Elemen Sistem Pemrosesan Citra Digital

Citra digital mengandung sejumlah elemen-elemen dasar. Elemen-elemen dasar tersebut dimanipulasi dalam pengolahan citra dan dieksploitasi lebih lanjut dalam computer vision. Elemen-elemen dasar yang penting diantarannya adalah:

1. Kecerahan (brightness)

Kecerahan adalah kata lain untuk intensitas cahaya. Kecerahan pada titik (pixel) di dalam citra bukanlah intensitas yang riil. Tetapi sebenarnya adalah intensitas rata-rata dari suatu area yang melingkupinya. Sistem visual manusia mampu menyesuaikan dirinya dengan tingkat kecerahan mulai dari yang paling rendah sampai yang paling tinggi.

2. Kontras (contrast)

Kontras menyatakan sebaran terang (lightness) dan gelap (darkness) di dalam gambar. Citra dengan kontras rendah dicirikan oleh komposisi citranya adalah sebagian besar terang atau gelap. Pada citra dengan kontras yang baik, komposisi gelap dan terang tersebar secara merata.

3. Kontur (contour)

Kontur adalah keadaan yang ditimbulkan oleh perubahan intensitas pada piksel-piksel yang bertetangga. Karena adanya perubahan intensitas ini, mata mampu mendeteksi tepi-tepi (edge) objek di dalam citra.

4. Warna (color)

Warna adalah persepsi yang dirasakan oleh sistem visual manusia terhadap panjang gelombang cahaya yang dipantulkan oleh objek. Setiap warna mempunyai panjang gelombang yang berbeda. Warna-warna yang diterima oleh mata (sistem visual manusia) merupakan hasil kombinasi cahaya dengan panjang gelombang berbeda.

5. Bentuk (shape)

Shape adalah properti intrinstik dari objek tiga dimensi, dengan pengertian bahwa shape merupakan proses intrinstik utama untuk sistem visual manusia. Manusia lebih sering mengasosiasikan objek dengan bentuknya ketimbang elemen lainnya.

6. Tekstur (texture)

Tekstur dicirikan oleh distribusi spasial dari derajat keabuan di dalam sekumpuan piksel-piksel yang bertetangga. Jadi, tekstur tidak dapat didefinisikan untuk piksel.

Secara umum elemen yang terlibat dapat dibagi menjadi empat komponen, seperti pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Elemen Pemrosesan Citra.

Operasi dari sistem pemrosesan citra pada gambar di atas dapat dibagi menjadi empat kategori prinsip: digitalisasi, pemrosesan, penayangan, dan penyimpanan. Digitizer (digital image acquisition system) merupakan sistem penangkap citra digital yang melakukan penjelajahan citra dan konversinya ke representasi numeric sebagai masukan bagi computer digital. Hasil dari digitizer adalah matriks yang elemen-elemennya menyatakan nilai intensitas cahaya pada suatu titik. Contoh digitizer adalah kamera digital dan scanner.

Digitizer terdiri dari tiga komponen dasar: sensor citra yang bekerja sebagai pengukur intensitas cahaya, perangkat penjelajah yang berfungsi merekam hasil pengukuran intensitas pada seluruh bagian citra, dan pengubah analog-ke-digital yang berfungsi melakukan analisis dan kuantisasi. Komputer digital yang digunakan pada sistem pemrosesan citra dapat bervariasi dari komputer micro sampai komputer besar yang mampu melakukan bermacam-macam fungsi pada citra digital resolusi tinggi.

Piranti tampilan peraga berfungsi mengkonversi matriks intensitas yang mempresentasikan citra ke tampilan yang dapat diinterpretasi oleh mata manusia. Contoh piranti tampilan adalah monitor peraga dan pencetak (printer). Media penyimpanan adalah piranti yang mempunyai kapasitas memori besar sehingga gambar dapat disimpan secara permanen agar dapat diproses lagi pada waktu yang lain.

Operasi - Operasi Pengolahan Citra

Operasi-operasi yang dilakukan di dalam pengolahan citra banyak ragamnya. Namun, secara umum, operasi pengolahan citra dapat diklasifikasikan dalam beberapa jenis sebagau berikut:

1. Perbaikan kualitas citra (image enhancement).
Jenis operasi ini betujuan untuk memperbaiki kualitas citra dengan cara memanipulasi parameter-parameter citra. Dengan operasi ini, ciri-ciri khusus yang terdapat di dalam citra lebih ditonjolkan.
Contoh-contoh operasi perbaikan citra:
a. Perbaikan kontra gelap/terang
b. Perbaikan tepian objek (edge enhancement)
c. Penajaman (sharpening)
d. Pemberian warna semu (pseudocoloring)
e. Penapisan derau (noise filtering)

Gambar 2.1 contoh penajaman citra (Sharpening)
2. Pemugaran citra (image restoration)
Pemugaran citra merupakan proses merekonstruksi atau mendapatkan kembali citra asli dari sebuah citra yang cacat atau terdegradasi agar dapat menyerupai citra aslinya. Pemugaran citra berkaitan dengan penghilang atau pengurangan degradasi pada citra yang terjadi karena proses akusisi. Citra degradasi yang dimaksud termasuk derau (yang merupakan error dalam nilai piksel) atau efek optik misalnya blur (citra kabur) akibat kamera yang tidak fokus atau karena gerakan kamera (Marvin, 2005).

Operasi pemugaran citra bertujuan untuk menghilangkan atau meminimumkan cacat pada citra. Tujuan pemugaran citra hampir sama dengan operasi perbaikan citra. Bedannya, pada pemugaran citra penyebab degradasi gambar dapat diketahui.
Contoh-contoh operasi pemugaran citra:
a. Penghilangan kesamaran (deblurring)
b. Penghilau derau (noise)

Gambar 2.2 contoh penghilang noise
3. Pemampatan citra (image compression)
Jenis operasi ini dilakukan agar citra dapat dipresentasikan dalam bentuk yang lebih kompak sehingga memerlukan memori yang lebih sedikit. Hal penting yang harus diperhatikan dalam pemampatan adalah citra yang telah dimampatkan harus tetap mempunyai kualitas gambar yang bagus. Contoh metode pemampatan citra adalah metode JPEG.
4. Segmentasi citra (image segmentation)
Jenis operasi ini bertujuan untuk memecah suatu citra ke dalam beberapa segmen dengan suatu kriteria tertentu. Jenis operasi ini berkaitan erat dengan pengenalan pola.
5. Pengorakan citra (image analysis)
Jenis operasi ini bertujuan menghitung besaran kuantitatif dari citra masuk untuk menghasilkan deskrpisinya. Teknik pengolahan citra mengekstraksi ciri-ciri tertentu yang membantu dalam identifikasi objek. Proses segmentasi kadangkala diperlukan untuk melokalisasi objek yang diinginkan dari sekelilingnya. Contoh-contoh operasi pengorakan citra:
a. Pendeteksian tepi objek (edge detection)
b. Ektraksi batas (boundary)
c. Representasi daerah (region)

Gambar 2.3 contoh pendeteksian tepi (Edge detection)


6. Rekonstruksi citra
Jenis operasi ini bertujuan untuk membentuk ulang objek dari beberapa citra hasil proyeksi. Operasi rekonstruksi citra banyak digunakan dalam bidang medis. Misalnya beberapa foto rontgen dengan sinar X digunakan untuk membentuk ulang gambar organ tubuh.

Pengolahan Citra Digital

Pengolahan citra digital merupakan pengolahan dan analisis yang banyak melibatkan persepsi visual. Citra digital dapat diperoleh secara otomatik dari sistem penangkapan citra membentuk matrik yang elemen-elemennya menyatakan nilai intensitas cahaya atau tingkat keabuan suatu piksel (Fadliansyah, 2007). Pengolahan citra adalah salah satu aplikasi yang dapat mengubah gambar menjadi suatu informasi (Marvin Wijaya, 2004).

Meskipun citra kaya informasi, namun seringkali citra yang dimiliki mengalami penurunan mutu (degradasi). Seperti mengandung cacat atau derau (noise), warnanya terlalu kontras, kurang tajam, kabur (blurring) dan sebagainya. Agar citra yang mengalami gangguan mulai diinterpretasi (baik manusia maupun mesin) maka citra tersebut perlu dimanipulasi menjadi citra lain yang kualitasnya lebih baik. Operasi-operasi pada pengolahan citra diterapkan pada citra bila:

1. Perbaikan atau modifikasi citra perlu dilakukan untuk meningkatkan kualitas penampakan atau untuk menonjolkan beberapa aspek informasi yang terkandung dalam citra.

2. Elemen di dalam citra perlu dikelompokan dan diukur.

3. Sebagian citra perlu digabung dengan bagian citra yang lain.

Pengolahan citra bertujuan untuk memperbaiki kualitas citra agar mudah diinterpretasi oleh manusia atau mesin (dalam hal ini komputer). Teknik-teknik pengolahan citra mentransformasikan citra menjadi citra yang lain. Jadi masukannya adalah citra dan keluarannya juga citra. Namun citra keluaran mempunyai kualitas lebih baik dari pada citra masukan (Rinaldi Munir, 2004).

Citra

Citra adalah kumpulan elemen gambar yang secara keseluruhan merekam suatu adegan melalui media indra visual. Citra dapat dideskripsikan sebagai data dalam dua dimensi dalam bentuk matriks M x N. Citra digital adalah citra dua dimensi yang dapat direpresentasikan dengan fungsi intensitas cahaya yang mana X dan Y menyatakan koordinat spasial. Elemen terkecil dari citra digital disebut dengan image element yaitu piksel. Citra dapat digolongkan menjadi dua macam yaitu:

1. Citra continue, dihasilkan dari sistem optik yang menerima sinyal analog. Contoh: mata manusia dan kamera analog.

2. Citra diskrit/digital, dihasilkan melalui proses digitalisasi terhadap citra continue. Contoh: kamera digital dan scanner.

Citra adalah fungsi dua dimensi dari intensitas cahaya. Intensitas ini disebut juga dengan brightness (tingkat kecerahan). Fungsi citra F(x,y) ditentukan oleh dua komponen yaitu iluminasi dan refleksi sehingga:

F(x,y) = I (x,y) r (x,y)

yang mana I (x,y) adalah iluminasi yang datang dari sumber cahaya dan r (x,y) adalah koefisien refleksi atau transmisi objek.

Pengertian citra secara harfiah merupakan gambar pada bidang dwimatra (dua dimensi). Citra merupakan fungsi continue dari intensitas cahaya pada bidang dwimatra. Sumber cahaya menerangi objek, objek memantulkan kembali sebagian dari berkas cahaya tersebut. Pantulan cahaya ini dapat ditangkap oleh alat-alat optik sehingga bayangan objek yang diterima disebut citra terekam (Rinaldi Munir, 2004). Citra sebagai keluaran dari suatu sistem perekam data dapat bersifat:

1. Optik berupa citra gambar atau foto.

2. Analog berupa sinyal video seperti gambar pada monitor televisi.

Citra bergerak adalah rangkaian citra diam yang ditampilkan secara beruntun (sekuensial) sehingga memberikan kesan pada mata sebagai gambar yang bergerak. Setiap citra dalam rangkaian tersebut disebut frame. Gambar-gambar yang tampak pada film layar lebar atau televisi pada hakekatnya terdiri atas ratusan atau ribuan gambar. Citra yang dimaksudkan dalam penelitian ini adalah citra diam (still image). Citra diam adalah citra tunggal yang tidak bergerak.

Citra digital dapat diperoleh secara automatis dari sistem penangkapan citra digital yang memerlukan proses pencuplikan terhadap suatu objek tiga dimensi dan membentuk matriks yang mana elemen-elemennya menyatakan nilai intensitas cahaya. Citra digital merupakan citra yang disimpan dalam format digital dan hanya citra digital yang dapat diolah menggunakan komputer. Jenis citra lain jika diolah dengan komputer harus diubah dahulu menjadi citra digital.