SISTEM VISUAL MANUSIA DAN PEMBENTUKAN CITRA

Transkripsi

1 SISTEM VISUAL MANUSIA DAN PEMBENTUKAN CITRA 2007 by emy 2 1

2 Kompetensi Mampu memahami proses pembentukan citraolehsensor mata Mampu menjelaskan proses perekam citra Mampu menjelaskan pengertian citra digital 2007 by emy 3 Model Citra Citra ada 2 macam : Citra kontinyu Dihasilkan dari sistem optik yg menerima sinyal analog. Contoh : mata manusia, kamera analog Citra Diskrit / Citra digital Dihasilkan melalui proses digitalisasi terhadap citra kontinyu. Contoh : kamera digital, scanner 2007 by emy 4 2

3 Sistem Visual Manusia Pembentukan Citra oleh Sensor Mata Intensitas cahaya ditangkap oleh diagram iris dan diteruskan ke bagian retina mata. Bayangan obyek pada retina mata dibentuk dengan mengikuti konsep sistem optik dimana fokus lensa terletak antara retina dan lensa mata. Mata dan syaraf otak dapat menginterpretasi bayangan yang merupakan obyek pada posisi terbalik by emy 5 Cornea Iris Lens Visual Axis Retina Blind Spot Fovea A cross section of the human eye (Gonzalez & Woods, 1992) 2007 by emy 6 3

4 Sistem Visual Manusia Subjective brightness Merupakan tingkat kecemerlangan yang dapat ditangkap sistem visual manusia; Merupakan fungsi logaritmik dari intensitas cahaya yang masuk ke mata manusia; Mempunyai daerah intensitas yang bergerak dari ambang scotopic (redup) ke ambang photocopic (terang). Brightness adaption Merupakan fenomena penyesuaian mata manusia dalam membedakan gradasi tingkat kecemerlangan; Batas daerah tingkat kecemerlangan yang mampu dibedakan secara sekaligus oleh mata manusia lebih kecil dibandingkan dengan daerah tingkat kecemerlangan sebenarnya by emy 7 Sistem Visual Manusia Kepekaan dalam pembedaan tingkat kecemerlangan merupakan fungsi yang tidak sederhana, namun dapat dijelaskan antara lain dengan dua fenomena berikut: Mach Band (ditemukan oleh Ernst Mach): pita tengah bagian kiri kelihatan lebih terang dari bagian kanan. Simultaneous Contrast: kotak kecil disebelah kiri kelihatan lebih gelap dari kotak kecil disebelah kanan, padahal intensitasnya sama tapi intensitas latar belakang berbeda. Hal sama terjadi bila kertas putih di meja kelihatan lebih putih daripada kertas sama diarahkan ke sinar matahari by emy 8 4

5 Data Acquisition Sistem Perekaman Citra Citra yang diperoleh tergantung: karakteristik dari obyek yang direkam; kondisi variabel dari sistem perekaman; Citra merupakan gambaran tentang karakteristik suatu obyek menurut kondisi variabel tertentu; Contoh: bandingkan hasil foto manusia dengan kamera / sensor optik dan dengan sensor sinar X (kondisi variabel sistem berbeda); bandingkan hasil foto pemandangan di tepi laut dan di daerah pegunungan (karakteristik obyek berbeda) by emy 9 Komponen Sistem Pengolahan Citra Dijital (Gonzalez & Woods, 1992) 2007 by emy 10 5

6 Elemen Sistem Pemrosesan Citra Digital Komputer Digital Yg digunakan pd sistem pemroses citra dpt bervariasi dari komputer mikro sampai komputer besar yg mampu melakukan bermacam-macam fungsi pada citra digital resolusi tiggi Pembentukan Citra Sensor yang sensitif terhadap gelombang EM menghasilkan sinyal listrik sesuai dengan enersi yang diterima. Analog-to-Digital Converter / Digitizer akan mengubah sinyal listrik tersebut menjadi bentuk dijital. Scanner yang menerima masukan dalam bentuk analog (dokumen, peta, foto) akan mengubah menjadi data dalam bentuk dijital by emy 11 Elemen Sistem Pengolahan Citra Digital Pemrosesan Citra dan Komunikasi Data citra berukuran besar (perlu tempat simpan yang besar serta waktu proses yang lama). Issue penting pada komunikasi: kompresi citra. Issue penting pada pemrosesan citra: proses paralel. Piranti tampilan Berfungsi mengkonversi matrik intensitas yg merepresentasikan citra ke tampilan yg dapat diinterpretasikan oleh mata manusia Contoh : Dalam bentuk softcopy (layar peraga / monitor). Dalam bentuk hardcopy (printer, film writer, plotter) by emy 12 6

7 Elemen Fungsi Dasar Sistem Pengolahan Citra Media penyimpanan Piranti yg mempunyai kapasitas memori yg besar sehingga dpt gambar dapat disimpan secara permanen agar dapat diproses lagi pada waktu yang lain. Penyimpanan Citra Penyimpanan jangka pendek (sedang diproses): memory Penyimpanan on-line (siap dipakai): disk magnetik Penyimpanan arsip: pita atau disk magnetik, CD 2007 by emy 13 Elemen-elemen Sistem Analisis Citra (Gonzalez & Woods, 1992) 2007 by emy 14 7

8 Pengertian Sensor Aktif dan Pasif Sensor Pasif Sistem sensor yang merekam data obyek tanpa mengirimkan enersi, sumber enersi bisa dalam bentuk sinar matahari, sinar lampu, dlsb.nya; Contoh: sensor optik dari kamera foto, sensor optik pada sistem inderaja. Sensor Aktif Sistem sensor yang merekam data obyek mengirimkan dan menerima pantulan dari enersi yang dikirim ke arah obyek, enersi yang dikirim bisa berupa gelombang pendek, sinar X, dlsb.nya; Contoh: sensor Rontgen untuk foto thorax, sensor gelombang pendek pada sistem radar, sensor ultrasound pada sistem USG by emy 15 Sensor Pasif Optik dan Sensor Aktif Radar Optical Sensor / Passive Sensor: Landsat TM (Land Satellite) - USA, 1982 Landsat MSS - USA, 1984 SPOT (Systeme Probatoire d Observation de la Terre) - French, 1986/1990 Radar Sensor / Active Sensor: ERS-1 (First European Remote Sensing Satellite) - ESA, 1991 FUYO-1 (JERS-1) - Japan, 1992 Radarsat (Radar Satellite) - Canada, by emy 16 8

9 Pengertian Citra Dijital Posisi koordinat pada bidang citra mengacu pd bentuk koordinat kartesian, Citra dijital merupakan fungsi intensitas cahaya f(x,y), dimana harga x dan y merupakan koordinat spasial dan harga fungsi tersebut pada setiap titik (x,y) merupakan tingkat kecemerlangan citra pada titik tersebut; Karena cahaya merupakan bentuk energi, maka intensitas cahaya bernilai antara 0 s.d tak terhingga 0 f(x,y) < 2007 by emy 17 Pengertian Citra Dijital Nilai f(x,y) sebenarnya adalah hasil kali dari : i(x,y) = jumlah cahaya yg berasal dari sumbernya (illumination), nilainya antara 0 s.d tak terhingga r(x,y) = derajad kemampuan obyek memantukan cahaya (reflection) nilainya antara 0 dan 1 Jadi f(x,y) = i(x,y). r(x,y) Yg dalam hal ini 0 i(x,y) < 0 r(x,y) by emy 18 9

10 Pengertian Citra Dijital Citra dijital adalah citra f(x,y) dimana dilakukan diskritisasi koordinat spasial (sampling) dan diskritisasi tingkat kecemerlangannya/keabuan (kwantisasi); 2007 by emy 19 Pengertian Citra Dijital Sampl er Citra kontinue Citra dijital Matriks citra dengan obyek angka 5 Resolusi spasial : Resolusi kecemerlangan : Tinggi (16 x 16) Rendah (8 x 8) Tinggi (4) Rendah (2) 2007 by emy 20 10

11 Proses Pembentukan Intensitas Cahaya Sumber cahaya menyinari permukaan objek. Jumlah pancaran cahaya yg diterima objek pd koordinat (x,y) adlh i(x,y). Objek memantulkan cahaya yg diterimanya dgn derajad pantulan r(x,y). Hasil kali antara i(x,y) dan r(x,y) menyatakan intensitas cahaya pd koordinat (x,y) yg ditangkap oleh sensor visual pd sistem optik i(x,y) Permukaan α Normal f(x,y) 2007 by emy 21 Pembentukan Intensitas Cahaya Nilai i(x,y) ditentukan oleh sumber cahaya Pada hari cerah, matahari menghasilkan iluminasi i(x,y) sekitar 9000 foot candles Pada hari mendung, matahari menghasilkan iluminasi i(x,y) sekitar 1000 foot candles Pada malam bulan purnama, sinar bulan menghasilkan iluminasi i(x,y) sekitar 0.01 foot candles Nilai r(x,y) ditentukan oleh karakteristik objek didalam gambar Benda hitam mempunyai r(x,y) = 0.01 Dinding putih mempunyai r(x,y) = 0.8 Benda logam dari stainlessteel mempunyai r(x,y) = 0.65 Salju mempunyai r(x,y) = by emy 22 11

12 Pembentukan Intensitas Cahaya Intensitas f dari gambar hitam putih pd titik (x,y) disebut derajad keabuan (grey level) Dlm hal ini derajad keabuannya bergerak dari hitam ke putih Skala keabuan (lmin, lmax), atau biasanya ditulis [0,L], dimana nilai intensitas 0 menyatakan hitam dan L menyatakan intensitas putih Citra hitam pituh disebut citra satu kanal, sedangkan citra berwarna disebut spektral karena tersususn dlm 3 komponen by emy 23 Digitalisasi Citra Digitalisasi : representasi citra dari fungsi malar (kontinyu) menjadi nilai-nilai diskrit. Pada umumya citra digital berbentuk empat persegi panjang, dan dimensi ukurannya dinyatakan sebagai tinggi x lebar Citra digital yg berukuran N x M lazim dinyatakan dengan matriks yg berukuran N baris dan M kolom. Indeks baris (i) dan indeks kolom (j) menyatakan suatu koordinat titik pada citra, sedangkan f(i,j) merupakan intensitas (derajad keabuan) pd titik (i,j) Proses digitalisasi ada 2: Digitalisasi spasial(x,y) sering disebut sbg sampling Digitalisasi intensitas f(x,y) sering disebut sebagai kuantisasi 2007 by emy 24 12

13 Digitalisasi Spasial Citra kontinyu disampling pada grid-grid yg berbentuk bujur sangkar (kisi-kisi dlm arah horizontal dan vertikal) Titik asal (0,0) pd gambar berada pada sudut kiri bawah, sedangkan penomoran piksel (0,0) pd matrik diulai dari sudut kiri atas Contoh ukuran sampling 256 x 256 piksel, 128 x 256 piksel Sampling Citra Kontinyu Citra Digital 2007 by emy 25 Digitalisasi Spasial Pembagian gambar menjadi ukuran tertentu menentukan resolusi (yaitu derajad rincian yg dpt dilihat) spasial yg diperoleh. Semakin tinggi resolusi yg berarti semakin kecil ukuran piksel (semakin banyak jml piksel) semakin halus gambar yg diperoleh krn informasi yg hilang akibat pengelompokkan derajad keabuan pd sampling semakin kecil by emy 26 13

14 Digitalisasi Intensitas Proses digitalisasi intensitas /kuantisasi membagi skala keabuan (0,L) menjadi G buah level yg dinyatakan dengan harga bilangan bulat (integer). Biasanya nilai G adalah perpangkatan dari 2 (2 m ) Dimana : G: derajad keabuan m : bilangan bulat positif Contoh : citra hitam putih dikuantisasi pada 256 level dan membutuhkan 1 byte (8 bit) untuk merepresentasikan setiap piksel. Penyimpanan citra digital yg disampling menjadi N x M buah piksel dan dikuantisasi menjadi G = 2 m level derajad keabuan membutuhkan memori N x M x m 2007 by emy 27 PEMROGRAMAN CITRA MENGGUNAKAN MATLAB 2007 by emy 28 14

15 Beberapa Bagian dari Window Matlab Current Directory menampilkan isi dari direktori kerja saat menggunakan matlab. Command History berfungsi untuk menyimpan perintah-perintah apa saja yang sebelumnya dilakukan oleh pengguna terhadap matlab. Command Window tempat untuk menjalankan fungsi, mendeklarasikan variable, menjalankan proses-proses, serta melihat isi variable. Workspace berfungsi untuk menampilkan seluruh variabel-variabel yang sedang aktif pada saat pemakaian matlab by emy 29 Getting Help Matlab menyediakan fungsi help yang tidak berisikan tutorial lengkap mengenai Matlab dan segala keunggulannya. User dapat menjalankan fungsi ini dengan menekan tombol pada toolbar atau menulis perintah helpwin pada command window. Matlab juga menyediakan fungsi demos yang berisikan video tutorial matlab serta contohcontoh program yang bisadibuat dengan matlab 2007 by emy 30 15

16 Variabel Pada Matlab Matlab hanya memiliki dua jenis tipe data yaitu Numeric dan String. Dalam matlab setiap variabel akan disimpan dalam bentuk matrik. User dapat langsung menuliskan variabel baru tanpa harus mendeklarasikannya terlebih dahulu pada command window 2007 by emy 31 Variabel Pada Matlab Penamaan variabel pada matlab bersifat casesensitif karena itu perlu diperhatikan penggunaan huruf besar dan kecil pada penamaan variabel. Apabila terdapat variabel lama dengan nama yang sama maka matlab secara otomatis akan me-replace variabel lama tersebut dengan variabel baru yang dibuat user by emy 32 16

17 MATRIKS Didalam matlab setiap data akan disimpan dalam bentuk matriks. Dalam membuat suatu data matriks pada matlab, setiap isi data harus dimulai dari kurung siku [ dan diakhiri dengan kurung siku tutup ]. Untuk membuat variabel dengan data yang terdiri beberapa baris, gunakan tanda titik koma (;) untuk memisahkan data tiap barisnya by emy 33 Matriks Khusus Untuk pemanggilan data berurutan seperti a(1,2,3) dapat disingkat dengan menggunakan tanda titik dua : sehingga menjadi a(1:2). Penggunaan tanda titik dua : juga dapat digunakan untuk memanggil data matriks perbaris atau perkolom. Contoh penggunaan: c(2:5) = memanggil data matrik baris 2 sampai baris 5 a(1,:) = memanggil data matriks pada baris pertama b(:,3) = memanggil data matris pada kolom ketiga 2007 by emy 34 17

18 Manipulasi Matriks Beberapa fungsi untuk memanipulasi matrik yang umum digunakan untuk menyelesaikan sistem persamaan linier, metode simplek, dll Fungsinya diantaranya : Transpose matrik : Ordo matriks A : size(a) Ordo dari vektor A : [m,n] = size(a) Invers matriks A : inv(a) Menjumlahkan elemen diagonal matrik A = trace(a) Menjumlahkan elemen kolom pd matrik A= sum(a) atau sum(a,1) Menjumlahkan elemen baris pd matrik A = sum(a,2) Mengurutkan elemen kolom matrika A = sort(a) atau sort(a,1) Mengurutkan elemen baris matrika A = sort(a) atau sort(a,2) Menguji kesamaan matrik A dan B = isequal(a,b) 2007 by emy 35 Mengakses Elemen Matrik elemen matriks dapat diakses satu persatu maupun perbaris atau kolom Untuk mengakses sebuah elemen matriks dapat dilakukan dengan menyebutkan posisi baris dan kolomnya, contoh A(3,4) Untuk mengakses seluruh elemen dalam satu baris atau kolom dengan menggunakan ttk dua (:) Untuk menghasilkan tampilan data matrik pada baris ke m = A(m,:) Untuk menghasilkan tampilan data matrik mulai baris tertentu pada kolom ke n = A(2:m, n) Untuk menghapus baris/kolom matrik menggunakan tanda [ ] 2007 by emy 36 18

19 OUTPUT Perintah disp Sintaks : disp(nama_variabel) Argumenperintahdisp adalah tunggal, sehingga apabila akan memuncukan beberapa tampilan maka harus dituliskan perintah disp berulang-ulang Contoh : 2007 by emy 37 OUTPUT Syarat digunakannya disp, isi didalamnya harus merupakan strings, jadi jika ingin menampilkan sebuah angka terlebih dahulu dirubah kedalam bentuk strings dengan menggunakan function num2str( ). Contoh : 2007 by emy 38 19

20 OUTPUT Perintah fprintf Sintaks : fprintf(format, A,..) Format adalah bentuk penulisan yg akan ditampilkan dilayar seperti jumlah angka desimal, tab, lebar karakter, penulisan di baris baru, dll A adalah nama variabel yg isinya akan dicetak di layar 2007 by emy 39 KONVERSI KARAKTER KONVERSI %c %d %e %f %i \b \f \n Karakter tunggal Backspace KETERANGAN Notasi desimal dengan tanda +/- Notasi eksponensial Notasi titik tetap (fixed point) Notasi desimal dengan tanda +/- Formfeed(penulisan diteruskan dalam baris yg sama Penulisan dituliskan pada baris baru 2007 by emy 40 20

21 INPUT Untuk membaca data dari keyboard, gunakan perintah INPUT Bentuk Umumnya : Nama_variabel = input ( teks ) Apabila di run akan muncul di layar command window teks dan menunggu inputan dari user yg diakhiri dengan penekanan tombol enter, apabila langsung dienter maka teks akan berisi matriks kosong 2007 by emy 41 INPUT 2007 by emy 42 21

22 Contoh Untuk Pemrosesan Citra Image dibagi kedalam 2 bagian yaitu: Image warna Image kelabu/grayscale Membaca Data Citra Tulis perintah di command window >> Citra=imread( D:\Gambar\peppers.bmp ); Untuk mengetahui ukuran image tulis perintah: >>size(citra) 2007 by emy 43 Membaca Data Citra Untuk menampilkan sebagian data citra, perintahnya: >> citra_sebagian= citra(1:10,1:10) >> imshow(citra_sebagian) 2007 by emy 44 22

23 Menyimpan Citra Perintahnya : imwrite(x,map, nama citra ) Mengubah ukuran citra : imresize(variabel penampung citra,ukuran perbesaran/pengecilan) Perintah merotasi Variabel penampung= imrotate(variael citra,ukuran derajad perputaran, nama citra ) Croping gambar Imcrop(variabel penampung citra) 2007 by emy 45 MEMBENTUK M-FILE Dengan M-File dapat memberikan kontrol lebih banyak diandingkan dengan command line Percabangan Perulangan, dll Struktur mirip bhs C atau Pascal yg membagi program dalam blok program berupa fungsifungsi Tiap fungsi dapat memanggil fungsi yang lain 2007 by emy 46 23

24 MEMBUKA JENDELA M-FILE Melalui menu File New M File atau Menekan tombol Ctrl-N 2007 by emy 47 BAGIAN-BAGIAN FUNGSI DALAM MATLAB Definisi Fungsi Di dalam M File, kita dapat menuliskan fungsifungsi yang berisikan berbagai operasi sehingga menghasilkan data yang diinginkan. BU : Function <argumen keluaran> = <nama fungsi>(argumen masukan) 2007 by emy 48 24

25 CONTOH PENGGUNAAN FUNGSI 2007 by emy 49 IF, ELSE, ElSEIF Bentuk Umum Penulisan statemen if 2007 by emy 50 25

26 SWITCH Bentuk umumnya 2007 by emy 51 LOOP FOR Loop for memungkinkan sekelompok perintah diulang sebanyak suatu jumlah yang tetap BU : Default dari nilai increment (penambahan nilai setiap perulangan) jika tidak ditentukan oleh user adalah by emy 52 26

27 Loop For Contoh : Biasanya loop for dapat dibuat sehingga berada dalam loop for yang lain sebanyak yang diinginkan Contoh : for i=1:10 for j=1:5 U(i,j)=i^2+j^2; end end 2007 by emy 53 WHILE Statement while digunakan untuk aliran data yang bersifat perulangan. Loop while mengerjakan sekelompok perintah yang diulang secara tidak terbatas. Bentuk dasar penggunaan while 2007 by emy 54 27

28 WHILE Contoh Penggunaan Hasil setelah dijalankan 2007 by emy 55 Latihan Sebutkan perbedaan input dan output dari proses-proses pengolahan citra digital, komputer grafik, dan data processing Apa perbedaan sampling dan kuantisasi dalam citra Bila citra gray scale dengan ukuran 320 x 240 pixel dan derajad keabuan 256, berapakah sampling dan kuantisasi pada citra tersebut Berdasarkan teknik pengambilannya, sebutkan jenis-jenis citra yang saudara kenal Jelaskan tiga tahap dalam pengolahan citra dan apa contoh dari masing tahap tersebut 2007 by emy 56 28

29 29