses yang bertujuan untuk memanipulasi

dan menganalisis citra dengan bantuan komputer. Pengolahan citra digital dapat

dikelompokkan dalam dua jenis kegiatan :

Ø Memperbaiki kualitas suatu gambar, sehingga dapat lebih mudah diinterpretasi oleh mata manusia.

Ø Mengolah informasi yang terdapat pada suatu gambar untuk keperluan pengenalan objek secara otomatis.

Bidang aplikasi kedua yang sangat erat hubungannya dengan ilmu pengetahuan pole (pattern recognition) yang umumnya bertujuan mengenali suatu objek dengan cara mengekstrak informasi penting yang terdapat pada suatu citra. Bila pengenalan pola dihubungkan dengan pengolahan citra, diharapkan akan terbentuk suatu sistem yang dapat memproses citra masukan sehingga citra tersebut dapat dikenali polanya. Proses ini disebut pengenalan citra atau image recognition. Proses pengenalan citra ini sering diterapkan dalam kehidupan sehari-hari.

Pengolahan citra dan pengenalan pola menjadi bagian dari proses pengenalan citra. Kedua aplikasi ini akan saling melengkapi untuk mendapatkan ciri khas dari suatu citra yang hendak dikenali. Secara umum tahapan pengolahan citra digital meliputi akusisi citra, peningkatan kualitas citra, segmentasi citra, representasi dan uraian, pengenalan dan interpretasi.

1.    Akusisi citra

Pengambilan data dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai media seperti kamera analog, kamera digital, handycamp, scanner, optical reader dan sebagainya. Citra yang dihasilkan belum tentu data digital, sehingga perlu didigitalisasi.

2.    Peningkatan kualitas citra

Pada tahap ini dikenal dengan pre-processing dimana dalam meningkatkan kualitas citra dapat meningkatkan kemungkinan dalam keberhasilan pada tahap pengolahan citra digital berikutnya.

3.    Segmentasi citra

Segmentasi bertujuan untuk memilih dan mengisolasikan (memisahkan) suatu objek dari keseluruhan citra. Segmentasi terdiri dari downsampling, penapisan dan deteksi tepian. Tahap downsampling merupakan proses untuk menurunkan jumlah piksel dan menghilangkan sebagian informasi dari citra. Dengan resolusi citra yang tetap, downsampling menghasilkan ukuran citra yang lebih kecil. Tahap segmentasi selanjutnya adalah penapisan dengan filter median, hal ini dilakukan untuk menghilangkan derau yang biasanya muncul pada frekuensi tinggi pada spektrum citra.

Pada penapisan dengan filter median, gray level citra pada setiap piksel digantikan dengan nilai median dari gray level pada piksel yang terdapat pada window filter. Tahap yang terakhir pada proses segmentasi yaitu deteksi tepian. Pendekatan algoritma Canny dilakukan berdasarkan konvolusi fungsi citra dengan operator Gaussian dan turunan-turunannya. Pendeteksi tepi ini dirancang untuk merepresentasikan sebuah tepian yang ideal, dengan ketebalan yang diinginkan. Secara umum, proses segmentasi sangat penting dan secara langsung akan menentukan keakurasian sistem dalam proses identifikasi iris mata.

4.    Representasi dan Uraian

Representasi mengacu pada data konversi dari hasil segmentasi ke bentuk yang lebih sesuai untuk proses pengolahan pada komputer. Keputusan pertama yang harus sudah dihasilkan pada tahap ini adalah data yang akan diproses dalam batasan-batasan atau daerah yang lengkap. Batas representasi digunakan ketika penekanannya pada karakteristik bentuk luar, dan area representasi digunakan ketika penekanannya pada karakteristik dalam, sebagai contoh tekstur. Setelah data telah direpresentasikan ke bentuk tipe yang lebih sesuai, tahap selanjutnya adalah menguraikan data.

5.    Pengenalan dan Interpretasi

Pengenalan pola tidak hanya bertujuan untuk mendapatkan citra dengan suatu kualitas tertentu, tetapi juga untuk mengklasifikasikan bermacam-macam citra. Dari sejumlah citra diolah sehingga citra dengan ciri yang sama akan dikelompokkan pada suatu kelompok tertentu. Interpretasi meliputi penekanan dalam mengartikan objek yang dikenali.

Pengolahan Citra bertujuan memperbaiki kualitas citra agar mudah diinterpretasi oleh manusia atau mesin (dalam hal ini komputer). Teknik-teknik pengolaha citra mentransformasikan citra menjadi citra lain. Jadi, masukannya adalah citra dan keluarannya juga citra, namun citra keluaran mempunyai kualitas lebih baik daripada citra masukan. Termasuk ke dalam bidang ini juga adalah pemampatan citra (image compression).

Pengenalan Pola mengelompokkan data numerik dan simbolik (termasuk citra) secara otomatis oleh mesin (dalam hal ini komputer).

     Tujuan pengelompokan adalah untuk mengenali suatu objek di dalam citra. Manusia bisa mengenali objek yang dilihatnya karena otak manusia telah belajar mengklasifikasi objek-objek di alam sehingga mampu membedakan suatu objek dengan objek lainnya. Kemampuan sistem visual manusia inilah yang dicoba ditiru oleh mesin. Komputer menerima masukan berupa citra objek yang akan diidentifikasi, memproses citra tersebut, dan memberikan keluaran berupa deskripsi objek di dalam citra.

Operasi-operasi yang dilakukan di dalam pengolahan citra banyak ragamnya. Namun, secara umum, operasi pengolahan citra dapat diklasifikasikan dalam beberapa jenis sebagai berikut:

Ø Perbaikan kualitas citra (image enhancement).

Jenis operasi ini bertujuan untuk memperbaiki kualitas citra dengan cara memanipulasi parameter-parameter citra. Dengan operasi ini, ciri-ciri khusus yang terdapat di dalam citra lebih ditonjolkan. Contoh-contoh operasi perbaikan citra:

a. perbaikan kontras gelap/terang

b. perbaikan tepian objek (edge enhancement)

c. penajaman (sharpening)

d. pembrian warna semu (pseudocoloring)

e. penapisan derau (noise filtering)

Ø Pemugaran citra (image restoration).

   Operasi ini bertujuan menghilangkan/meminimumkan cacat pada citra.Tujuan pemugaran citra hampir sama dengan operasi perbaikan citra. Bedanya, pada pemugaran citra penyebab degradasi gambar diketahui.Contoh-contoh operasi pemugaran citra:

a. penghilangan kesamaran (deblurring).

b. penghilangan derau (noise)

Ø Pemampatan citra (image compression).

     Jenis operasi ini dilakukan agar citra dapat direpresentasikan dalam bentuk yang lebih kompak sehingga memerlukan memori yang lebih sedikit. Hal penting yang harus diperhatikan dalam pemampatan adalah citra yang telah dimampatkan harus tetap mempunyai kualitas gambar yang bagus. Contoh metode pemampatan citra adalah metode JPEG. Gambar sebelah kiri adalah citra kapal yang berukuran 258 KB. Hasil pemampatan citra dengan metode JPEG dapat mereduksi ukuran citra semula sehingga menjadi 49 KB saja.

 Ø Segmentasi citra (image segmentation).

                 Jenis operasi ini bertujuan untuk memecah suatu citra ke dalam beberapa segmen dengan suatu kriteria tertentu. Jenis operasi ini berkaitan erat dengan pengenalan pola.

 Ø Pengorakan citra (image analysis

            Jenis operasi ini bertujuan menghitung besaran kuantitif dari citra untuk menghasilkan deskripsinya. Teknik pengorakan citra mengekstraksi ciri-cir tertentu yang membantu dalam identifikasi objek. Proses segmentasi kadangkala diperlukan untuk melokalisasi objek yang diinginkan dari sekelilingnya. Contoh-contoh operasi pengolahan citra:

a. Pendeteksian tepi objek (edge detection)

b. Ekstraksi batas (boundary)

c. Representasi daerah (region)

6. Rekonstruksi citra (image reconstruction)

Jenis operasi ini bertujuan untuk membentuk ulang objek dari beberapa citra hasil proyeksi. Operasi rekonstruksi citra banyak digunakan dalam bidang medis. Misalnya beberapa foto rontgen dengan sinar X digunakan untu membentuk ulang gambar organ tubuh. Format citra digital yang banyak dipakai adalah Citra Biner (monokrom), Citra Skala Keabuan ( gray scale ), Citra Warna ( true color ), dan Citra Warna Berindeks.

a.  Warna

Warna adalah spektrum tertentu yang terdapat di dalam suatu cahaya sempurna (berwarna putih). Nilai warna ditentukan oleh tingkat kecerahan maupun kesuraman warna. Nilai ini dipengaruhi oleh penambahan putih ataupun hitam.

Penelitian memperlihatkan bahwa kombinasi warna yang memberikan rentang paling lebar adalah red (R), green (G) dan blue (B). Ketiga warna tersebut merupakan warna pokok yang biasa disebut RGB. Warna lain dapat diperoleh dengan mencampurkan ketiga warna pokok tersebut dengan perbandingan tertentu. Setiap warna pokok mempunyai intensitas sendiri dengan nilai maksimum 255 (8-bit). Misal warna kuning merupakan kombinasi warna merah dan hijau sehingga nilai RGB: 255 255 0. RGB disebut juga ruang warna yang dapat divisualisasikan sebagai sebuah kubus seperti gambar 2.4, dengan tiga sumbunya yang mewakili komponen warna merah (red) R, hijau (green) G, biru (blue) B. Salah satu pojok alasnya yang Sistem Klasifikasi Jenis dan Kematangan Buah Tomat Berdasarkan Bentuk dan Ukuran serta Warna Permukaan Kulit Buah Berbasis Pengolahan Citra Digital berlawanan menyatakan warna hitam ketika R = G = B = 0, sedangkan pojok atasnya yang berlawanan menyatakan warna putih ketika R= G= B= 255 ( sistem warna 8 bit bagi setiap komponennya ).

Pada gambar 2.5 di atas, garis diagonal ruang menyatakan warna grayscale, yakni warna-warna piksel dalam rentang gradasi warna hitam dan putih yang dapat diperoleh dengan mengalikan ketiga komponen warna pokok merah, hijau dan biru dengan suatu koefisien yang jumlahnya satu.

b.    Citra Biner (Binary Image)

     Citra biner (binary image) adalah citra yang hanya mempunyai dua nilai derajat keabuan yaitu hitam dan putih. Alasan masih digunakannya citra biner dalam pengolahan citra digital hingga saat ini adalah algoritma untuk citra biner telah berkembang dengan baik dan waktu pemrosesan lebih cepat karena jumlah bit untuk tiap pikselnya lebih sedikit.

3.Citra YcbCr

YCbCr merupakan standar internasional bagi pengkodean digital gambar televisi yang didefinisikan di CCIR Recommendation. Y merupakan komponen luminance, Cb dan Cr adalah komponen chrominance. Pada monitor monokrom nilai luminance digunakan untuk merepresentasikan warna RGB, secara psikologis ia mewakili intensitas sebuah warna RGB yang diterima oleh mata. Chrominance merepresentasikan corak warna dan saturasi (saturation). Nilai komponen ini juga mengindikasikan banyaknya komponen warna biru dan merah pada warna. YCbCr (256 level) dapat diperoleh dari RGB 8 bit dengan menggunakan rumus berikut:

Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B

Cb = -0.1687 R – 0.3313 G + 0.5 B + 128

Cr = 0.5 R – 0.4187 G – 0.0813 B + 128
Sedangkan untuk konversi YCbCr ke RGB dapat dilakukan dengan rumus:

R = Y + 1.402 (Cr-128)

G = Y – 0.34414 (Cb-128) – 0.71414 ( Cr – 128)

B = Y + 1.772 (Cb – 128)
Berikut ini adalah gambar yang menunjukkan dekomposisi citra RGB ke dalam komponen luminance dan chrominance-nya.

Berdasarkan jenisnya, citra digital dapat dibagi menjadi 3 (Sutoyo, 2009), yaitu:

1. Citra Biner (Monokrom)

Memiliki 2 buah warna, yaitu hitam dan putih. Warna hitam bernilai 1 dan warna putih bernilai 0. Untuk menyimpan kedua warna ini dibutuhkan 1 bit di memori. Contoh dari susunan piksel pada citra monokrom adalah sebagai berikut:

2. Cita Grayscale (skala keabuan)

   Citra grayscale mempunyai kemungkinan warna hitam untuk nilai minimal dan warna putih untuk nilai maksimal. Banyaknya warna tergantung pada jumlah bit yang disediakan di memori untuk menampung kebutuhan warna tersebut. Semakin besar jumlah bit warna yang disediakan di memori, maka semakin halus gradasi warna yang terbentuk. Contoh:

   Skala keabuan 2 bit… jumlah kemungkinan 22 = 4 warna Jadi, kemungkinan warna 0 (minimal) sampai 4 (maksimal)

3. Citra Warna (true color)

Setiap piksel pada citra warna mewakili warna yang merupakan kombinasi tiga warna dasar, yaitu merah, hijau, dan biru (RGB = Red, Green, Blue). Setiap warna dasar menggunakan penyimpanan 8 bit = 1 byte (nilai maksimum 255 warna), jadi satu piksel pada citra warna diwakili oleh 3 byte.

Pengolahan citra bertujuan untuk:

Ø memperbaiki kualitas gambar, dilihat dari aspek radiometric dan aspek geometric. Aspek radiometric terdiri dari peningkatan kontras, restorasi citra, transformasi warna sedangkan aspek geometric terdiri dari rotasi, skala, translasi, trnsformasi geometric).

Ø melakukan proses penarikan informasi atau deskripsi obyek atau pengenalan obyek yang terkandung pada citra.

Ø melakukan pemilihan citra ciri (feature images) yang optimal untuk tujuan analisis.

Ø melakukan kompresi atau reduksi data untuk tujuan penyimpanan data, transmisi data, dan waktu proses data.
Konsep dasar pengolahan citra dengan data masukan pokok (internal data) berupa langkah berikut :

a.  Pengumpulan data yang relevan, yaitu citra digital.

b. Klasifikasi atau pengelompokan dengan cara pengkelasan.

c.Penyusunan data sesuai kelas.

d. Perhitungan dan manipulasi.

e. Pengujian ketelitian dan perhitungan.

f. Penyimpulan dan rekapitulasi hasil.

g. Informasi

Aplikasi Pengolahan Citra

1. Bid. Perdagangan

a. Pembacaan barcodebatang (bar code) yang tertera pada barang (umum digunakan di pasar swalayan/supermarket)

b. Pengenalan huruf/angka pada suatu formulir secara otomatis

2. Bid. Militer

a. Mengenali sasaran peluru kendali melalui sensor visual

b. Mengidentifikasi jenis pesawat musuh

3. Bid. Kedokteran

a. Mammografi

b. Rekontruksi foto janin hasil USG

4. Bid. Biologi

a. Pengenalan jenis kromosom melalui citra mikroskopik

5. Komunikasi Data

a. Kompresi citra yang akan ditransmisikan

6. Hiburan

a. Game

b. Kompresi Video

7. Robotika

a. Visualy-Guided autonomous navigation

8. Pemetaan

a. Klasifikasi penggunaan tanah melalui foto udara/LANDSAT

9. Geologi

a. Mengenali jenis batu-batuan melalui foto udara/LANDSAT

10. Hukum

a. Pengenalan sidik jari

b. Pengenalan foto narapidana