Tugas 02 [PDF]

Citation preview

TUGAS 02 PENGINDERAAN JAUH TERAPAN “KOREKSI ATMOSFER CITRA SENTINEL-2 DENGAN METODE DOS (DARK OBJECY SUBSTRACTION) MENGGUNAKAN ENVI 5.3”



Dosen Pengampu : Lalu Muhammad Jaelani ST,M.Sc,Ph.D



Disusun Oleh : Loly Kurnia Naibaho (03311640000001)



DEPARTEMEN TEKNIK GEOMATIKA FAKULTAS TEKNIK SIPIL, LINGKUNGAN DAN KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2019



i



KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan YME, karena hanya rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan Laporan Penginderaan Jauh Terapan tentang Koreksi Atmosfer Citra Sentinel – 2 dengan Metode DOS (Dark Object Substraction) menggunakan ENVI 5.3 dengan baik. Penulisan laporan ini merupakan salah satu tugas dan prasyarat untuk menyelesaikan mata kuliah Penginderaan Jauh Terapan di Departemen Teknik Geomatika ITS. Selama proses penyelesaian laporan ini, berbagai pihak telah memberikan fasilitas, membantu, membina dan membimbing penulis dengan baik. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih sebesarnya kepada : 1. Bapak Lalu Muhammad Jaelani, S.T.,M.Sc.,Ph.D selaku dosen mata kuliah Penginderaan Jauh Terapan. 2. Kepada teman – teman angkatan 2016 Teknik Geomatika ITS yang selalu mendukung. Penulis menyadari, laporan kerja praktik ini masih banyak kelemahan dan kekurangan nya. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun akan diterima dengan senang hati untuk perbaikan laporan ini. Mudah – mudahan keberadaan laporan ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan pembaca. Surabaya, September 2019



Penulis



ii



DAFTAR ISI COVER ............................................................................................................................................ i KATA PENGANTAR .................................................................................................................... ii DAFTAR ISI.................................................................................................................................. iii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................................... 1 1.1



Latar Belakang ................................................................................................................. 1



1.2



Maksud dan Tujuan Praktikum ........................................................................................ 1



BAB II DASAR TEORI ................................................................................................................. 2 2.1



Citra Sentinel – 2 .............................................................................................................. 2



2.2



Koreksi Citra Digital ........................................................................................................ 3



2.3



ENVI ................................................................................................................................ 6



BAB III PELAKSANAAN ............................................................................................................. 8 3.1 Alat dan Bahan ...................................................................................................................... 8 3.1.1 Alat ................................................................................................................................. 8 3.1.2 Bahan ............................................................................................................................. 8 3.2 Tempat dan Waktu Praktikum .............................................................................................. 8 3.3 Petunjuk Praktikum............................................................................................................... 8 3.3.1 Kalibrasi Radiometrik .................................................................................................... 9 3.3.2 Koreksi Atmosfer menggunakan metode DOS............................................................ 10 BAB IV PENUTUP ...................................................................................................................... 13 4.1 Hasil .................................................................................................................................... 13 4.2 Analisa ................................................................................................................................ 13 4.3 Kesimpulan ......................................................................................................................... 13 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 14



iii



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penginderaan Jauh adalah ilmu dan seni untuk memperoleh informasi tentang obyek, daerah, atau gejala dengan jalan menganalisis data yang diperoleh dengan menggunakan alat tanpa kontak langsung terhadap obyek, daerah, atau gejala yang dikaji. Penginderaan jauh dapat merekam permukaan bumi pada wilayah yang luas serta sulit dijangkau dan juga menyediakan data citra terbaru dengan waktu perekaman yang berbeda, sehingga memungkinkan analisis secara multi – waktu (Lilesand dan Kiefer, 1999). Salah satu hasil yang didapatkan adalah sebuah citra. Namun sayangnya citra yang didapatkan memiliki kualitas visual dan nilai piksel yang tidak sesuai dengan obyek sebenarnya. Kualitas citra merupakan aspek penting yang harus diperhatikan karena hal tersebut akan berpengaruh terhadap informasi yang akan didapatkan. Salah satu faktor penyebab adalah adanya efek atmosfer yang menyebabkan nilai pantulan obyek menjadi lebih besar oleh karna adanya hamburan atau lebih kecil karena proses serapan. Oleh karena itu perlunya dilakukan koreksi atmosfer metode DOS (Dark Object Substraction) menggunakan ENVI 5.3 untuk mendapatkan hasil citra yang lebih mendekati visual obyek sebenarnya 1.2 Maksud dan Tujuan Praktikum Maksud dan tujuan dari praktikum ini adalah: 1. Mahasiswa mampu mengaplikasikan software ENVI. 2. Mahasiswa mampu melakukan proses Koreksi Atmosfer Citra Sentinel – 2 Level 1C menggunakan metode DOS



1



BAB II DASAR TEORI 2.1 Citra Sentinel – 2 Global Monitoring for Environment and Security (GMES) merupakan salah satu program yang diusung oleh European Commission (EC) dan European Space Agency (ESA). Program ini bertujuan untuk kemajuan pembangunan Eropa dalam penyediaan dan penggunaan informasi pemantauan lingkungan dan keamanan. Peran ESA di GMES adalah untuk memberikan definisi dan pengembangan elemen berbasis sistem ruang dengan meluncurkan Sentinel2 yang memiliki resolusi spasial tinggi. Namun dalam perkembangannya ESA sedang mengembangkan lima misi Sentinel, yaitu Sentinel-1, Sentinel-2, Sentinel-3 dan misi JasonCS (didasarkan pada konstelasi dua satelit di bidang orbit yang sama). Dengan konfigurasi ini akan mungkin untuk memenuhi revisit dan cakupan, serta memberikan layanan operasional yang kuat dan terjangkau. Sentinel-5P dipahami sebagai satelit gap-filler. Sentinel-4 mencakup pengembangan dua instrumen payload yang akan dilakukan pada Meteosat Generasi Ketiga. Sentinel-5 meliputi pengembangan dua muatan instrumen yang akan dilakukan pada MetOp Generasi Kedua. Setiap satelit yang memungkinkan untuk ekstensi misi sampai dengan 12 tahun (2 tahun untuk Jason-CS). Setiap generasi satelit direncanakan berada di antara 15-20 tahun ke depan. Strategi untuk pengadaan dan penggantian Satelit Sentinel selama periode ini sedang dalam tahap perumusan. Sentinel-2 telah dirancang untuk mendukung lahan Global Monitoring for Environment and Security (GMES), darurat dan aplikasi keamanan, Geoland2, SAFER, dan GMOSAIC. Citra Sentinel-2 dengan sistem instrumen multispektral yang beresolusi tinggi akan memastikan rangkaian kontinuitas observasi multispektral SPOT dan Landsat dengan melihat kunjungan kembali, area cakupan, band spektral, lebar petak, kualitas gambar radiometrik dan geometrik. Sentinel-2 akan menjadi kontribusi signifikan terhadap pemenuhan kebutuhan GMES dalam hal penyampaian produk informasi untuk layanan operasional darat dan darurat (ESA, 2012).



Sentinel-2 Multi-Spectral Instrument (MSI) memiliki 13 band spektral (Tabel 3.1) yang membentang dari yang terlihat dan Visible and Near Infrared (VNIR) ke ShortWave Infrared (SWIR), di mana citra ini menampilkan empat band spektral di 10 m yaitu biru klasik (490 nm), hijau (560 nm), merah (665 nm) dan inframerah dekat (842 nm); enam band di 20 m yaitu 2



empat band di vegetasi spektral (705 nm, 740 nm, 783 nm, dan 865 nm) dan dua band SWIR besar (1.610 nm dan 2190 nm); dan tiga band pada resolusi spasial 60 m yaitu didedikasikan untuk koreksi atmosfer dan screening awan (443 nm untuk pengambilan aerosol, 945 nm untuk pengambilan uap air, dan 1380 nm untuk deteksi awan cirrus) seperti yang digambarkan pada Gambar 3.1. Konfigurasi ini, terpilih sebagai kompromi terbaik dari segi kebutuhan pengguna dan kinerja misi, serta biaya dan risiko, tambahan domain spektral (merah) memungkinkan menilai status vegetasi, dan band khusus untuk koreksi awan cirrus pada atmosfer. Selain itu satelit ini memiliki waktu pengamatan rata-rata per orbit adalah 17 menit (ESA, 2012). 2.2 Koreksi Citra Digital Koreksi citra merupakan suatu operasi pengondisian supaya citra yang akan digunakan benar-benar memberikan informasi yang akurat secara geometris dan radiometris. 2.2.1.



2.2.2.



Koreksi Geometrik Koreksi geometrik dilakukan untuk mengasosiasikan piksel pada citra satelit dengan lokasi sebenarnya di permukaan bumi. Pada prinsipnya cara mudah koreksi geometrik dengan melihat objek di citra satelit yang mudah dikenali, seperti jalan, pelabuhan, dan lapangan. Dalam penelitian ini koreksi geometrik menggunakan referensi Peta RBI 1:25.000 daerah Kepulauan Karimunjawa yang disediakan oleh Badan Informasi Geospasial. Pada Satelit Sentinel-2 sebenarnya telah terkoreksi secara geometrik, akan tetapi masih diperlukan proses akurasi geometrik untuk mengetahui ketelitian geometrik citra. Kesalahan geometrik menunjukkan seberapa jauh titik koordinat tersebut bergeser dari koordinat yang sebenarnya. Untuk mengatasi kesalahankesalahan geometri citra, berbagai macam koreksi dilakukan. Mather (2004) mengelompokkan koreksi itu ke dalam dua kategori besar, yaitu: a. Model Geometri Orbital b. Transformasi berdasarkan Ground Control Point (GCP) Koreksi Radiometrik Data citra satelit yang dimiliki perlu mengalami pengolahan dasar. Pengolahan dasar tersebut meliputi proses koreksi geometrik citra dan koreksi radiometrik citra. Koreksi radiometrik dilakukan untuk mengkoreksi noise pada citra dengan mengubah nilai digital (DN) pada citra menjadi nilai pantulan. Pengubahan nilai pada piksel citra menjadi nilai pantulan dilakukan untuk memenuhi kebutuhan terapan algoritma Lyzenga. Salah satu bentuk koreksi radiometrik adalah menghilangkan noise yang diakibatkan oleh nilai pada atmosfer (Beisl, Telaar, & Schönermark, 2008). Koreksi radiometrik diperlukan atas dasar dua alasan, yaitu untuk memperbaiki kualitas visual citra dan sekaligus memperbaiki nilai-nilai piksel yang tidak sesuai dengan pantulan citra atau pancaran spekral objek yang sebenarnya. Koreksi radiometrik citra yang ditujukan untuk memperbaiki kualitas visual citra berupa pengisian kembali baris yang kosong karena drop-out baris maupun masalah kesalahan awal pemindaian (scanning start). Baris atau bagian baris yang bernilai tidak sesuai dengan yang seharusnya dikoreksi dengan mengambil nilai piksel satu 3



2.2.3.



baris di atas dan di bawahnya, kemudian dirata-ratakan (Guindo, 1984, dalam Jensen 2005). Koreksi Atmosfer Efek atmosfer menyebabkan nilai pantulan obyek di permukaan bumi yang terekam oleh sensor menjadi bukan merupakan nilai aslinya, tetapi menjadi lebih besar oleh karena adanya hamburan atau lebih kecil karena proses serapan. Radiasi yang melewati atmosfer dapat menyebabkan terjadinya pelemahan nilai reflektan yang pada akhirnya pengukuran reflektan yang dihasilkan berbeda dari pengukuran reflektan yang sebenarnya pada permukaan yang diamati. Penghapusan efek atmosfer menjadi sangat penting karena 80% dari sinyal yang direkam akan berpengaruh dengan adanya efek atmosfer ini. Untuk itu perlu dilakukan adanya Metode-metode yang sering digunakan untuk menghilangkan efek atmosfer antara lain metode pergeseran histogram (histogram adjustment), metode regresi dan metode kalibrasi bayangan (Projo Danoedoro, 1996). Koreksi atmosfer bertujuan menurunkan reflektansi objek dari total radiansi TOA setelah proses normalisasi kondisi pencahayaan dan penghapusan efek atmosfer. Salah satu metode koreksi atmosfer yang sering digunakan adalah DOS. koreksi atmosferik. Koreksi DOS (Chavez Jr, 1996) adalah koreksi absolut dimana nilai reflektan pada satelit dikonversi menjadi nilai surface reflectance dengan asumsi bahwa terdapat objek yang memiliki nilai pantulan mendekati nol persen (misalnya bayangan, air jernih dalam dan hutan lebat), meskipun demikian sinyal yang terekam pada sensor dari obyek tersebut merupakan hasil dari hamburan atmosfer yang harus dihilangkan. DOS dipilih dari sekian banyak metode koreksi atmosfer, karena nilai reflektan yang dihasilkan dengan metode ini sesuai dengan teori bahwa rentang nilai reflektan berkisar antara 0.0-1.0. Selain itu dari penelitian sebelumnya oleh Schroeder, et al. (2006) yang telah membandingkan lima metode untuk koreksi atmosferik yaitu diantaranya dua koreksi relatif menggunakan Pseudo-invariant Feature (PIF) dan Multivariate Alteration Detection (MAD) dan tiga koreksi absolut menggunakan DOS, Modified Dense Dark Vegetation (MDDV) dan Second Simulation of the Satelite Signal in the Solar Spectrum (6S) yang diaplikasikan pada 16 time series dan citra Landsat TM dan 3 time series pada citra Landsat ETM+ memperlihatkan bahwa koreksi atmosferik menggunakan DOS model memberikan nilai RMS Error yang terkecil dan komitmen dalam menghasilkan skala pada rentang 0.0-1.0. DOS (Dark Object Substraction) merupakan metode paling sederhana yang mengasumsikan bahwa nilai digital objek tergelap di permukaan bumi haruslah nol. Nilai digital pada masing-masing saluran (band) di sebuah citra satelit tidak selalu nol. Koreksi radiometrik menggunakan DOS dengan asumsi dapat mengurangi nilai digital pada masingmasing kanal sehingga didapatkan nilai nol untuk objek dengan pantulan rendah. Adapun persamaan dari koreksi atmosfer DOS mengacu pada persamaan Schroeder (2006) sebagai berikut:



4



Kemudian hamburan oleh atmosfer Lp (path radiance) memiliki formula (Schroder,2006) sebagai berikut :



Menurut Kaufman (1989), estimasi hamburan balik ditentukan dalam persamaan berikut:



2.2.4.



2.2.5.



Koreksi Sunlight Pengaruh sunglint dapat diminimalisir secara maksimal dengan menggunakan band 4 (inframerah merah dekat). Air yang memiliki pantulan rendah di band inframerah dekat membuat efek sunglint sangat minimum pada saluran ini, hal ini dapat dimanfaatkan sebagai pembanding nilai piksel anomali (terpengaruh sunglint) dengan piksel yang ada disekitarnya (tidak terpengaruh efek sunglint). Menurut (Mobley, 1994 dalam Hedley et al, 2004) berikut merupakan formula yang digunakan untuk meminimalisir efek sunglint pada band inframerah dekat. Koreksi Lyzenga Transformasi Lyzenga merupakan salah satu metode koreksi kolom air yang dilakukan dengan mencari rasio koefisien atenuasi kombinasi dua band tampak pada citra. Proses mendapatkan nilai koefisien atenuasi diawali dengan 5



memilih training area pada lokasi kajian. Tujuan dilakukan training area yaitu untuk mendapatkan informasi jenis habitat bentik yang sama namun berada di kedalaman yang berbeda. Selanjutnya mencari nilai varian serta kovarian tiap band dan pasangan band dari sampel training area.



2.3 ENVI ENVI (The Environment for Visualizing Images) merupakan suatu sistem pengolahan citra digital penginderaan jauh yang revolusioner dibuat oleh Research System, Inc (RSI). ENVI dirancang untuk berbagai kebutuhan spesifik yang menggunakan data penginderaan jauh dari satelit dan pesawat terbang. ENVI menyediakan data visualisasi yang menyuluruh dan analisa untuk citra dalam berbagai ukuran dan tipe, semuanya dalam suatu lingkungan yang mudah dioperasikan dan inovatif untuk digunakan. ENVI menggunakan Graphical User Interface (GUI). Format data raster dan Ascii (text) sebagai header file. Data raster disimpan sebagai “binary stream of bytes” berupa format Band Sequential (BSQ), Band Interleaved by Pixel (BIP) dan Band Interleaved by Line (BIL). ENVI juga mendukung berbagai tipe format lainnya seperti: byte, interger, long interger, floatingpoint, double-precision, complex, dan double-precision complex.



Satu dari kekuatan ENVI adalah pendekataan yang unik dalam pengolahan citra mengkombinasikan teknik file-based dan band-based dengan fungsi yang interaktif. Ketika file data input dibuka, band (saluran) dari citra disimpan dalam sebuah daftar, dimana semua saluran bisa diakses oleh semua fungsi sistem. Jika multiple files dibuka, saluran dalam tipe data yang terpisah dapat diproses sebagai sebuah grup. Grup tampilan ENVI terdiri dari image window, zoom window, dan scroll window, semuanya bisa diubah ukurannya. ENVI menyediakan penggunanya dengan banyak kemampuan analisis yang interaktif dan unik, diakses dalam window tersebut. Kemampuan multiple dynamic overlay ENVI memberikan kemudahan yaitu dapat membandingkan citra dalam multiple displays. Ekstraksi realtime dan spatial atau spectral profiling dari multiband dan data hyperspectral memberikan penggunaan cara baru dalam melihat data dengan dimensi yang tinggi. ENVI juga menyediakan tools interaktif untuk melihat dan menganalisis data vektor dan atribut Sistem Informasi Geografis (SIG). ENVI 6



dapat digunakan dalam area masalah pengolahan citra pada umumnya seperti input dari tipe data yang tidak standar, menampilkan dan menganalisis citra berukuran besar dan ekstensi untuk kemampuan analisis (ada fungsi plug-in).



7



BAB III PELAKSANAAN 3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat  Laptop  Mouse 3.1.2 Bahan  Citra Sentinel 2 Level 1C (Daerah Sumatera Utara)  Software Envi 5.3 3.2 Tempat dan Waktu Praktikum Pelaksanaan praktikum ini adalah Waktu : 5 September 2019 Tempat : Departemen Teknik Geomatika ITS



3.3 Petunjuk Praktikum a. Mengunduh file citra landsat 8 di https://earthexplorer.usgs.gov/



Penulis mengambil citra path :129 dan row:58 untuk wilayah sekitaran Sumatera Utara. b. Mengubah format yang awalnya .xml menjadi .tiff menggunakan software SNAP



8



3.3.1 Kalibrasi Radiometrik a. Membuka file Citra Sentinel 2 Level 1C dengan format .tiff di ENVI 5.3 b. Mendapatkan nilai reflektansi dengan membagi masing – masing band dengan faktor skala. Skala untuk Level 1C adalah 10000 c. Menggunakan tools band math dan membagi masing – masing band dengan faktor skala, yaitu 10000



d. Setelah proses tersebut didapatkan nilai TOA reflectance, sebagai contoh dibawah adalah nilai TOA reflectance pada band 4



9



3.3.2 Koreksi Atmosfer menggunakan metode DOS a. Menghitung nilai reflektan terkoreksi (ρ TOA) menggunakan rumus 𝜌𝜆 𝑅𝑒𝑓𝑙𝑒𝑘𝑡𝑎𝑛 𝑡𝑒𝑟𝑘𝑜𝑟𝑒𝑘𝑠𝑖 (𝜌𝜆 ∗) = sin(𝜃𝑆𝐸 ) Keterangan : 𝜌𝜆 ∗ = Reflektan terkoreksi 𝜌𝜆 = Top of Atmosphere (TOA) spectral reflection image pixels 𝜃𝑆𝐸 = Sun Elevation b. Membuka metada Sentinel-2, kemudian mencari nilai zenith angle



Nilai sun elevation dihitung berdasarkan rumus (pada metadata) 𝜃𝑆𝐸 = 90° - zenith angle 𝜃𝑆𝐸 = 90° - 29.1387151226987° = 60.8612848773° c. Mencari nilai sin dari sun elevation, kemudian memasukkan nilai tersebut ke dalam rumus reflektan terkoreksi.



d. Mencari nilai NPM (Nilai Piksel Minimum) dengan menggunakan tools Compute Statistics pada toolbox. - Memilih reflektan rekoreksi pada masing – masing band (B4,B3,B2) - Klik Ok



10



e. Memasukkan formula kembali pada band math untuk menghitung koreksi atmosfer metode DOS. Definisi dari setiap band adalah nilai dari nilai reflektan terkoreksi dari setiap band



f. Menggabungkan layer dari band 4,3,2 yang telah terkoreksi atmosfer menggunakan tools layer stacking



11



Berikut hasil dari Koreksi Atmosfer metode DOS



g. Menampilkan data statistik untuk memastikan bahwa hasil telah terkoreksi dari atmosfer



12



BAB IV PENUTUP 4.1 Hasil



Berikut merupakan nilai dari hasil pengolahan Koreksi Atmosfer dengan metode DOS menggunakan software ENVI. Didapatkan nilai minimum 0 dan nilai maximum yaitu dengan nilai terbesar 2.304008. 4.2 Analisa Pada hasil statistik didapatkan tidak ada nilai minimum pixel bernilai negatif yaitu 0 dan nilai maksimum yang lebih dari 1 yaitu 2.304008 dari hasil tersebut bisa dikatakan koreksi atmosfer masih tergolok tidak cukup karena nilai maximum masih cukup besar yaitu melebihi 1. 4.3 Kesimpulan Dapat disimpulkan dari praktikum ini adalah 1. Software ENVI dapat digunakan untuk melakukan kalibrasi radiometrik dan koreksi Atmosfer 2. Hasil dari koreksi yang baik dan berhasil adalah mendapatkan nilai minimum 0 dan maximal kurang dari 1



13



DAFTAR PUSTAKA Amriana, Y., & Farichah, D. (2018). Teknologi Penginderaan Jauh untuk Deteksi Terumbu Karang (Studi Kasus:Pulau Karimunjawa, Jawa Tengah). Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Beisl, U., Telaar, J., & Schönermark, M. v. 2008. Atmospheric Correction, Reflectance Calibration And Brdf Correction For Ads40 Image Data. In The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B7 (pp. 7–12) Chavez PS. 1996. Image-based atmospheric corrections - revisited and improved. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. Vol. 62, No. 9, 1025–1036. Lalu M. Jaelani. 2019. PPT Koreksi Atmosfer. Surabaya. Depatemern Teknik Geomatika – ITS. Lalu M. Jaelani. 2019. PPT Kalibrasi Radiometrik. Surabaya. Depatemern Teknik Geomatika – ITS. (Amriana & Farichah, 2018)



14