SISTEM VISUAL MANUSIA DAN PEMBENTUKAN CITRA

(1)

SISTEM VISUAL MANUSIA

DAN PEMBENTUKAN CITRA

(2)

Copyright @ 2007 by emy 3

Kompetensi

z

Mampu memahami proses pembentukan

citra oleh sensor mata

z

Mampu menjelaskan proses perekam

citra

z

Mampu menjelaskan pengertian citra

digital

Model Citra

z

Citra ada 2 macam :

• Citra kontinyu

•

Dihasilkan dari sistem optik yg menerima sinyal analog. Contoh : mata manusia, kamera analog

• Citra Diskrit / Citra digital

•

Dihasilkan melalui proses digitalisasi terhadap citra kontinyu. Contoh : kamera digital, scanner

(3)

Sistem Visual Manusia

z

Pembentukan Citra oleh Sensor Mata

• Intensitas cahaya ditangkap oleh diagram iris dan

diteruskan ke bagian retina mata.

• Bayangan obyek pada retina mata dibentuk

dengan mengikuti konsep sistem optik dimana

fokus lensa terletak antara retina dan lensa mata.

• Mata dan syaraf otak dapat menginterpretasi

bayangan yang merupakan obyek pada posisi

terbalik.

A cross section of the human eye (Gonzalez & Woods, 1992)

Retina

Blind Spot _Fovea Iris

Lens

Visual Axis Cornea

(4)

Sistem Visual Manusia

z

Subjective brightness

•

Merupakan tingkat kecemerlangan yang dapat ditangkap sistem visual manusia;

•

Merupakan fungsi logaritmik dari intensitas cahaya yang masuk ke mata manusia;

•

Mempunyai daerah intensitas yang bergerak dari ambang scotopic (redup) ke ambang photocopic (terang).

z

Brightness adaption

•

Merupakan fenomena penyesuaian mata manusia dalam

membedakan gradasi tingkat kecemerlangan;

•

Batas daerah tingkat kecemerlangan yang mampu dibedakan secara sekaligus oleh mata manusia lebih kecil dibandingkan dengan daerah tingkat kecemerlangan sebenarnya.

Sistem Visual Manusia

z Kepekaan dalam pembedaan tingkat kecemerlangan merupakan fungsi yang tidak sederhana, namun dapat dijelaskan antara lain dengan dua fenomena berikut:

z Mach Band (ditemukan oleh Ernst Mach): pita tengah bagian kiri kelihatan lebih terang dari bagian kanan.

z Simultaneous Contrast: kotak kecil disebelah kiri kelihatan lebih gelap dari kotak kecil disebelah kanan, padahal intensitasnya sama tapi intensitas latar belakang berbeda. Hal sama terjadi bila kertas putih di meja kelihatan lebih putih daripada kertas sama diarahkan ke sinar matahari.

(5)

Data Acquisition

z

Sistem Perekaman Citra

•

Citra yang diperoleh tergantung:

•

karakteristik dari obyek yang direkam;

•

kondisi variabel dari sistem perekaman;

•

Citra merupakan gambaran tentang karakteristik suatu obyek menurut kondisi variabel tertentu;

•

Contoh:

•

bandingkan hasil foto manusia dengan kamera / sensor optik dan dengan sensor sinar X (kondisi variabel sistem berbeda);

•

bandingkan hasil foto pemandangan di tepi laut dan di daerah pegunungan (karakteristik obyek berbeda).

Komponen Sistem

Pengolahan Citra Dijital

(6)

Elemen Sistem

Pemrosesan Citra Digital

z

Komputer Digital

•

Yg digunakan pd sistem pemroses citra dpt bervariasi dari komputer mikro sampai komputer besar yg mampu

melakukan bermacam-macam fungsi pada citra digital resolusi tiggi

z

Pembentukan Citra

•

Sensor yang sensitif terhadap gelombang EM

menghasilkan sinyal listrik sesuai dengan enersi yang diterima. Analog-to-Digital Converter / Digitizer akan mengubah sinyal listrik tersebut menjadi bentuk dijital.

•

Scanner yang menerima masukan dalam bentuk analog

(dokumen, peta, foto) akan mengubah menjadi data dalam bentuk dijital.

Elemen Sistem

Pengolahan Citra Digital

Elemen Sistem

Pengolahan Citra Digital

z

Pemrosesan Citra dan Komunikasi

•

Data citra berukuran besar (perlu tempat simpan yang besar serta waktu proses yang lama).

•

Issue penting pada komunikasi: kompresi citra.

•

Issue penting pada pemrosesan citra: proses paralel. z

Piranti tampilan

•

Berfungsi mengkonversi matrik intensitas yg merepresentasikan citra ke tampilan yg dapat diinterpretasikan oleh mata manusia

•

Contoh :

•

Dalam bentuk softcopy (layar peraga / monitor).

•

Dalam bentuk hardcopy (printer, film writer, plotter).

(7)

Elemen Fungsi Dasar

Sistem Pengolahan Citra

Elemen Fungsi Dasar

Sistem Pengolahan Citra

z

Media penyimpanan

• Piranti yg mempunyai kapasitas memori yg besar

sehingga dpt gambar dapat disimpan secara

permanen agar dapat diproses lagi pada waktu

yang lain.

z

Penyimpanan Citra

• Penyimpanan jangka pendek (sedang diproses):

memory

• Penyimpanan on-line (siap dipakai): disk magnetik

• Penyimpanan arsip: pita atau disk magnetik, CD

Elemen-elemen

Sistem Analisis Citra

Elemen-elemen

Sistem Analisis Citra

(8)

Pengertian

Sensor Aktif dan Pasif

Pengertian

Sensor Aktif dan Pasif

z

Sensor Pasif

•

Sistem sensor yang merekam data obyek tanpa mengirimkan enersi, sumber enersi bisa dalam bentuk sinar matahari, sinar lampu, dlsb.nya;

•

Contoh: sensor optik dari kamera foto, sensor optik pada sistem inderaja.

z

Sensor Aktif

•

Sistem sensor yang merekam data obyek mengirimkan dan menerima pantulan dari enersi yang dikirim ke arah obyek, enersi yang dikirim bisa berupa gelombang pendek, sinar X, dlsb.nya;

•

Contoh: sensor Rontgen untuk foto thorax, sensor gelombang pendek pada sistem radar, sensor ultrasound pada sistem USG.

Sensor Pasif Optik dan

Sensor Aktif Radar

Sensor Pasif Optik dan

Sensor Aktif Radar

Optical Sensor / Passive Sensor: Landsat TM (Land Satellite) - USA, 1982 Landsat MSS - USA, 1984

SPOT (Systeme Probatoire d’Observation de la Terre) - French, 1986/1990

Radar Sensor / Active Sensor:

ERS1 (First European Remote Sensing Satellite) -ESA, 1991

FUYO-1 (JERS-1) - Japan, 1992

(9)

Pengertian

Citra Dijital

z Posisi koordinat pada bidang citra mengacu pd bentuk koordinat

kartesian, Citra dijital merupakan fungsi intensitas cahaya f(x,y), dimana harga x dan y merupakan koordinat spasial dan harga fungsi tersebut pada setiap titik (x,y) merupakan tingkat kecemerlangan citra pada titik tersebut;

z Karena cahaya merupakan bentuk energi, maka intensitas cahaya

bernilai antara 0 s.d tak terhingga 0 ≤ f(x,y) < ∞

Pengertian

Citra Dijital

z

Nilai f(x,y) sebenarnya adalah hasil kali dari :

•

i(x,y) = jumlah cahaya yg berasal dari sumbernya

(illumination), nilainya antara 0 s.d tak terhingga

•

r(x,y) = derajad kemampuan obyek memantukan

cahaya (reflection) nilainya antara 0 dan 1 z

Jadi

f(x,y) = i(x,y) . r(x,y)

z

Yg dalam hal ini

•

0 ≤ i(x,y) < ∞

•

0 ≤ r(x,y) ≤ 1

(10)

Pengertian

Citra Dijital

Pengertian

Citra Dijital

• Citra dijital adalah citra f(x,y) dimana dilakukan

diskritisasi koordinat spasial (sampling) dan

diskritisasi tingkat kecemerlangannya/keabuan

(kwantisasi);

Pengertian

Citra Dijital

Pengertian

Citra Dijital

Sampl er

Citra kontinue Citra dijital Matriks citra dengan obyek angka 5

Resolusi spasial : Resolusi kecemerlangan : Tinggi (16 x 16) Rendah (8 x 8) Tinggi (4)

(11)

Proses Pembentukan

Intensitas Cahaya

z Sumber cahaya menyinari permukaan objek.

z Jumlah pancaran cahaya yg diterima objek pd koordinat (x,y) adlh

i(x,y).

z Objek memantulkan cahaya yg diterimanya dgn derajad pantulan

r(x,y).

z Hasil kali antara i(x,y) dan r(x,y) menyatakan intensitas cahaya pd

koordinat (x,y) yg ditangkap oleh sensor visual pd sistem optik

Permukaan i(x,y) Normal f(x,y) α

Pembentukan

Intensitas Cahaya

z

Nilai i(x,y) ditentukan oleh sumber cahaya

•

Pada hari cerah, matahari menghasilkan iluminasi i(x,y) sekitar 9000 foot candles

•

Pada hari mendung, matahari menghasilkan iluminasi i(x,y) sekitar 1000 foot candles

•

Pada malam bulan purnama, sinar bulan menghasilkan iluminasi i(x,y) sekitar 0.01 foot candles

z

Nilai r(x,y) ditentukan oleh karakteristik objek

didalam gambar

•

Benda hitam mempunyai r(x,y) = 0.01

•

Dinding putih mempunyai r(x,y) = 0.8

•

Benda logam dari stainlessteel mempunyai r(x,y) = 0.65

•

Salju mempunyai r(x,y) = 0.93

(12)

Pembentukan

Intensitas Cahaya

z

Intensitas f dari gambar hitam putih pd titik

(x,y) disebut derajad keabuan (grey level)

z

Dlm hal ini derajad keabuannya bergerak dari

hitam ke putih

z

Skala keabuan (l

min,

l

max

), atau biasanya

ditulis [0,L], dimana nilai intensitas 0

menyatakan hitam dan L menyatakan

intensitas putih

z

Citra hitam pituh disebut citra satu kanal,

sedangkan citra berwarna disebut spektral

karena tersususn dlm 3 komponen.

Digitalisasi Citra

z

Digitalisasi : representasi citra dari fungsi malar

(kontinyu) menjadi nilai-nilai diskrit.

z

Pada umumya citra digital berbentuk empat persegi

panjang, dan dimensi ukurannya dinyatakan sebagai

tinggi x lebar

z

Citra digital yg berukuran N x M lazim dinyatakan

dengan matriks yg berukuran N baris dan M kolom.

z

Indeks baris (i) dan indeks kolom (j) menyatakan suatu

koordinat titik pada citra, sedangkan f(I,j) merupakan

intensitas (derajad keabuan) pd titik (i,j)

z

Proses digitalisasi ada 2:

•

Digitalisasi spasial(x,y) sering disebut sbg sampling

•

Digitalisasi intensitas f(x,y) sering disebut sebagai

(13)

Digitalisasi Spasial

z Citra kontinyu disampling pada grid-grid yg berbentuk

bujur sangkar (kisi-kisi dlm arah horizontal dan vertikal)

z Titik asal (0,0) pd gambar berada pada sudut kiri bawah,

sedangkan penomoran piksel (0,0) pd matrik diulai dari sudut kiri atas

z Contoh ukuran sampling 256 x 256 piksel, 128 x 256 piksel

Citra Kontinyu

Sampling

Citra Digital

Digitalisasi Spasial

z

Pembagian gambar menjadi ukuran tertentu

menentukan resolusi (yaitu derajad rincian yg

dpt dilihat) spasial yg diperoleh.

z

Semakin tinggi resolusi yg berarti semakin

kecil ukuran piksel (semakin banyak jml

piksel) semakin halus gambar yg diperoleh

krn informasi yg hilang akibat

pengelompokkan derajad keabuan pd

sampling semakin kecil.

(14)

Digitalisasi

Intensitas

z Proses digitalisasi intensitas /kuantisasi membagi skala

keabuan (0,L) menjadi G buah level yg dinyatakan dengan harga bilangan bulat (integer).

z Biasanya nilai G adalah perpangkatan dari 2 (2m) Dimana : G: derajad keabuan

m : bilangan bulat positif

z Contoh : citra hitam putih dikuantisasi pada 256 level dan

membutuhkan 1 byte (8 bit) untuk merepresentasikan setiap piksel.

z Penyimpanan citra digital yg disampling menjadi N x M

buah piksel dan dikuantisasi menjadi G = 2m_{level derajad}

keabuan membutuhkan memori N x M x m

PEMROGRAMAN CITRA

MENGGUNAKAN MATLAB

(15)

Beberapa Bagian dari

Window Matlab

z Current Directory

• menampilkan isi dari direktori kerja saat menggunakan matlab.

z Command History

• berfungsi untuk menyimpan perintah-perintah apa saja yang sebelumnya dilakukan oleh pengguna terhadap matlab.

z Command Window

• tempat untuk menjalankan fungsi, mendeklarasikan variable, menjalankan proses-proses , serta melihat isi variable. z Workspace

• berfungsi untuk menampilkan seluruh variabel-variabel yang sedang aktif pada saat pemakaian matlab.

Getting Help

z

Matlab menyediakan fungsi help yang tidak

berisikan tutorial lengkap mengenai Matlab dan

segala keunggulannya.

z

User dapat menjalankan fungsi ini dengan

menekan tombol pada toolbar atau menulis

perintah ‘helpwin’ pada command window.

z

Matlab juga menyediakan fungsi demos yang

berisikan video tutorial matlab serta

contoh-contoh program yang bisadibuat dengan

matlab

(16)

Variabel Pada Matlab

z

Matlab hanya memiliki dua jenis tipe data

yaitu

•

Numeric dan

•

String.

z

Dalam matlab setiap variabel akan disimpan

dalam bentuk matrik.

z

User dapat langsung menuliskan variabel

baru tanpa harus mendeklarasikannya

terlebih dahulu pada command window

Variabel Pada Matlab

z Penamaan variabel pada

matlab bersifat caseSensitif karena itu perlu diperhatikan penggunaan huruf besar dan kecil pada penamaan

variabel.

z Apabila terdapat variabel

lama dengan nama yang sama maka matlab secara otomatis akan me-replace variabel lama tersebut dengan variabel baru yang dibuat user.

(17)

MATRIKS

z Didalam matlab setiap data

akan disimpan dalam bentuk matriks.

z Dalam membuat suatu data

matriks pada matlab, setiap isi data harus dimulai dari kurung siku ‘[‘ dan diakhiri dengan kurung siku tutup ‘]’.

z Untuk membuat variabel

dengan data yang terdiri beberapa baris, gunakan tanda ‘titik koma’ (;) untuk memisahkan data tiap barisnya.

Matriks Khusus

z

Untuk pemanggilan data berurutan seperti a(1,2,3)

dapat disingkat dengan menggunakan tanda titik dua

‘:’ sehingga menjadi a(1:2).

z

Penggunaan tanda titik dua ‘:’ juga dapat digunakan

untuk memanggil data matriks perbaris atau

perkolom.

z

Contoh penggunaan:

•

c(2:5) = memanggil data matrik baris 2 sampai baris 5

•

a(1,:) = memanggil data matriks pada baris pertama

•

b(:,3) = memanggil data matris pada kolom ketiga

(18)

Manipulasi Matriks

z Beberapa fungsi untuk memanipulasi matrik yang umum digunakan

untuk menyelesaikan sistem persamaan linier, metode simplek, dll

z Fungsinya diantaranya :

•

Transpose matrik : ‘

•

Ordo matriks A : size(A)

•

Ordo dari vektor A : [m,n] = size(A)

•

Invers matriks A : inv(A)

•

Menjumlahkan elemen diagonal matrik A = trace(A)

•

Menjumlahkan elemen kolom pd matrik A= sum(A) atau sum(A,1)

•

Menjumlahkan elemen baris pd matrik A = sum(A,2)

•

Mengurutkan elemen kolom matrika A = sort(A) atau sort(A,1)

•

Mengurutkan elemen baris matrika A = sort(A) atau sort(A,2)

•

Menguji kesamaan matrik A dan B = isequal(A,B)

Mengakses Elemen Matrik

z elemen matriks dapat diakses satu persatu maupun perbaris atau kolom

z Untuk mengakses sebuah elemen matriks dapat dilakukan dengan menyebutkan posisi baris dan kolomnya, contoh

•

A(3,4)

z Untuk mengakses seluruh elemen dalam satu baris atau kolom dengan menggunakan ttk dua (:)

•

Untuk menghasilkan tampilan data matrik pada baris ke m = A(m,:)

•

Untuk menghasilkan tampilan data matrik mulai baris tertentu pada kolom ke n = A(2:m , n)

z Untuk menghapus baris/kolom matrik menggunakan tanda [ ]

(19)

OUTPUT

z

Perintah

disp

•

Sintaks :

disp(nama_variabel)

•

Argumen perintah disp adalah tunggal, sehingga apabila akan memuncukan

beberapa tampilan maka harus dituliskan perintah disp

berulang-ulang z

Contoh :

OUTPUT

z Syarat digunakannyadisp, isi didalamnya harus

merupakan strings, jadi jika ingin menampilkan sebuah angka terlebih dahulu dirubah kedalam bentuk strings dengan menggunakan function num2str( ).

(20)

OUTPUT

z

Perintah

fprintf

• Sintaks :

fprintf(format, A, ……..)

• Format

adalah bentuk penulisan yg akan

ditampilkan dilayar seperti jumlah angka

desimal, tab, lebar karakter, penulisan di baris

baru, dll

• A

adalah nama variabel yg isinya akan

dicetak di layar

KONVERSI KARAKTER

\n

\f

\b

‘%i’

‘%f’

‘%e’

‘%d’

‘%c’

KONVERSI

Penulisan dituliskan pada baris baru

Formfeed(penulisan diteruskan dalam

baris yg sama

Backspace

Notasi desimal dengan tanda

+/-Notasi titik tetap (fixed point)

Notasi eksponensial

Notasi desimal dengan tanda

+/-Karakter tunggal

(21)

INPUT

z

Untuk membaca data dari keyboard, gunakan

perintah

INPUT

z

Bentuk Umumnya :

Nama_variabel = input (‘teks’)

z

Apabila di run akan muncul di layar command

window teks dan menunggu inputan dari user

yg diakhiri dengan penekanan tombol enter,

apabila langsung dienter maka teks akan

berisi matriks kosong

(22)

Contoh Untuk Pemrosesan

Citra

z

Image dibagi kedalam 2 bagian yaitu:

•

Image warna

•

Image kelabu/grayscale

z

Membaca Data Citra

•

Tulis perintah di command window

>> Citra=imread(‘D:\Gambar\peppers.bmp’); z

Untuk mengetahui ukuran image tulis

perintah:

>>size(Citra)

Membaca Data Citra

z

Untuk menampilkan sebagian data citra,

perintahnya:

>> citra_sebagian= citra(1:10,1:10) >> imshow(citra_sebagian)

(23)

Menyimpan Citra

z

Perintahnya :

•

imwrite(X,map,’nama citra’) z

Mengubah ukuran citra :

•

imresize(variabel penampung citra,ukuran perbesaran/pengecilan)

z

Perintah merotasi

•

Variabel penampung= imrotate(variael citra,ukuran derajad perputaran,’nama citra’)

z

Croping gambar

•

Imcrop(variabel penampung citra)

MEMBENTUK

M-FILE

z

Dengan M-File dapat memberikan kontrol lebih

banyak diandingkan dengan command line

•

Percabangan

•

Perulangan, dll

z

Struktur mirip bhs C atau Pascal yg membagi

program dalam blok program berupa

fungsi-fungsi

(24)

MEMBUKA

JENDELA M-FILE

z

Melalui menu

File – New – M File

atau

z

Menekan tombol

Ctrl-N

BAGIAN-BAGIAN

FUNGSI DALAM MATLAB

z

Definisi Fungsi

• Di dalam M File, kita dapat menuliskan

fungsi-fungsi yang berisikan berbagai operasi sehingga

menghasilkan data yang diinginkan.

• BU :

(25)

CONTOH

PENGGUNAAN FUNGSI

IF, ELSE, ElSEIF

z

Bentuk Umum

Penulisan statemen

if

(26)

SWITCH

z

Bentuk umumnya

LOOP FOR

z

Loop for memungkinkan sekelompok perintah

diulang sebanyak suatu jumlah yang tetap

z

BU :

z

Default dari nilai increment (penambahan nilai

setiap perulangan) jika tidak ditentukan oleh

user adalah 1.

(27)

Loop For

z Contoh :

z Biasanya loop for dapat dibuat sehingga berada dalam loop for

yang lain sebanyak yang diinginkan

z Contoh : for i=1:10 for j=1:5 U(i,j)=i^2+j^2; end end

WHILE

z

Statement while digunakan untuk aliran

data yang bersifat perulangan.

z

Loop while mengerjakan sekelompok

perintah yang diulang secara tidak

terbatas.

(28)

WHILE

z

Contoh Penggunaan

z

Hasil setelah dijalankan

Latihan

z Sebutkan perbedaan input dan output dari proses-proses

pengolahan citra digital, komputer grafik, dan data processing

z Apa perbedaan sampling dan kuantisasi dalam citra z Bila citra gray scale dengan ukuran 320 x 240 pixel dan

derajad keabuan 256, berapakah sampling dan kuantisasi pada citra tersebut

z Berdasarkan teknik pengambilannya, sebutkan jenis-jenis

citra yang saudara kenal

z Jelaskan tiga tahap dalam pengolahan citra dan apa

(29)