Pengolahan Data Citra Satelit [PDF]

Citation preview

MODUL I PENGENALAN CITRA DIGITAL 1. Tujuan 



Memahami cara penyimpanan citra digital







Memahami konsep resolusi spasial







Mampu menampilkan citra digital dalam penyajian Gray Scale, Pseudo Color dan



Composit Color 



Mampu melakukan pengenalan objek secara visual



2. Teori Citra digital adalah citra yang diperoleh, disimpan, dimanipulasi, dan ditampilkan dengan basis logika biner (Danoedoro, 2012). Menurut kamus Webster, citra adalah suatu reprsentasi, kemiripan, atau imitasi dari suatu objek atau benda. Setiap citra digital memiliki beberapa karakteristik, antara lain ukuran citra , resolusi, dan format nilainya. Umumnya citra digital berbentuk persegi panjang yang memiliki lebar dan tinggi tertentu. Ukuran ini biasanya dinyatakan dalam banyaknya titik atau piksel. Citra digital dihasilkan melalui bantuan pemindai atau skanner (scanner), meskipun dewasa ini citra digital juga bisa diperoleh melalui berbagai macam kamera digital dengan harga murah, bahkan yang telah terintegrasi dengan telepon seluler sekalipun. Citra digital penginderaan jauh diperoleh dari sistem perakaman melalui sensor yang dipasang pada pesawat terbang ataupun satelit. Citra dalam format digital ini disimpan pada media megnetik, optic, ataupun media lainnya (hard disk, compact disk, atau flash disk). 2.1 Bagaimana Citra Digital Diperoleh Citra digital merupakan model dua dimensional dari objek yang sudah ada. Objek yang sudah ada tersebut dapat berupa kenampakan nyata dipermukaan bumi, tetapi dapat pula berupa gambar atau citra yang diperoleh melaluiproses lain, misalnya peta hasil penggambaran tangan. Salah satu contoh alat yang paling umum untuk mengubah kenampakan digital menjadi citra digital ialah skanner. Skanner atau pelarik/pemindai adalah suatu alat optic elektronik yang dapat dipakai untuk menangkap informasi pantulan atau pancaran gelombang elektromagnetik dari suatu permukaan secara tidak serentak. Tidak serentak maksudnya adalah bagian demi bagian permukaan yang direkam diindera



oleh sensor secara berurutan sebagai fungsi waktu. Proses kerja pelarik tidak dapat dilepaskan dari proses kerja komputer karena tipe data yang dihasilkan pun biasanya harus diolah dengan komputer. Kemampuan komputer dalam mengubah informasi pantulan atau pancaran elektromagnetik berbeda-beda. Kemungkinan informasi yang dimiliki oleh setiap piksel berkisar 0 – 255 pada sensor yang bekerja 8 bit. Variasi ini sesuai dengan variasi pantulan yang diberikan oleh objek sehingga konfigurasi piksel ini menghasilkan gambar. 2.2 Cara Penyimpanan Citra Digital Sistem penyimpanan citra dalam bentuk baris dan kolom disebut sistem raster, dimana setiap unsur data disimpan dalam alamat yang jelas dan konsisten, menurut posisinya dalam baris dan kolom. Sistem penyimpanan seperti ini dianggap boros dalam penggunaan media penyimpanan. Kebutuhan akan sistem penyimpanan yang efisien semakin terasa dengan digunakannya sensor multipsektral. Melalui sensor semacam ini, beberapa citra yang menggambarkan objek yang sama dihasilkan, namun menyajikan variasi rona/nilai piksel yang berbeda. Variasi ini tergantung pada saluran (band) yang digunakan. Misalkan suatu sistem sensor mempunyai tiga saluran maka berkas (file) citra yang dihasilkan akan mengandung informasi ketiga saluran tersebut.



a. Band Sequential (BSQ) Format BSQ, citra yang dihasilkan dari setiap saluran disimpan sebagai file yang terpisah. Urutan penyimpanan data pun dilakukan mulai dari baris pertama saluran 1, baris kedua, bari ketiga,…baris terkahir. Data ini disimpan sebagai file saluran 1. Kemudian mulai lagi dari baris pertama, untuk saluran 2, sampai dengan baris terkahir. Jadi untuk sistem sensor 7 saluran, dihasilkan 7 file.



b. Band Interlaved by Line (BIL) Format BIL, penyimpanan dilakukan mulai dari baris pertama sluran 1, kemudian dilanjutkan dengan baris pertama saluran 2, …. Baris pertama saluran n. Setelah itu, dilanjutkan dengan baris ke 2 saluran 1, baris ke 2 saluran ke 2, …. Baris ke 2 saluran ke n. Dengan format BIL, seluruh data citra pada n saluran akan disimpan sebagai satu file.



c. Band Interlaved by Pixel (BIP) Forma BIP mempunyai kemiripan dengan format BIL. Hanya saja selang selingnya bukan per baris melainkan per piksel. Penyimpanan dimulai dari piksel pertama (pojok kiri atas) baris pertama saluran 1, piksel pertama baris pertama saluran 2, … baris pertama saluran n. Begitu seterusnya, sampai pada piksel terakhir baris terkahir



saluran 1, piksel terakhir baris terkahir saluran 2, …. Piksel terkahir baris n. Datanya disimpan dalam satu file.



d. Run-length Encoding (RLE) Prinsip penyimpanan data dengan format ini adalah mengekspresikan kembali jumlah piksel yang berurutan dengan nilai yang sama, sebagai satu pasangan nilai. Apabila pada satu baris pelarikan terdapat beberapa piksel dengan nilai sama maka nilai-nilai ini tidak perlu setiap setiap kali disimpan sebagai byte terpisah. 2.3 Bagaimana Data Digital Ditampilkan sebagai Gambar Citra byte (byte map) memerlukan suatu media yang dapat menggambarkannya secara visual dan mudah ditangkap oleh indra penglihatan. Citra ini masih harus ditampilkan pada layar monitor agar dapat diamati oleh pengguna atau analis secara interaktif. Perangkat lunak seperti Idrisi membaca kembali byte demi byte pada data citra digital itu, kemudian menampilkannya sebagai titik-titik gambar dengan warna atau tingkat keabuan tertentu, sesuai dengan nilai byte-nya. iksel yang pertama terbaca ditempatkan pada pojok kiri atas layar monitor. Pada data digital satelit yang diperoleh dari stasiun penerima, menyertakan header file yang berisi berbagai informasi perekaman, termasuk tanggal perekaman satelit, kemiringa senor, dsb. Kesalahan pembacaan header file berakibat pada kesalahan penempatan piksel di sepanjang baris dan kolom layar. 2.4 Konsep Resolusi Resolusi adalah kemampuan suatu sistem optic elektrinik untuk membedakan informasi yang secara spasial berdekatan atau secara spectral mempunyai kemiripan (Swain dan Davis, 1978). Dalam bidang penginderaan jauh terdapat empat konsep resolusi yang sangat penting, yaitu: resolusi spasial, resolusi spectral, resolusi radiometric, dan resolusi temporal. a. Resolusi Spsial Resolusi spasial adalah ukuran terkecil objek yang masih dapat dideteksi oleh suatu sistem pencitraan. Semakin kecil ukuran objek (terkecil) yang dapat dideteksi, semakin halus atau tinggi resolusi spasialnya. Citra satelit SPOT yang beresolusi 10 dan 20 meter dapat disebut beresolusi tinggi dibandingkan dengan citra satelit Landsat TM yang beresolusi 30 meter. Hubungan antara skala dengan resolusi citra diperkenalkan oleh Tobler (1987) dimana skala = 1/(2000 x resolusi citra). Jika menggunakan citra SPOT maka skala peta yang dihasilkan = 1/(2000 x 10) = 1 : 20.000, seangkan jika menggunakan citra Landsat ETM dihasilkan skala = 1/(2000 x30) = 1 : 60.000 (Baja. 2012). Menurut Aronoff (2005) skala



= f/H, dima f = panjang focus lensa, dan H = Jarak dari pusat lensa ke permukaan medan (tinggi wahana). b. Resolusi Spektral Resolusi spectral adalah kemampuan suatu sistem optic-elektronik untuk membedakan informasi (objek) berdasarkan pantulan atau pancaran spektralnya. Semakin banyak jumlah



salurannya



semakin



tinggi



kemungkinannya



untuk



membedakan



objek



berdasarkan respons spektralnya. Dengan kata lain, semakin sempit interval panjang gelombangnya dan atau semakin banyak jumlah salurannya, semakin tinggi pula resolusi spketralnya. Landsat dengan 7 saluran memiliki resolusi spectral lebih tinggi dibandingkan dengan SPOT yang hanya memiliki 4 saluran. c. Resolusi Radiometrik Kemampuan sensor dalam mencatat respons spectral objek dinyatakan sebagai resolusi radiometric. Sistem koding (mengubah intensitas pantulan atau pancaran spectral menjadi angka digital) 4 bit akan mengubah intensitas pantulan atau pancaran menjadi 24 = 16 tingkatan, dari yang paling lemah 0 sampai terkuat 15. Sendangkan kemampuan koding dengan 8 bit = 28 = 256, memiliki kemampuan menyajikan gambar dari 0 – 255 tingkat keabuan. d. Resolusi Temporal Resolusi temporal adalah kemampuan suatu sistem untuk merekam ulang daerah yang sama. Satuan resolusi temporal adalah jam atau hari. Landsat dapat merekam wilayah yang sama pada setiap 16 hari, sedangkan SPOT setiap 26 hari. 3. Pengenalan Idrisi Idrisi adalah software pengolah data citra digital yang memiliki fungsi analisis raster dan vektor, analisis SIG untuk pemodelan spasial, peningkatan kualitas citra serta klasifikasi multispektral. Termasuk untuk pemantauan lingkungan dan pengelolaan sumberdaya alam, pemodelan perubahan penggunaan lahan. Selain itu Idrisi memiliki kemampuan dalam melakukan analisis spasial multikriteria, multi-tujuan, ketidakpastian dan analisis risiko, pemodelan simulasi, interpolasi spasial dan karakterisasi statistik. Software ini pada umumnya dibutuhkan untuk mengelola data penginderaan jauh. Meskipun memiliki kemampuan yang sangat canggih, namun software ini mudah digunakan. Idrisi terdiri dari 300 modul program yang dihubungkan dengan pengguna melalui menu dan toolbar. Modul-modul tersebut menyediakan fasilitas untuk input data, pengelolaan layar/area kerja, analisis geografis dan penginderaan jauh.



3.1 Mulai dengan Idrisi Untuk memulai idrisi klik dua kali ikon idrisi, selanjutnya akan terbuka lingkup kerja idrisi seperti pada gambar 1. Setelah sistem terbuka terdapat empat komponen yang berbeda, yaitu: (1) bagian atas terdiri dari menu utama, (2) di bawah menu utama terdapat toolbar yang digunakan untuk mengontrol tampilan dan mengakses modul-modul yang diinginkan (3) di bawah toolbar terdapat ruang kerja utama, (4) selanjutnya diikuti oleh status bar.



Gambar 1.1 Lingkup kerja Idrisi



3.2 Explorer Idrisi Klik pada menu File->IDRISI Explorer, selanjutnya akan ditampilkan kotak dialog yang merupakan utilitas Idrisi Explorer yang berfungsi untuk mengelola dan mengeksplorasi file dan proyek idrisi. Gunaka Idrisi Explorer untuk mengatur lingkungan proyek anda, mengelola file group, review data, file tampilan, termasuk perintah copy, delete, rename, dan Move To.



Gambar 1.2 IDRISI Explorer



3.3 Projects Setelah Idrisi Explorer terbuka, maka klik Projects untuk mengatur lingkungan projek folder tempat menyimpan file-file kerja. Pastikan bahwa Editor yang berada di bawah Projects terbuka. Panel Editor menunjukkan folder kerja dan sumberdaya yang dimiliki oleh Projects. a. Buat sebuah folder kerja, d:\idrisi\latihan1\ b. Pilih Tab Projects c. Klik kanan default, pilih New Project d. Pilih folder yang sudah dibuat sebelumnya e. Di bawah default akan terbentuk nama proje sesuai dengan nama folder. f.



Ganti nama projek dengan mengubah name yang ada pada Editor sesuai yang diinginkan. Dalam percobaan ini gunakan nama projek: Latihan 1



g. Copy data yang sudah disiapkan dalam latihan ini ke dalam folder yang telah dibuat



3.4 Display Launcher Modul yang paling sering digunakan memiliki ikon toolbar, salah satunya adalah DISPLAY Launcher. Klik ikon display



untuk menampilkan kotak dialog DISPLAY Launcher, atau



pilih menu Display->DISPLAY Launcher, bisa juga menggunakan mengklik dropdown list panah pada Shortcut dan gulir ke bawah sampai Anda menemukan DISPLAY Launcher.



Gambar 1.3 Cara menampilkan Kotak dialog DISPLAY Launcher



Gambar 1.4 Kotak dialog DISPLAY Launcher Kotak dialog DISPLAY Launcher terdiri dari dua tab, yaitu: Parameters dan Advanced



Palette/Symbol Selection. Tab Parameters terdiri dari beberapa komponen seperti komponen tipe file yang ingin ditampilkan, skala pewarnaan, teks box pemilihan file citra, dan pilihan palette warna, sedangkan Tab Advanced Palette/Symbol Selection memiliki komponen pengaturan warna yang lebih kompleks.



3.5 Menampilkan Citra Digital Pada praktikum ini akan ditampilkan citra digital daerah Kabupaten Mamuju. Untuk kebutuhan tersebut dapat mengikuti langkah-langkah berikut: a. Tampilkan kotak dialog DISPLAY Launcher b. Pilih nama file dengan mengklik tombol



yang terdapat di belakang text box.



c. Kemudian klik tombol Ok. Untuk sementara gunakan default skala pewarnaan dan Palette.



Gambar 1.5 Tampilan Citra Kab. Mamuju 3.6 Cursor Inquiry Mode



Cursor inquiry mode digunakan untuk mengetahui nilai spketral dan lokasi pada sebuah tempat yang diklik. Nilai spektra ditampilkan tepat pada lokasi yang diklik sedangkan koordinat bumi lokasi yang diklik dapat dilihat pada status bar. Pada status bar terdapat dua jenis lokasi yang ditampilkan, yaitu: lokasi kolom dan baris dari piksel-piksel yang membangun citra, sedangkan yang kedua adalah pasangan koordinat bumi. Aktifkan tombol Cursor inquiry mode dengan mengklik tombol



yang terdapat pada toolbar.



Selanjutnya klik salah satu lokasi dalam citra, amati nilai spektral dan koordinatnya.



Nilai Spektral



Koordinat



Gambar 1.6 Nilai spektral dan koordinat citra 3.7 Zoom Image Citra digital yang ditampilkan dapat diperbesar maupun diperkecil sesuai dengan yang diinginkan. Terdapat lima buah tombol yang dapat digunakan untuk mengeksploitasi citra, yaitu: Zoom In, Zoom Out, Zoom Window, Full Extent Normal, dan Full Extend Maximized. a. Zoom in digunakan untuk memperbesar citra dengan menempatkan di tengah-tengah layar tampilan titik yang diklik. b. Zoom Out digunakan untuk memperkecil citra dengan menempatkan di tengahtengah layar tampilan titik yang diklik. c. Zoom Window digunakan untuk memperbesar citra berdasarkan kotak yang di drag pada citra. d. Full Extent Normal digunakan untuk mengembalikan tampilan citra dan kotak tampilan citra scara deafult e. Full Extent Maximized digunakan untuk mengembalikan tampilan citra dan kotak tampilan citra penuh pada layar.



4. Pengenalan Citra LANDSAT 7 ETM+ Satelit Landsat (Land Satelite), milik Amerika Serikat, pertama kali diluncurkan pada tahun 1972 dengan nama ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite – I). Proyek eksperimental ini sukses dan dilanjutkan dengan peluncuran selanjutnya, seri kedua dengan nama Landsat. Seri Landsat hingga saat ini adalah Landsat 8. Sebelum Landsat 8, tahun 2003 diluncurkan Landsat 7. Citra LANDSAT 7 ETM+ terdiri dari 7 bands (kanal), dimana masing-masing kanal memiliki fungsi yang spesifik bagi analisis kenampakan di permukaan bumi. Tabel 1 menyajikan karakteristik citra LANDSAT ETM+ yang menjelaskan kisaran spaktrum masing-masing band dan fungsi masing-masing. Tabel 1 Karakteristik citra Landsat ETM+ Band spaektral



Kisaran spectrum (m)



Resolusi (m)



Fungsi/kegunaan



1 (Biru)



0.45 – 0.52



30 x 30



Untuk melihat penetrasi air, dan diskriminasi tanah dan vegetasi



2 (Hijau)



0.52 – 0.60



30 x 30



Untuk melihat penetrasi air, dan puncak reflektansi kehijauan vegetasi



3 (Merah)



0.63 – 0.69



30 x 30



Absorbsi klorofil, reflektansi tanah-tanah kering



4 (Infra merah dekat)



0.76 – 0.90



30 x 30



Memisahkan tanah (daratan) dan air, melihat vegetasi yang subur



5 (Infra merah dekat)



1.55 – 1.75



30 x 30



Menganalisis kelengasan (moisture) tanah dan vegetasi



7 (Infra merah tengah)



2.08 – 2.35



30 x 30



Identifikasi penetrasi kabut (haze), dan mengenal tipe batuan dan tanah



6 (Termal infra merah)



10.4 – 12.50



120 x 120



Pemetaan termal seperti kebakaran



Secara umum, kurva ideal di alam antara sensitivitas panjang gelombang yang digunakan dan obyek/fenomena di bumi dapat diilustrasikan sebagaimana terlihat pada Ganbar 1. Ini menunjukkan bahwa nilai reflektansi air sangat rendah (terutama pada panjang gelombang yang panjang) sehingga air, atau obyek basah selalu tampak gelap pada panjang gelombang yang panjang. Sedangkan tanah terbuka (bare land) dan bangunan-bangunan di perkotaan dan kawasan industri memiliki nilai reflektansi yang sangat tinggi, sehingga kelihatan sangat



cerah. Nilai reflektansi vegetasi (hutan) tinggi pada panjang gelombang antara 0.7 dan 1.1 m (lihat Gambar 1) sehingga hutan kelihatan cerah pada kisaran tersebut.



Gambar 1.7 Pola reflektansi vegetasi, tanah, dan air. 4.1 Karakteristik Citra Landsat a. Perhatikan dan catat jenis penyimpanan citra yang diperoleh. b. Buka file *.hdr dan catat: 



Resolusi spasial







Resolusi spektral







Resolusi radiometrik







Jumlah kolom







Jumlah baris







Satuan unit penyimpanan



d. Buka file *.map dan catat: 



Sistem proyeksi







Zone



e. Buka file *.tab dan catat: 



X minimum







X maksimum







Y minimum







Y maksimum



f. Kenalilah



beberapa kenampakan/obyek



seperti



laut/air, pemukiman, sawah,



ladang/kebun, tanah terbuka dll. Kemudian display setiap band (1 hingga 3). Ambil



beberapa sample untuk setiap kenampakan dan identifikasi nomor digitalnya (digital number, DN), menggunakan tombol



. Ingat bahwa DN berkisar dari 0 (sangat



gelap) hingga 255 (sangat cerah). Dengan mengambil 3 sample per Band, lengkapilah Tabel 2, dan jawab pertanyaan-pertanyaan berikut. Tabel 2. DN beberapa kenampakan citra Kenampakan Air Sungai/Laut



Band1 (B)



Band 2 (G)



Band 3 (R)



Band 4 (IR)



Band 5 (NIR)



Band 7 (MIR)



Sample 1 Sample 2 Sample 3



Hutan lebat



Sample 1 Sample 2 Sample 3



Semak/hutan jarang



Sample 1 Sample 2 Sample 3



Sawah



Sample 1 Sample 2 Sample 3



Kebun/ladang



Sample 1 Sample 2 Sample 3



Kenampakan yang memiliki nilai DN tertinggi adalah …………. , dan pada band ……. Mengapa demikian? …………………………………………………………………………………………….... …………………………………………………………………………………………….... …………………………………………………………………………………………….... …………………………………………………………………………………………….... Kenampakan yang memiliki nilai DN terendah adalah …………. , dan pada band ……. Mengapa demikian?



…………………………………………………………………………………………….... …………………………………………………………………………………………….... …………………………………………………………………………………………….... …………………………………………………………………………………………….... Lihat Tabel 1 untuk menjawab pertanyaan di atas! Dan juga lihat grafik penyebaran pola reflektansi seperti terlihat pada Gambar 1. Kemudian, untuk setiap band plot nilai-nilai tersebut kedalam kurva berikut (halaman berikut) dengan menggunakan nilai rata-rata sample di atas: 255



180



120



Band 1



Band 2



Band 3



Band 4



Band 5



Gambar 2: Plotting antara kenampakan obyek dengan nilai digital pada citra Landsat ETM+ 4.2 Alternatif Tampilan Citra a. Sajikan Citra Landsat Band 5 dan Band 7 dalam Gray Scale, kemudian bandingkan hasilnya dengan proses penyajian Pseudo Color seperti yang telah dilakukan pada 4.1. Perbedaan apa yang dapat anda saksikan diantara keduanya. b. Citra komposit warna merupakan paduan dari citra beberapa saluran yang berbeda. Pembuatan citra komposit warna dilakukan dengan memberi warna dasar merah, hijau dan biru pada tiga saluran band tunggal yang dipilih. Perpaduan antara ketiga saluran tersebut akan menghasilkan citra baru dengan tampilan warna yang merupakan perpaduan dari ketiga warna dasar. Penyusunan citra komposit warna dimaksudkan untuk memperoleh gambaran visual yang lebih baik sehingga pengenalan obyek dan pemilihan sampel dapat dilakukan.



5. Pengenalan Citra SPOT Tugas anda di rumah untuk melakukan hal yang sama pada citra Landsat menggunakan data citra SPOT.