PERBAIKAN CITRA DENGAN METODE Perbaikan Citra Dengan Metode Power Law Transformation.

(1)

PERBAIKAN CITRA DENGAN METODE

POWER LAW TRANSF ORMATION

KARYA ILMIAH

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Jenjang Strata I

Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Diajukan Oleh:

TRI HARYONO

NIM : D400 090 064

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

HALAMAN PENGESAHAN

Karya ilmiah dengan judul “Perbaikan Citra Dengan Metode Power Law Transformation” ini diajukan oleh:

Nama : Tri Haryono

NIM : D400 090 064

Guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program Sarjana jenjang pendidikan Strata Satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Telah diperiksa dan disetujui pada:

Hari : ………

Tanggal : ………

Mengetahui,

Pembimbing I

(Muhammad Kusban, S.T., M.T.)

Pembimbing II

(3)

PERRBAIKAN CITRA DENGAN METODE

POWER LAW TRANSFORMATION

TRI HARYONO

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

E-mail : thekuthyt@gmail.com

ABSTRAKSI

Citra (image) merupakan salah satu bagian da ri komponen multimedia yang memegang peranan penting dalam informasi visual. Citra mempunyai kara kteristik yang tidak dimiliki oleh data teks, yaitu citra kaya akan informasi. Meskipun citra kaya akan informasi, namun seringkali citra yang kita miliki mengalami penurunan mutu (degradasi), misalnya mengandung cacat atau derau (noise), wa rnanya terlalu kontras, kurang tajam, kabur (blurring), dan seba gainya.. Untuk itu perlu dilakukan proses perbaikan citra guna meningkatkan mutu citra.

Salah satu teknik pengolahan citra digital yaitu peningkatan kualitas citra (image enhacement). Teknik peningkatan kualitas citra dibagi menjadi dua bagian yaitu melalui metode domain spasial dan domain frekuensi. Penelitia n kali ini menggunakan teknik domain spa sial dengan metode power la w transformation.

Penelitian dilakukan terhadap beberapa sampel foto dengan kontras dan kecerahan yang berbeda. Citra a wal kemudian diolah dengan a plikasi perbaikan citra menggunakan metode power la w transformation. Perbaikan kualitas pa da citra citra asli grayscale berkontras tinggi dan citra asli berwarna (citra gelap) didapatkan nilai optimal gamma 0.3. Perbaikan kualitas pada citra asli grayscale berkontras rendah dan citra asli berwa rna (citra gelap) didapatkan nilai gamma optimal untuk perbaikan kualitas citra asli adalah 1.5 dan 1.9.

Kata kunci : Citra Digital, Power La w Transformation, Nilai Gamma, Peningkatan Kualias Citra.

I. PENDAHULUAN

Data atau informasi tidak hanya disajikan dalam bentuk teks, tetapi juga dapat berbentuk citra, video, dan audio (bunyi, suara, musik). Keempat macam data atau informasi ini sering disebut multimedia. Era teknologi sekarang

(4)

memegang peranan penting dalam informasi visual. Citra mempunyai karakteristik yang tidak dimiliki oleh data teks, yaitu citra kaya akan informasi. Maksudnya, sebuah citra dapat memberikan informasi lebih banyak daripada informasi tersebut disajikan dalam bentuk tekstual.

Meskipun citra kaya akan informasi, namun seringkali citra yang kita miliki mengalami penurunan mutu (degradasi), misalnya mengandung cacat atau derau

(noise), warnanya terlalu kontras, kurang tajam, kabur (blurring), dan sebagainya. Tentu saja citra semacam ini menjadi lebih sulit diinterpretasikan karena informasi yang disampaikan oleh citra tersebut kurang jelas. Untuk itu perlu dilakukan proses perbaikan citra guna meningkatkan mutu citra. Bidang ilmu pengetahuan yang membahas tentang proses peningkatan mutu citra tersebut yaitu pengolahan citra (digital image processing). Salah satu cabang dalam ilmu pengolahan citra yaitu perbaikan citra (image enhancement).

Image enhancement adalah pemrosesan

citra, khususnya menggunakan komputer dengan tujuan meningkatkan kualitas citra. Fungsi utama dari pengolahan citra adalah untuk memperbaiki kualitas dari suatu citra sehingga citra dapat dilihat lebih jelas dan informasi yang ada di dalam citra dapat diekstrak dengan tepat. Proses awal pengolahan citra digital adalah dengan mentransformasikan citra ke dalam bentuk besaran-besaran diskrit dari tingkat nilai keabuan pada titik-titik elemen citra. Elemen-elemen citra digital apabila ditampilkan dalam layar monitor akan menempati sebuah ruangan yang disebut dengan pixel (picture elemen).

Image enhancement terbagi dalam dua

kategori, yaitu metode spatial domain dan metode frequency domain. Spatial domain

berkenaan dengan ruang gambar itu sendiri dan berdasarkan manipulasi langsung

pixel-pixel dari gambar. Frequency domain

didasarkan pada modifikasi transformasi

fourier pada gambar. Power la w

transformation merupakan salah satu fungsi

dalam spatial domain. Transformasi ini dapat diterapkan pada gambar yang memiliki kontras rendah maupun tinggi.

Penelitian sebelumya yang berhubungan dengan topic pembahasan dan dijadikan bahan untuk melakukan pengembangan penelitian ini adalah sebagai berikut:

a) Asmaniatul Jannah, dalam penelitian

yang berjudul “Analisis Perbandingan Metode Filter Gaussian, Mean, dan Median Terhadap Reduksi Noise Salt And Peppers”. Dari penelitian tersebut penulis meneliti perbandingan antara beberapa metode filter terhadap reduksi

noise salt and peppers.

b) Muhammad Kusban (2012) dalam

penelitian yang berjudul “PERBAIKAN

CITRA MELALUI PROSES

PENGOLAHAN PIKSEL”. Teknologi perbaikan citra pada umumnya menggunakan operasi spasial dan operasi domain untuk memanipulasi citra. Kelemahan menggunakan operasi domain adalah adanya kenaikan derau saat proses berlangsung. Salah satu cara

mengatasinya adalah dengan

menggunakan operasi spasial.

c) Danny Ibrahim dalam penelitian yang

berjudul “Pengaturan Kecerahan dan Kontras Citra Secara Automatis dengan Teknik Pemodelan Histogram”. Dalam penelitian ini menyimpulkan bahwa kriteria citra yang memiliki kecerahan dan kontras yang baik adalah citra yang memiliki kisaran dinamis (tingkat keabuan) yang cukup lebar dan memiliki distribusi piksel yang cukup merata pada kisaran dinamis tersebut.

A. Citra Digital

(5)

Pada saat x1,y1 dan nilai amplitudo f terdefinisi secara diskrit, maka gambar tersebut dapat dikatakan sebagai citra digital.

Nilai f(x,y) terdiri dari i(x,y),r(x,y) dengan maksud :

1.

Nilai i(x,y) adalah jumlah cahaya yang berasal dari sumbernya (illumination),

0 ≤i(x,y) < ∞

2.

Nilai r(x,y) adalah derajat kemampuan

objek memantulkan cahaya

(reflection), 0 ≤ f(x,y) < ∞

Sehingga, 0 ≤ f(x,y) < ∞. Nilai f(x,y) disebut

juga derajat keabuan (gray level) mempunyai nilai, Imin < f < Imax, sementara (Imin, Imax)

disebut skala keabuan. Sebagai contohnya adalah citra hitam putih dengan 256 level mempunyai skala keabuan (0,255). Hal ini berarti nilai 0 menyatakan hitam dan nilai 255 menyatakan putih (gradasi hitam menuju putih).

B. Pengolahan Citra

Pengolahan citra atau image processing merupakan bidang yang berhubungan dengan proses transformasi citra yang bertujuan untuk mendapatkan kualitas yang lebih baik.

C. Perbaikan Citra

Teknik atau metode peningkatan mutu citra terdiri dari proses-proses yang bertujuan memperbaiki mutu citra untuk memperoleh keindahan gambar, untuk kepentingan analisis citra, dan untuk mengoreksi citra. Langkah-langkah secara umum yaitu peningkatan tingkat keabuaan citra, filtering sebagai upaya untuk koreksi gangguan radiometris, dan transformasi dua dimensi untuk mengoreksi gangguan yang bersifat geometris.

Dua metode yang digunakan dalam teknik peningkatan kualitas citra yaitu domain spasial dan domain frekuensi. Domain spasial adalah memanipulasi data dalam ruang lingkup citra itu sendiri dengan menggunakan perubahan piksel-pikselnya. Sedangkan domain frekuensi yaitu teknik memanipulasi citra dengan transformasi fourier.

D. Power Law Transformation

Transformasi power la w mempunyai dasar sebagai berikut :

(2 - 1)

dimana s dan r merupakan tingkat keabuan piksel dari citra output dan input, sedangkan c

dan γ adalah konstanta positif. Transformasi

ini dapat diaplikasikan pada citra yang mempunyai kontras rendah. Kurva power la w dengan nilai pecahan γ memetakan nilai-nilai daerah gelap masukan menjadi nilai-nilai

output yang lebih luas.

Berbagai perangkat yang digunakan untuk

menangkap gambar, mencetak, dan

menampilkan suatu gambar merespon sesuai

power la w. Eksponen dalam persamaan power la w disebut sebagai gamma. Proses untuk mencari nilai yang cocok dalam ga mma

disebut koreksi gamma (gamma correction). Misalnya, tabung sinar katoda pada monitor (CRT), perangkat ini memiliki respon intensitas ketegangan dengan nilai eksponen bervariasi mulai sekitar 1,8 sampai 2,5.

Koreksi gamma merupakan faktor

keteduhan yang mempengaruhi pemetaan antara nilai intensitas (tingkat keabuan) citra masukan dan keluaran sehingga pemetaan bisa tak-linear. Gamma memiliki nilai lebih besar dari nol. Jika gamma sama dengan satu, maka pemetaanya linear. Jika gamma kurang dari satu, pemetaannya cenderung menuju nilai keluaran yang lebih tinggi (terang). Jika

gamma lebih besar dari pada satu,

pemetaannya cenderung menuju nilai keluaran yang lebih rendah (lebih gelap).

E. Histogram

(6)

(ornidat) menunjukkan frekuensi kemunculan. Gambar 1 menunjukkan sebuah gambar beserta histogramnya.

Gambar 1. Citra beserta histogramnya

F. Kontras dan Kecerahan

Menurut T. Sutoyo, S.Si., M.Kom, dkk (2009 : 37) kontras adalah tingkat penyebaran piksel-piksel ke dalam intensitas warna. Ada tiga macam kontras, yaitu kontras rendah, kontras tinggi, kontras normal.

1.

Citra kontras rendah

Citra yang memiliki kontras rendah dapat terjadi karena kurangnya pencahayaan. Citra ini memiliki kurva histogram yang sempit (tepi paling kanan berdekatan dengan tepi paling kiri). Akibatnya sebaran intensitas terang atau gelap tidak merata. Jika pengelompokan nilai-nilai piksel berada di bagian kiri (yang berisi nilai keabuan yang rendah), citranya cenderung gelap. Jika pengelompokkan nilai-nilai piksel berada di bagian kanan (yang berisi nilai keabuan yang tinggi), citranya cenderung terang. Tetapi, mungkin saja suatu citra tergolong kontras rendah meskipun tidak teralu terang atau tidak terlalu gelap bila pengelompokkan nilai keabuan berada ditengah histogram.

2.

Citra kontras tinggi

Citra dikatakan memiliki kontras tinggi bila memiliki kurva histogram yang terlalu lebar. Akibatnya sebaran intensitas terang dan gelap merata keseluruh skala intensitas.

3.

Citra kontras normal

Citra memiliki kontras normal bila lebar kurva histogram tidak terlalu sempit dan tidak terlalu lebar. Gambar 2 menunjukkan perbandingan dari citra yang memiliki kontras rendah, kontras tinggi, dan kontras normal.

Menurut T. Sutoyo, S.Si., M.Kom, dkk (2009 : 24) kecerahan (brightness) merupakan intensitas cahaya yang dipancarkan piksel dari citra yang ditangkap oleh sistem penglihatan. Kecerahan pada sebuah titik (piksel) di dalam citra merupakan intensitas rata-rata dari suatu area yang melingkupinya. Sebuah citra

grayscale 256 warna akan tampak gelap bila

seluruh komponen warnanya berada

mendekati 0. Sebaliknya, citra akan tampak terang bila seluruh komponen warnanya mendekati 256. Histogram dari kecerahan suatu citra ditunjukkan oleh gambar 3.

(a) Citra berkontras Histogram

Gambar 2. Tiga buah citra bapak anak dengan tiga macam kontras

.

(7)

(b) Citra Lena dengan kecerahan tinggi beserta histogramnya

(c) Citra Lena dengan kecerahan bagus beserta

histogramnya

Gambar 3. Tiga buah citra lena dengan tiga macam kecerahan

II. METODE PENELITIAN

Penelitian dan perancangan sistem dilakukan dalam waktu kurang lebih tujuh bulan, bertempat di rumah dan di kampus.

2.1Analisa Kebutuhan

Analisa kebutuhan disini meliputi kebutuhan softwa re dan hardware.

a) Analisis kebutuhan software

1. MATLAB

2. Menggunakan sistem operasi

Windows 7 Ultimate

3. Microsoft Office Word 2007

4. Snipping Tools

b)Analisis kebutuhan hardware

Perangkat keras yang digunakan yaitu berupa notebook HP Mini dengan spesifikasi :

1.

Prosesor Intel (R) ATOM (TM)

CPU N550 @ 1.50GHz

2.

Memory RAM 1 GB

3.

Hard disk 320 GB

2.2Desain Sistem

Gambar 4. Desain Program

Desain sistem, menjelaskan tentang bagaimana user dapat menggunakan aplikasi ini. Contohnya adalah sebagai berikut:

Gambar 4 merupakan desain dari program perbaikan citra dengan metode power la w

transformation. Cara menggunakannya adalah

sebagai berikut :

1. User menekan tombol buka.

2. User memasukkan nilai gamma pada kolom nilai gamma.

3. User menekan tombol proses.

4. User menekan tombol tutup untuk

menutup program.

2.2.1 Pembacaan Citra Digital

Sebelum proses pengolahan citra, citra digital perlu dibaca terlebih dahulu sebagai matriks dengan menggunakan perintah

(8)

Citra yang diolah adalah citra keabuan

(grayscale) berkontras tinggi maupun

berkontras rendah dan citra berwarna dengan kecerahan terang maupun gelap.

2.2.2 Pembuatan Histogram Citra

Setelah pembacaan citra proses selanjutnya adalah membbuat histogram dari hasil pembacaan citra masukkan. Perintah yang digunakan untuk membuat histogram adalah imhist. Dari histogram tersebut dapat diketahui jumlah piksel pada tingkat keabuan tertentu yang selanjutnya akan diolah untuk mendapatkan kecerahan dan kontras yang baik dengan menggunakan metode

power la w transformation.

2.2.3 Penampil Citra

Setelah pengolahan citra digital dilakukan kemudian citra hasil pengolahan akan ditampilkan menggunakan perintah

imshow.

III. HASIL PENELITIAN DAN ANALISA

A. Hasil Penelitian

Langkah penelitian yang dilakukan adalah menguji metode power la w transformation

pada citra yang mempunyai kecerahan dan kontras yang kurang baik. Gambar 5 menunjukkan hasil penelitian perbaikan citra dengan metode power la w transformation

untuk citra grayscale berkontras tinggi.

(a) Citra asli grayscale Histogram berkontras tinggi

(b) Citra hasil perbaikan Histogram

dengan nilai γ = 0.1

(c) Citra hasil perbaikan Histogram

(d) Citra hasil perbaikan Histogram

Gambar 5. (a - d) Hasil uji coba untuk citra asli grayscale berkontras tinggi

B. Analisa

Dengan penelitian yang telah dilakukan dapat dijelaskan bahwa citra yang memiliki kontras yang baik harus mempunyai kriteria sebagai berikut :

a. Memiliki kisaran dinamis (tingkat keabuan) yang cukup lebar.

b. Memiliki distribusi piksel yang cukup merata pada kisaran dinamis (tingkat keabuaan) tersebut.

Penilaian terhadap kualitas citra hasil perbaikan citra dengan metode power la w

transformation dilakukan dengan metode

MOS (Mean Opinion Score). MOS

merupakan penilaian subjektif oleh responden pada data digital baik berupa audio maupun

image/video (ITU-T P.800.1 : 2006).

Penilaian MOS diekspresikan dengan sebuah nilai pada skala satu sampai lima seperti ditunjukkan pada tabel 1.

(9)

Berikut adalah hasil kuesioner pada sejumlah responden ( tabel 2 - 5) untuk penilaian terhadap kualitas citra hasil perbaikan dengan metode power la w transformation.

Dengan melihat hasil kuesioner terhadap sejumlah responden dalam memberikan penilaian untuk kulitas perbaikan citra maka dapat dijelaskan sebagai berikut :

 Untuk citra asli grayscale berkontras tinggi dan citra asli berwarna (citra terang) didapatkan nilai gamma optimal untuk perbaikan kualitas citra adalah 0,3. Persebaran intensitas pada nilai ga mma 0,3 persebarannya hampir merata ke seluruh daerah. Sedangkan

 Untuk citra asli grayscale berkontras rendah dan citra asli berwarna (citra gelap) didapatkan nilai gamma optimal untuk perbaikan kualitas citra asli adalah 1.5 dan 1.9. Persebaran intensitasnya hampir merata.

Gambar 6 menunjukkan grafik nilai gamma optimal yang didapatkan dari hasil penelitian. Sumbu X (absis) menunjukkan nilai tingkat keabuan dari citra masukkan, sedangkan sumbu Y (ordinat) menunjukkan nilai tingkat keabuan dari citra keluaran hasil pengolahan.

Tabel 1 Skala penilaian MOS

Skala

Penilaian Kualitas Persepsi Citra

5 Sangat terhadap masukkan nilai optimal gamma untuk citra asli grayscale dengan kontras

*Dihitung berdasar total penilaian sepuluh responden dibagi dengan jumlah responden (nilai rata-rata penilaian).

Tabel 3 Penilaian sejumlah responden

terhadap masukkan nilai optimal gamma

untuk citra asli grayscale dengan kontras rendah.

(10)

Tabel 4 Penilaian sejumlah responden terhadap masukkan nilai optimal gamma

untuk citra asli berwarna (citra gelap).

Nilai

Tabel 5 Penilaian sejumlah responden

terhadap masukkan nilai optimal gamma

untuk citra asli berwarna (citra terang)

Nilai

Gambar 6 Grafik nilai gamma optimal

IV. PENUTUP

4.2. Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan dan penganalisaan dalam bab sebelumnya, maka dapat disimpulkan beberapa hal diantara lain :

1. Metode power la w transformation

merupakan metode yang dapat

melakukan operasi peningkatan kualitas citra secara maksimal khususnya dalam peningkatan nilai keabuan suatu citra. 2. Perbaikan kualitas pada citra citra asli

grayscale berkontras tinggi dan citra asli berwarna (citra gelap) didapatkan nilai optimal gamma 0.3.

3. Perbaikan kualitas pada citra asli

grayscale berkontras rendah dan citra asli berwarna (citra gelap) didapatkan nilai

gamma optimal untuk perbaikan kualitas citra asli adalah 1.5 dan 1.9. Dapat dilihat dari persebaran intensitas pada histogramnya yang tersebar secara merata.

4. Besar kecilnya nilai gamma dalam pemrosesan mempengaruhi tingkat keabuan citra keluaran.

4.2. Saran

1. Aplikasi Perbaikan Citra Dengan Metode

Power La w Transformation juga dapat dikembangkan lebih lanjut untuk pengolahan citra lainnya.

2. Penambahan fungsi baru pada pada aplikasi dapat menambah kegunaannya, sehingga dapat digunakan untuk pengolahan lain, seperti pengenalan pola,

(11)

DAFTAR PUSTAKA

Gonzales, Rafael C. ; Woods, Richard E. 2002. Digital Image Processing. New Jersey : Prentice-Hall, Inc.

ITU-T P.800.1. 2006. Methods for Objectives and Subjective a ssessment of quality, Mean Opinion Score (MOS) terminology. Jannah, Asmaniatul. 2008. Analisis

Perbandingan Metode Filter Gaussian, Mean dan Median Terhadap Reduksi Noise Salt and Peppers. Malang.

Kusban, Muhammad. 2012. Perbaikan Citra Melalui Proses Pengolahan Piksel, Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi

(SNAST) Periode III, 3 November 2012 ISSN 1979-911X, Yogyakarta

Murni, Aniati. 1992. Penganta r Pengolahan

Citra. Jakarta : PT. Elek Media

Komputindo.

Surakarta : UniversitasMuhammadiyah Surakarta.

.

Murni et al. 2003. Pengolahan Citra Digital : Peningkatan Mutu Citra Pada Domain Spasial. Jakarta : Universitas Indonesia. Priywati, Diah. 2010. Aplikasi Pengolahan

Citra Digital Pada Domain Spa sial Untuk Peningkatan Kualitas Citra Sinar-X. Sutoyo, T et al. 2009. Teori Pengolahan Citra

Digital. Yogyakarta : C.V Andi Offset. Widiarsono, Teguh. 2005. Tutorial Praktis