MATA KULIAH
PENGOLAHAN CITRA DIGITAL
SEMESTER 6
POLTEK HARAPAN BERSAMA TEGAL
DOSEN PENGAMPU : IDA AFRILIANA,ST
TUJUAN UMUM
MAHASISWA DAPAT MENGIKUTI MATA KULIAH INI DIHARAPKAN :
Mendapatkan teori dan teknik-teknik dalam pengolahan Citra Digital yang bias digunakan di berbagai bidang aplikasi seperti penginderaan jauh, diagnose medis, pengolahan dokumen,pengolahan dan pengenalan suara publishing, di dunia perfilman,fotografi, dunia komunikasi.
TUJUAN KHUSUS
MAHASISWA DAPAT :
1. Mengerti Konsep Dasar Citra Digital 2. Mengerti Pengolahan Citra Dasar Digital
3. Mengerti tentang teknologi Pengolahan Citra Digital MATERI :
1. Konsep Dasar Citra Digital 2. Pengantar Citra Digital 3. Transformasi Citra Digital 4. Klasifikasi Citra Digital 5. Enhancement Citra 6. Image Restoration 7. Image Compresion 8. Segmentasi Citra
9. Digital Image Fundamental, Image Transform ( Fast Fourier Transform), Image Enhancement ( Smoothing, Sharpening), Image Restoration,, Im,age Segmentation, Representative dan Description, Recognation Interpretation.
Summarry:
1. Mata Kuliah Pengolahan Citra Digital memberikan pemahaman tentang manfaat pengolahan citra pada berbagai aplikasi
2. Teknik Pengolahan Citra Digital digunakan dlam berbagai bidang kehidupan, kriminalitas,kedokteran,perfilman,fotografi,komunikasikeamanan data dan proteksi hak cipta.
3. Pengolahan Citra digital bersifat multi disiplin ilmu antara lain Grafika Komputer dan Komputer Vision.
D
aftar pustaka :
- Ani Murniyati
- T.Sutoyo,S.Si.,Edy Mulyanto,S.Si.,SM.Kom.,Dr.Vincent Suhartono,Oky Dwi Nurhayati,M.T.,MT.,Wijanarto,M.Kom,”Teori Pengolahan Citra Digital,”Andi UDINUS”
Program yang digunakan :
- Program Matlab 7.0 ( alternatif CLI ) - Java ( Builder Java)
- Delphi
Pertemuan Ke : 1 & 2
Materi : - Pengantar dan Aplikasi Citra Digital - Konsep Dasar Citra Digital
PENDAHULUAN
Saat ini kebutuhan akan ilmu pengetahuan semakin meningkat, demikian pula dengan alat-alat yang diperlukan untuk menganalisa segala hal. Contohnya adalah kebutuhan di dalam bidang kedokteran, penginderaan jarak jauh, meteorology dan fisika, robotika,dan lain-lain.Bidang-bidang tersebut membutuhkan alat/kamera yang bias digunakan untuk merekam keadaan yang diperlukan untuk kebutuhan analisis sehiongga memungkinkan peneliti mendapatkan informasi yang diperlukan.
Output alat-alat ini biasanya berupa citra. Citra inilah yang nantinya akan dianalisis untuk mendapatkan informasi yang berguna.Namun sayangnya, kebanyakan citra belum sesuai dengan hasil yang diharapkan . Hal ini dapat terjadi karean beberapa kemungkinan, misalnya adanya noise, adanya kabut yang menghalangi objek yang sedang di-capture.
Lensa kamera kotor dan lain-lain. Oleh sebab itu, proses pengolahan citra sangat diperlukan.
Disiplin ilmu yang melahirkan teknik-teknik untuk mengolah citra dinamakan Pengolahan Citra Digital ( Digital Image Processing).
Hubungan dengan bidang lain
Aplikasi Pengolahan Citra Digital
1. Pengolahan Citra Digital dalam dunia Komunikasi
Pengolahan Citra dalam bidang ini digunakan untuk memperjelas foto permukaan bumi yang dihasilkan dari satelit cuaca atau memperjalas foto planet-planet yang dihasilkan satelit penyelidik.Foto-foto tersebut pada umunya hamper tidak dapat dilihat karena pada saat foto tersebut dikirim ke stasiun bumi melalui gelombang terjadi banyak gangguan di perjalanan. Gangguan ini disebabkan oleh gelombang lain, misalnya gelombang radio,tlevisi dan lain-lain yang bercampur dengan gelombang data tersebut sehingga menyebabnya terjadinya noise (gangguan).Selain itu pengolahan citra juga bermanfaat untuk proses tranmisi data.
2. Pengolahan Citra Digital dalam dunia Fotografi
Dalam dunia fotografi digunakan sebagai pengganti kamera filter.Filter kamera digunakan untuk membuat film hitam putih,memberi efek berkabut, dan memberi cahaya pada bagian tertentu pada foto,dan lain-lain.
3. Pengolahan Citra Digital dalam dunia Kedokteran
Dalam dunia kedokteran digunakan untuk memperjelas foto hasil X-ray organ tubuh manusia, pengolahan hasil CT scan dan lain-lain.
4. Pengolahan Citra Digital dalam dunia Perfilman
Dimanfaatkan untuk menghaluskan gambar , menajamkan gambar, memberi efek terang dan gelap. Memberi kesan timbul, memberi efek morphing dan lain-lain.
5. Pengolahan Citra Digital dalam Keamanan Data dan proteksi Hak Cipta
Seringkali data yang dikirim dari suatu tempat ke tempat lain merupakan data rahasia sehingga keamnannya perlu dijamin. Teknik keamanan data dan proteksi hak cipta yang biasanya digunakan adalah Stenografi dan Watermark
6. Pengolahan Citra Digital dalam Pengenalan Pola
Pengolahan citra yang termasuk dalam bidang ini adalah pengenalan pola huruf,pola wajah,pola sidik jari,pola iris mata, dan sebagainya.
I. CITRA DIGITAL
Citra Deskripsi/
Informasi Pengenalan Pola
Grafika Komputer
Kecerdasan Buatan
Pengolahan Citra
1.1. Definisi Citra
Citra adalah suatu representasi (gambaran) ,kemiripan, atau imitasi dari suatu objek.
Citra sebagai suatu keluaran suatu system perekaman data dapat bersifat optik, seperti foto, bersifat analog ataupun bersifat digital.
1. Definisi Citra Analog
Citra analog adalah citra yang bersifat kontinu, seperti gambar pada monitor televise, foto sinar X, foto yang tercetak di kertas foto, lukisan, pemandangan alam, hasil CT scan, ambar-gambar yang terekam pada pita kaset dan lain sebagainya.
Citra analog tidak dapat direpresentasikan dalam komputer sehingga tidak bisa diproses dikomputer secara langsung.
Oleh sebab itu , agar citra ini dapat diproses di computer , proses konversi analao ke digital harus dilakukan terlebih dulu.Citra analog dihasilkan dari alat-alat analog, seperti video kamera analog,kamera foto analog,webcam,CT scan, sensor roentgen untuk thorax, sensor gelombang pendek pada sistem radar, sensor ultrasound pada system USG dan lain-lain.
2. Definisi Citra Digital
Citra digital adalah citra yang dapat diolah oleh komputer. Citra digital dapat didefinisikan sebagai fungsi dua variabel, f(x,y), dimana x dan y adalah koordinat spasial sedangkan nilaif(x,y) adalah intensitas citra pada koordinat tersebut, hal tersebut diilustrasikan pada gambar di bawah ini
1.2. Sistem Pencitraan ( Imaging)
Pencitraan adalah proses untuk mentranformasi citra analog menjadi citra digital.Proses mengubah citra analog menjadi citra digital disebut digitalisasi citra.
Ada 2 hal yang harus dilakukan pada digitalisasi citra , yakni digitalisasi spasial (sampling) dan digitalisasasi intensitas ( kuantisasi ).
Beberapa alat yang dgunakan untuk pencitraan adalah : 1. kamera digital
2. kamera konvensional dan converter analog to digital 3. scanner dan lain-lain
Kita tahu bahwa citra yang dihasilkan dari peralatan digital langsung bias diproses oleh computer karena sebenarnya di dalam alat tersebut sudah terdapat system sampling dan kuantisasi. Sedangkan peralatan analog tidak dilengkapi kedua system tersebut.
1.3. Representasi Citra Digital
Sebuah citra digital diwakili oleh sebuah matriks yang terdiri dari M kolom dan N baris. Dimana perpotongan antara kolom dan baris disebut piksel (piksel = picture element), yaitu elemen terkecil dari sebuah citra.
Piksel mempunyai 2 parameter yaitu koordinat dan intensitas atau warna. Nilai yang terdapat di koordinat (x,y) adalah f(x,y), yaitu besar intensitas atau warna dari piksel di titik itu. Oleh sebab itu Citra digital dapat ditulis dalam bentuk berikut:
Berdasarkan gambaran tersebut , secara sistematis citra digital dapat ditulis sebagai fungsi intensitas f(x,y), dimana harga x (baris) dan y (kolom) merupakan koordinat posisi dan f(x,y) adalah nilai fungsi pada setiap titik (x,y) yang menyatakan besar intensitas citra atau tingkat keabuan atau warna dari piksel di titik tersebut.
II. PENGOLAHAN CITRA DIGITAL
II.1. Pengertian
Pengolahan Citra Digital adalah sebuah disiplin ilmu yang mempelajari hal-hal yang berkaitan dengan perbaikan kualitas gambar ( peningkatan kontras, transformasi warna,restorasi citra) ,transformasi gambar(rotsi,tranlasi,skala,tranformasi goemetrik), melakukan pemilihan citra cirri (feature images) yang optimal untuk tujuan analisis, melakukan proses penarikan informasi atau deskripsi objek yang terkandung pada citra , melakukan kompresi atau reduksi data untuk tujuan penyimpanan data , transmisi data ,dan waktu proses data.
Input dari pengolahan citra adalah citra , sedangkan outputnya adalah citra hasil pengolahan.
II.2 . Langkah-langkah pengting dalam Pengolahan Citra
II.2.1. Akuisisi Citra
Akuisisi citra adalah tahap awal untuk mendapatkan citra digital. Tujuan akuisisi citra adalah untuk menentukan data yang diperlukan dan memilih metode perekaman citra digital. Tahap ini dimulai dari objek yang akan diambil gambarnya,persiapan alat-alat
sampai pada pencitraan.
Pencitraan adalah kegiatan tranformasi dari citra tampak (foto,gambar,lukisan,patung ,dll) menjadi citra digital.
Hasil dari akuisisi citra ini ditentukan oleh kemampuan sensor untuk mendigitalisasi sinyal yang terkumpul pada sensor tersebut. Kemampuan digitalisasi alat ditentukan oleh resolusi alat tersebut.
II.2.2. Processing
Tahapan ini diperlukan untuk menjamin kelancaran pada proses berikutnya. Hal-hal yang penting dilakukan pada tingkatan ini diantaranya adalah :
a. peningkatn kualitas citra ( kontras,brightness,dll) b. menghilangkan noise
c. perbaikan citra
d. transformasi 9image transformation)
e. menentukan bagian citra yang akan diobservasi.
II.2.3. Segmentasi
Tahapan ini bertujuan untuk mempartisi citra menjadi bagian-bagian pokok yang mengandung informasi penting .Misalnya, memisahkan objek dengan latar belakang.
II.2.4. Representasi dan deskripsi
Dalam hal ini representasi merupakan suatu proses untuk mempresentasikan suatu wilayah sebagai suatu daftar titik-titik koordinat dalam kurva tertutup,dengan deskripsi luasan atau parameternya. Setelah suatu wilayah dapat dipresentasi,proses selanjutnya adalah melakukan deskripsi citra dengan cara seleksi cirri dan ekstrasksi cirri ( Feature Extraction and selection). Seleksi cirri bertujuan untuk emmilih informasi kuantitatif dari ciri yang ada, yuang dapat membedakan kelas-kelas objek secara baik, sedangkan ekstraksi cirri mbertujuan untuk mengukur besaran kuantitatif cirri setiap piksel, misalnya rata-rata , standar deviasi,koefisien variasi,SigmaltoNoise ratio,dll.
II.2.5.Pengenalan dan interpretasi
Tahap ini bertujuan untuk memberi label pada sebuah objek yang informasinya disediakan oleh descriptor, sedangkan interpretasi bertujuan untuk memberi arti atau makna kepada kelompok objek-objek yang dikenali.
II.2.6. Basis pengetahuan
Basis pengetahuan sebagai basis data pengetahuan berguna untuk memandu operasi dari msing-masing modul proses dan mengkontrol interaksi antara modul-modul tersebut . Selain itu pengetahuan juga digunakan sebagai referensi pada proses template matching atau pada pengenalan pola.
III. OPERASI PENGOLAHAN CITRA
Perbaikan kualitas citra ( Image Enhancement)
Pemugaran citra (Image Restoration)
Pemampatan citra (Image Compression)
Segmentasi citra (Image Segmentation)
Pengorakan citra (Image Analysis)
Rekonstruksi citra (Image Reconstruction)
Pertemuan Ke : 2 dan 3 Materi : - Resolusi
-Jenis-jenis Citra Digital
Setiap citra digital mempunyai karakteristik dasar, yaitu ukuran citra ,resolusi, dan format lainnya. Ukuran citra dinyatakan dalam bentuk piksel atau panjang kali lebar sebuah citra sehingga ukuran citra selalu bernilai bulat. Besar kecilnya ukuran digital tergantung besar kecilnya resolusi peralatan digital yang digunakan.
Sebelum mempelajari klasifikasi citra digital, akan kita ketahui dulu tentang resolusi.
RESOLUSI
Ada 2 resolusi yang perlu diketahui , yakni:
1. Resolusi Spasial
Resolusi spasial adalah ukuran halus atau kasarnya pembagian kisi-kisi baris dan kolom pada saat dilakukan sampling.
Resolusi spasial dipakai untuk menentukan jumlah piksel per satuan panjang.
Biasanya satuan resolusi ini adalah dpi (dot per inch). Resolusi ini sangat berpengaruh pada detail dan perhitungan gambarnya.
Contoh :
Citra dengan resolusi 50 dpi, artinya 1 inch mempunyai 50 piksel bila luas citra 1 inch2 berarti citra tersebut mempunyai jumlah piksel 50 x 50 piksel. Bila ukuran citra diperbesar menjadi 10x10 inch2 maka jumlah pikselnya tetap 50x50, tetapi resolusinya berubah menjadi 50:10=5dpi.Artinya 1 inch hanya diisi 5 piksel. Hal ini mengakibatkan gambar menjadi kabur,pecah-pecah dan kasar.
2. Resolusi Kecemerlangan ( intensitas /brightness)
Biasanya disebut sebagai kedalam bit/kedalaman warna (Bit depth) adalah ukuran halus atau kasarnya pembagian tingkat gradasi warna saat dilakukan kuantisasi. Bit depth menentukan berapa banya informasi warna yang tersedia untuk ditampilkan dalam setiap piksel.Semakin besar nilainya,semakin bagus kualitas gambar yang dihasilkan.Tentu ukurannya juga semakin besar.
Contoh:
Suatu gambar mempunyai bit depth = 1, artinya hanya ada 2 kemungkinan warna (21=2) yang ada pada gambar tersebut, yaitu hitam dan putih.
Bit depth = 8 artinya mempunyai kemungkinan warna 28=256 warna.
Kedua jenis resolusi tersebut dihasilkan dari peralatan digital (scanner,printer,VGA card,Webcam,foto camera digital dan peralatan digital yang lain) karena umumnya peralatan digital dilengkapi dengan system sampling dan system kuantisasi.
REPRESENTASI CITRA DIGITAL
Sebuah citra digital dapat diwakili oleh sebuah matriks yang terdiri dari M kolom dan N baris, dimana perpotongan antara kolom dan baris disebut piksel (picture element),yakni elemen terkecil dari suatu citra.
Citra digambarkan dalam bentuk matrik berikut :
−
−
−
−
−
−
=
)1 ) ( 1 ( . . )1, 1 ( )0, 1 (
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
)1 ,1(
. . . . )1,
1(
)0, 1(
)1 ,0(
. . . . )1,
0(
)0, 0(
), (
M N f N
f N
f
M f f
f
M f f
f y x f
Fungsi intensitas f(x,y), dimana harga x=baris dan y=kolom merupakan koordinat posisi
f(x,y) adalah nilai fungsi pada setiap titik (x,y) yang menyatakan besar intensitas citra atau tingkat keabuan atau warna piksel dari titik tersebut.
JENIS-JENIS CITRA DIGITAL
Ada beberapa jenis citra digital yang sering digunakan yakni: citra biner, citra grayscale,citra warna.
1. Citra Biner ( Binary images )
Banyaknya warna ada 2 yaitu, hitam dan putih.
Dibutuhkan 1 bit di memori untuk menyimpan kedua warna ini.
Citra biner merupakan citra yang telah melalui proses pemisahan piksel – piksel berdasarkan derajat keabuan yang dimiliki. Pembentukan citra biner memerlukan nilai batas keabuan yang akan digunakan sebagai nilai patokan. Pixel dengan derajat keabuan lebih besar dari nilai batas akan diberi nilai 1 dan sebaliknya piksel dengan derajat keabuan lebih kecil dari nilai batas akan diberi nilai 0.
Jika a1 = 0 dan a2 = 1, serta T = gray level/2, maka operasi di atas mentransformasikan suatu citra menjadi citra biner.
Gradasi warna :
Bit 0 = warna hitam Bit 1 = warna putih.
2. Citra Intensitas ( Skala Keabuan)
Citra Intensitas disebut juga citra grayscale. Citra grayscale merupakan citra digital yang mengandung matriks data I yang merepresentasikan nilai dalam suatu range.
Elemen – elemen dalam matriks intensitas merepresentasikan berbagai nilai intensitas atau derajat keabuan, dimana nilai 0 merepresentaikan warna hitam dan 1, 255 atau 65535 merepresentasikan intensitas penuh atau warna putih.
Contoh :
3. Citra RGB (RGB Images)
Citra RGB disebut juga
citra truecolor. Citra RGB merupakan citra digital yang mengandung matriks data berukuran m x n x 3 yang merepresentasikan warna merah, hijau, dan biru untuk setiap pikselnya. Setiap warna dasar diberi rentang nilai. Untuk monitor komputer, nilai rentang paling kecil 0 dan paling besar 255. Pemilihan skala 256 ini didasarkan pada cara mengungkap 8 digit bilangan biner yang digunakan oleh komputer.
Sehingga total warna yang dapat diperoleh adalah lebih dari 16 juta warna. Warna dari tiap pixel ditentukan oleh kombinasi dari intensitas merah, hijau, dan biru.
FORMAT FILE CITRA
Ada 2 jenis format file citra yang sering dinakan dalam pengolahan citra:
1. Format File Citra Bitmap - Disebut juga citra raster
- Citra bitmap menyimpan data kode citra secara digital dan lengkap ( cara penyimpanannya per piksel).
- Kelebihannya : untuk memanipulasi warna,tetapi untuk mengubah objek sulit.
- Tampilan bitmap mampu menunjukkan kehalusan gradasi bayangan dan warna sebuah gambar.
- Cocok untuk gambar-gambar dengan perpaduan warna yang rumit seperti foto dan lukisan digital
- Diperoleh dengan cara scanner,camera digital,video capture ,dll - Bila citra diperbesar hasilnya akan tampak pecah2/kualitas menurun.
- Beberapa format yang umum digunakan dalam pemrograman pengolahan citra antara lain: BMP, GIFF, TIF, WPG, IMG, PCX, MSP, TGA, PNTG, RAS, dan XBM.
2. Format File Citra Vektor
- Citra vektor dihasilkan dari perhitungan matematis dan tidak berdaasarkan piksel, yaitu data tersimpan dalam bentuk posisi, dimana yang tersimpan hanya informasi vektor posisi dengan bentuk sebuah fungsi.
- Mengubah warna sulit dilakukan,tetapi membentuk objek dengan cara mengubah nilai lebih mudah.
- Jika diperbesar atau diperkecil ralatif tetap baik dan tidak berubah.
- Citra vektor biasanya dibuat aplikasi-aplikasi citra vektor seperti CorelDRAW, Adobe Illustrator, Macromedia Freehand, Autocad , dll
- Yang termasuk dalam format ini AutoCAD Drawing Format (DWG), AutoCAD Drawing Exchange Format (DXF), Microstation Drawing Format (DGN), dan Scalable Vector Graphics (SVG).
REVIEW :
1. Apa Definisi Pengolahan Citra Digital ?
2. Sebutkan contoh aplikasi PCD dalam kehidupan sehari-hari?minimal satu anggota kelompok memberikan 2 contoh aplikasi.
3. Bagaimana representasi citra digital, dan sebutkan klasifikasi citra digital beserta contohnya masing-masing citra!
4. Ada berapa jenis format file citra dan sebutkan contoh dari masing-masing jenis format tersebut!
Pertemuan Ke : 4 & 5
Materi : - Peningkatan Kualitas Citra ( Enhancement Image )
- Smoothing dan Sharpening
I. Peningkatan Kualitas Citra
Definisi :
Peningkatan kualitas citra adalah suatu proses untuk mengubah sebuah citra menjadi citra baru yang sesuai dengan kebutuhan melalui berbagai cara.
Cara-cara yang bisa dilakukan :
- fungsi transformasi ( sub III ) - operasi matematis
- pemfiltran ( sub IV ) - dll
Tujuan utama :
Untuk memproses citra sehingga citra dihasilkan lebih baik daripada citra aslinya untuk aplikasi tertentu.
Peningkatan Kualitas Citra ada 2 Kategori, yakni : 1. Metode Domain Spasial
Metode Domain spasial adalah berdasarkan manipulasi langsung dari piksel dari citra.
2. Metode Domain Frekuensi
Metode domain frekuensi adalah berdasarkan perubahan tranformasi fourier pada citra.
II. Histogram
Histogram adalah grafik yang menunjukkan frekuensi kemunculan setiap gradasi warna.
Bila digambarkan pada koordinat kartesian maka sumbu X (absis) menunjukkan tingkat warna dan sumbu Y (ordinat) menunjukkan frekuensi kemunculan.
Manfaat histogram :
1) Sebagai indikasi visual untuk menentukan skala keabuan yang tepat sehingga diperoleh kualitas citra yang diinginkan.
Contoh :
pengubahan kontras,kecemerlangan,dll 2) Untuk pemilihan batas ambang (threshold)
Contoh :
Proses segmentasi citra ( memisahkan objek dari latar belakang) pada hakikatnya adalah menentukan batas-batas nilai keabuan dari objek dan batas-batas nilai keabuan latar belakangnya sehingga antara objek dan latar belakang dipisahkan.
