Pengolahan Citra Digital [PDF]

Citation preview

PENGOLAHAN CITRA DIGITAL



Disusun Oleh : Ketzia Chrisanty Kho



19024065



2 Teknik Informatika 3



Jurusan Teknik Elektro Prodi Teknik Informatika Politeknik Negeri Manado 2019/2020



1



A. Pengertian Pengolahan Citra Digital Pengolahan Citra Digital (Digital Image Processing) merupakan bidang ilmu yang mempelajari tentang bagaimana suatu citra itu dibentuk, diolah, dan dianalisis sehingga menghasilkan informasi yang dapat dipahami oleh manusia. Sebelum mempelajari lebih lanjut mengenai pengolahan citra digital, kita perlu mengetahui definisi dari citra itu terlebih dahulu. Citra merupakan fungsi dari intensitas cahaya yang direpresentasikan dalam bidang dua dimensi. Berdasarkan bentuk sinyal penyusunnya, citra dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu citra analog dan citra digital. Citra analog adalah citra yang dibentuk dari sinyal analog yang bersifat kontinyu, sedangkan citra digital adalah citra yang dibentuk dari sinyal digital yang bersifat diskrit. Citra analog dihasilkan dari alat akuisisi citra analog, contohnya adalah mata manusia dan kamera analog. Gambaran yang tertangkap oleh mata manusia dan foto atau film yang tertangkap oleh kamera analog merupakan contoh dari citra analog. Citra tersebut memiliki kualitas dengan tingkat kerincian (resolusi) yang sangat baik tetapi memiliki kelemahan di antaranya adalah tidak dapat disimpan, diolah, dan diduplikasi di dalam komputer. Citra digital merupakan representasi dari fungsi intensitas cahaya dalam bentuk diskrit pada bidang dua dimensi. Citra tersusun oleh sekumpulan piksel (picture element) yang memiliki koordinat (x,y) dan amplitudo f(x,y). Koordinat (x,y) menunjukkan letak/posisi piksel dalam suatu citra, sedangkan amplitudo f(x,y) menunjukkan nilai intensitas warna citra. Representasi citra digital beserta piksel penyusunnya ditunjukkan pada gambar berikut ini.



2



Pengolahan citra digital adalah sebuah disiplin ilmu yang mempelajari tentang hal-hal yang berkaitan dengan perbaikan kualitas gambar (peningkatan kontras, transformasi warna, restorasi citra), transformasi gambar (rotasi, translasi, skala, transformasi geometric), melakukan pemilihan citra ciri (feature images) yang optimal untuk tujuan analisis, melakukan proses penarikan informasi atau deskripsi objek atau pengenalan 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 output-nya adalah citra hasil pengolahan.



B. Representasi Citra Digital Representasi Citra digital adalah sebuah aktivitas dalam kegiatan pengolahan citra digital, dimana kegiatan ini merupakan proses menampilkan kembali suatu citra yang telah melalui tahap digitizing (proses pengubahan bentuk citra analog ke dalam format digital agar mampu dilakukan proses manipulasi oleh komputer) dengan cara mencacah gambar tersebut dalam bentuk titik – titik warna yang ditandai dengan angka yang menunjukkan tingkat kecerahan warna tersebut, kemudian dipetakan dengan menggunakan sistem koordinat. Suatu citra digital direpresentasikan dengan format f(x,y) = f(N,M), dimana: N menunjukkan angka pada baris, dengan ketentuan nilai N (ditunjukkan dengan x) = 0 ≤ x ≤ N –1 M menunjukkan angka pada kolom, dengan ketentuan nilai M (ditunjukkan dengan y) = 0 ≤ y ≤ M–1 Kemudian kedua faktor diatas dinyatakan dengan nilai L, yaitu nilai maksimal warna intensitas, dengan ketentuan nilai L = 0 ≤ f(x,y) ≤ L – 1



3



Catatan: Koordinat Matriks dan koordinat piksel pada tidak memiliki perbedaan dalam operasi matematisnya. Perbedaan dari koordinat matriks dan koordinat piksel adalah koordinat matriks menunjukkan letak suatu titik pada citra asli, dan koordinat piksel menunjukkan letak suatu titik pada citra di layar monitor. Berdasarkan format representasi citra diatas, maka dapat disimpulkan bahwa suatu citra dinyatakan dalam bentuk lebar x tinggi. Citra digital memiliki satuan berupa piksel, ataupun dalam satuan panjang (mm atau inci). Suatu citra pada komputer umumnya direpresentasikan kedalam bentuk sebuah file. Adapun mekanisme representasi citra oleh komputer memiliki sistem yang sama dengan halnya melukis, dimana keberadaan palet warna dan kanvas merupakan hal yang utama. Dalam representasi citra digital, keberadaan kanvas digantikan oleh matriks, dan palet warna dalam citra digital berupa angka yang merepresentasikan tingkat kecerahan dari suatu warna. Adapun mekanisme representasi citra digital adalah suatu elemen matriks diisi oleh angka – angka yang mewakilkan warna – warna yang tampak pada mata. Kumpulan angka yang mewakilkan warna pada matriks tersebut kemudian disimpan dalam komputer dengan berbagai format citra yang ada, dan memerlukan program khusus untuk membukanya (seperti Ms. Paint, Photoshop, dll). Sehingga dapat disimpulkan bahwa sebuah data citra digital menyimpan informasi berupa kumpulan angka yang mewakilkan warna yang ada.



Suatu citra digital dapat ditampilkan dalam tiga format tampilan, diantaranya: •



Citra Biner



Citra biner merupakan salah satu cara dalam merepresentasikan citra digital dimana citra ini menggunakan dua jenis warna saja, yakni hitam dan putih. Kedua warna ini masing – masing diwakili oleh angka – angka biner (0 dan 1). Dalam mewakili warna hitam dan putih, angka biner memiliki ketentuan sebagai berikut: Model citra cahaya : angka 1 mewakili warna putih, dan angka 0 mewakili warna hitam (warna putih menyatakan adanya cahaya, warna hitam menyatakan tidak ada cahaya) Model citra tinta / cat : angka 1 mewakilli warna hitam, dan angka 0 mewakili warna putih (warna hitam menandakan adanya cat, warna putih menandakan tidak ada cat) Contoh: Citra biner dengan model citra cahaya



4



•



Citra Grayscale



Citra grayscale merupakan suatu cara dalam merepresentasikan citra digital dengan menggunakan skala derajat keabuan, dimana derajat keabuan yang ada merupakan hasil pemangkatan nilai bit yang ada terhadap angka 2 (2n). Misalkan skala keabuan 4 bit memiliki rentang skala keabuan sebanyak 24 warna = 16 warna, yang diwakili dengan angka 0 hingga 15. (angka 0 / minimal mewakili warna hitam, dan angka 15 / maksimal mewakili warna putih). Adapun angka diantara 0 hingga 15 merepresentasikan warna abu dalam skala kecerahan yang berbeda.



•



Citra warna



Citra warna merupakan metode dalam merepresentasikan suatu citra secara digital, dimana metode ini menggunakan kombinasi dari tiga warna primer (merah, hijau dan biru = RGB) untuk membentuk suatu citra. Adapun setiap titik pada citra mewakili kombinasi dari ketiga warna ini. Setiap warna ini masing masing memiliki intensitas tersendiri dengan rentang nilai 0 hingga 255 (8 bit) Red : warna minimal putih, warna maksimal merah Green : warna minimal putih, warna maksimal hijau Blue : warna minimal putih, warna maksimal biru Misalkan warna ungu = merupakan kombinasi warna merah dan biru, sehingga nilai RGBnya: 255 0 255 Catatan:



5



jika ketiga warna pada suatu piksel memiliki angka minimal, maka warna yang ditunjukkan pada piksel tersebut adalah warna hitam. jika ketiga warna pada suatu piksel menunjukkan angka maksimal, maka warna yang ditunjukkan adalah warna putih. Jika salah satu dari ketiga angka pada piksel memiliki nilai minimal, maka warna tersebut tidak terkandung pada warna yang ditampilkan. Contoh: pada kombinasi warna ungu diatas, dapat disimpulkan bahwa warna ungu tidak mengandung warna hijau, karena nilai skala warna hijau pada warna tersebut adalah 0. Mengingat bahwa setiap piksel merupakan kombinasi dari ketiga warna ini, maka satu piksel memerlukan memori sebanyak 3 bit. Adapun jumlah total dari kombinasi warna yang mungkin adalah sebagai berikut: Warna dasar terdiri atas 3 warna Masing – masing warna dasar memiliki nilai maksimum 8 bit Sehingga: kemungkinan jumlah warna yang ada = 28×3 = 224 = 16.777.216 warna. Catatan : warna dasar pad konteks ini memiliki perbedaan, yakni warna dasar untuk cahaya / diplay pada monitor dan warna dasar untuk cat atau tinta / display cetakan diatas kertas. Citra cahaya menggunakan warna dasar RGB (Red, Green, Blue) Citra cat menggunakan warna dasar CMY (Cyan, Magenta, Yellow) Berikut merupakan perbandingan ketiga citra yang dibahas pada bahasan ini:



6



C. Operasi Negasi (Invers) Tujuan dari penggunaan operasi invers ini adalah untuk membuat citra negative. Seperti apa citra negative nantinya akan kita coba pada pembuatan program. Untuk membuat citra menjadi negative dibutuhkan rumus perhitungan yang diterapkan dalam pemrograman. Berikut ini adalah rumus yang diperlukan:



Dari rumus di atas ini yang dimaksud dengan fmaksimum adalah nilai tertinggi dalam bit warna. Misalnya untuk citra grayscale 8 bit, maka fmaksimumnya adalah 255, untuk citra grayscale 7 bit fmaksimumnya adalah 127.



Untuk membuat citra menjadi negative, maka kita bias menggunakan teori dan rumus di atas untuk diimplementasikan ke dalam program pengolahan citra yang akan kita buat. Kuantisasi biner: Kuantisasi warna dalam bitmap untuk representasi citra dapat dibagi ke dalam tiga kelompok, yaitu: •



Citra biner



• •



Citra grayscale Citra warna



7



Untuk kuantisasi citra biner, setiap pixel hanya mempunyai 2 kemungkinan warna, yaitu hitam atau putih. Hitam dikuatisasi dengan 0 dan putih dikuantisasi dengan 1. Memori yang dibutuhkan untuk menyimpan satu pixel adalah satu bit. Berikut ini contoh penggambaran proses kuantisasi citra warna 8 bit ke dalam citra 2 bit:



Citra warna yang masing-masing warna red, green, dan blue memiliki 8 bit (0-255) di kuantisasi menjadi warna 1 bit (0-1), maka akan menghasilkan hanya 2 warna yaitu hitam dan putih seperti contoh analogi di atas. Pada saat kita melakukan kuantisasi dari citra warna, maka yang kita lakukan adalah membuat citra menjadi grayscale terlebih dahulu, selanjutnya baru kita lakukan kuantisasi seperti pada contoh analogi gambaran proses di atas.



D. Kecerahan (Brightness) Dalam operasi brightness ini kita akan membuat citra semakin terang ataupun semakin gelap. Dalam operasi brightness ada beberapa poin yang perlu kita ingat dalam membuat program untuk pengolahan citra yaitu: 1. Intensitas



8



2. Citra Grayscale



3. Citra True Color



4. Nilai Kecerahan (k): Nilai maksimum dan nilai minimum dari K tergantung dari jumlah bit.



E. Kontras (Contrast) Kontras adalah tingkat penyebaran pixel – pixel ke dalan intensitas warna. Ada tiga macam kontras, yaitu kontras rendah, kontras tinggi, dan kontras normal. 1. Citra Kontras Rendah : Citra yang memiliki kontras rendah dapat terjdi karena kurangnya pecahayaan, kurangnya bidang dinamika dari sensor citra, serta kesalahan setting pembuka lensa pada saat pengambilan citra. Mempunyai kurva histogram yang sempit, akibat penyebaran intensitas terang atau intensitas gelap yang tidak merata. Sehingga titik tergelap dari suatu citra tidak mencapai hitam paling pekat dan titik paling terang tidak mencapai putih paling cemerlang. 2. Citra Kontras Tinggi : merupakan kebalikan dari citra kontras rendah karena memiliki kurva histogram yang lebar, sebaran intensitas gelap dan intensitas terang merata keseluruh skala intensitas. 3. Citra Kontras Normal : Terjadi bila lebar kurva histogram tidak terlalu lebar dan tidak terlalu sempit.



9



Salah satu fungsi peningkatan kontras secara matematis dituliskan seperti rumus ini :



Dimana G adalah koefisien penguatan kontras dan P adalah nilai KEABUAN yang dipakai sebagai pusat pengkontrasan. Fo(x, y) adalah intensitas pixel hasil kontras dan Fi(x,y) adalah intensitas pixel citra asli. contoh :



F. Operasi Thresholding Thresholding merupakan salah satu metode segmentasi citra yang memisahkan antara objek dengan background dalam suatu citra berdasarkan pada perbedaan tingkat kecerahannya atau gelap terang nya. Region citra yang cenderung gelap akan dibuat semakin gelap (hitam sempurna dengan nilai intensitas sebesar 0), sedangkan region citra yang cenderung terang akan dibuat semakin terang (putih sempurna dengan nilai intensitas sebesar 1). Oleh karena itu, keluaran dari proses segmentasi dengan metode thresholding adalah berupa citra biner dengan nilai intensitas piksel sebesar 0 atau 1. Setelah citra sudah tersegmentasi atau sudah berhasil dipisahkan objeknya dengan background, maka citra biner yang diperoleh dapat dijadikan sebagai masking utuk melakukan proses cropping sehingga diperoleh tampilan citra asli tanpa background atau dengan background yang dapat diubah-ubah.



10



G. Operasi Penjumlahan Citra (Image Blending) Image Blending atau biasa disebut Image Morphing [7] atau Image Mosaicing [21] merupakan penggabungan beberapa citra dengan cara menjumlahkan sebuah citra dengan citra yang lain seperti yang terlihat pada proses di bawah ini. Penggabungan ini biasa dilakukan juga bila jumlah citra yang digabungkan lebih dari dua buah. Secara matematis persamaan penggabungan citra dapat dituliskan seperti persamaan (2.3) di bawah ini :



Contoh Perhitungan Digital Penggabungan Citra : Misalkan diketahui dua buah citra A(x,y) seperti pada gambar 2.5 di bawah ini dan citra B(x,y) seperti pada gambar 2.6 di bawah ini akan digabungkan dengan bobot wA = 0.6 dan 11



wB = 0.4 sehingga menghasilkan citra baru C(x,y) seperti pada gambar 2.7 di bawah ini maka persamaan matematisnya adalah : C(x,y) = 0.6 A(x,y) + 0.4 B(x,y)



CITRA A(x,y)



CITRA B(x,y)



CITRA C(x,y)



40



60



50



70



30



40



50



50



60



50



70



30



60



40



30



40



70



50



30



60



50



60



70



40



30



30



60



70



50



90



80



70



70



60



70



50



90



60



80



90



80



50



70



90



60



70



60



50



80



90



36



60



58



62



54



56



58



58



60



58



62



54



60



56



54



56



62



58



54



60



58



60



62



56



54



Dimana Piksel citra C(x,y) = 36 diperoleh dari (0.6*40) + (0.4 * 30).



Citra A [16]



Citra B [16]



Citra C (Penggabungan Citra A dan B) [16]



12



H. Operasi Pengurangan Citra Matriks. Karena citra digital adalah matriks, maka operasi-operasi aritmetika matriks juga berlaku pada citra. Operasi matriks yang dapat dilakukan adalah penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, dsb. Untuk pengurangan citra digital : Operasi pengurangan hampir sama dengan operasi penjumlahan. Hanya saja kali ini untuk mendapatkan citra hasil, nilai pixel citra input pertama dikurangi dengan nilai pixel citra input berikutnya. Nilai pixel citra hasil didapat dari



Proses pengurangan juga dapat digunakan untuk mencari perbedaan absolut dari citra. Nilai pixel citra hasil dapat dihitung dengan:



Sama halnya seperti proses penjumlahan, proses juga dapat menerapkan pengurangan dengan Citra output dapat dicari dengan rumus berikut ini



13



Nilai konstanta akan digunakan untuk mengurangi setiap nilai pixel citra input.



14