IMPLEMENTASI MEDIAN FILTER dan METODE HISTOGRAM EQUALIZATION DALAM PERBAIKAN CITRA (IMAGE ENHANCEMENT) TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Tugas dan Syarat-syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh: RICKY APRIAS SHOLIHIN D 400 090 035 FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2013 i
ii
iii
iv
MOTTO Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah bersama orang-orang yang sabar (Q.S Al-Baqarah: 153) Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan) kerjakan dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain, dan hanya kepada Tuhanmulah kamu berharap (Q.S Al Insyirah : 6-8) Sejahat-jahatnya dusta adalah bila seseorang mengaku kedua matanya melihat apa yang tidak dilihatnya" (HR Bukhari-Muslim) Sesungguhnya dengan tujuan yang jelas akan membuat kemajuan walaupun melewati jalan yang sulit, seseorang yang tanpa tujuan tidak akan membuat kemajuan walaupun ia berada di jalan yang mulus (Thomas Charlyle) Tugas kita adalah untuk mencoba, karena dalam mencoba itulah kita menemukan dan belajar membangun kesempatan untuk berhasil (Mario Teguh) v
PERSEMBAHAN Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT, Dia yang memiliki seluruh jiwa, dan karena rahmat serta karunianyalah karya sederhana ini dapat terselesaikan. Karya ini penulis persembahkan untuk: Bapak dan ibu tercinta, dengan segala hormat dan baktiku terima kasih atas pengorbananmu yang tak pernah henti, rangkaian doa yang tiada pernah putus mengiringi langkahku. Semoga ini menjadi awal untuk bisa membahagiakan bapak dan ibu... Mas Joni, Mas Ajib, Mbk Tri, dan Danny Fajar yang selalu memberikan, semangat, doa, dukungan dan keceriaan dalam hidupku. Temen-temen seperjuanganku, Tri Haryono, Jimmy,Triyanto, Fite, Mbk Anin, Endah, Annas dan Mas Dhanar, perjuangan bersama kalian menjadi hal yang tak terlupa. Semoga tali silaturahmi ini berlanjut tanpa pernah ada akhirnya... Temen-temen kost Patriot, Heru, Fathurrochman, Agung, Juang, Husin, Asran, Mas Huda, Mas Fendy Prihantoro, Mas Bagas, dan keluarga besar Mbah Suto terima kasih untuk kebersamaannya... Temen-temen Teknik Elektro, khususnya angkatan2009 yang telah banyak berbagi ilmudengansaya. Terimakasih atas ilmu dan semuanya. vi
KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb Puji syukur, Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmat, hidayah dan karunia-nya, sholawat serta salam terjunjung kepada Nabi Besar Muhammad SAW. Penulis sangat bersyukur karena dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan sesuai yang diharapkan. Tugas akhir ini disusun guna memenuhi sebagian persyaratan untuk memperoleh gelarsarjana Strata I Pada jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. Penulis menyadari tanpa bantuan, bimbingan, dan dorongan tidak akan mampu menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Untuk itu pada kesempatan ini dengan rasa hormat penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada: 1. Prof.Dr. Bambang Setiaji selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Ir. Agus Riyanto, M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Ir. Jatmiko, M.T. selaku Ketua Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 4. Muhammad Kusban,S.T., M.T. selaku Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini. vii
5. Ir. Bambang Hari P., MT. selaku Pembimbing II yang telah memberikan nasehat, bimbingan, dorongan, dan pengarahan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 6. Kedua orang tuaku tercinta (Ibu dan Bapak), terima kasih atas semua doa, semangat dan perjuangan yang tiada hentinya, juga atas curahan kasih sayang yang tiada pernah surut dalam setiap langkah kehidupanku. 7. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Elektro UMS angkatan 2009 serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Akhir kata, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan. Semoga karya ini dapat bermanfaat untuk rekan-rekan mahasiswa dan pihak-pihak yang berkepentingan. Wassalamu alaikum, wr. wb Surakarta, Oktober 2013 Penulis viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... LEMBAR PERSETUJUAN... LEMBAR PENGESAHAN... PERNYATAAN KEASLIAN MOTTO... HALAMAN PERSEMBAHAN... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR KONTRIBUSI... i ii iii iv v vi vii ix xii xiv xv ABSTRAKSI... xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang.. 1 1.2. Perumusan Masalah... 4 1.3. Batasan Masalah... 4 1.4. Tujuan Penelitian... 5 1.5. Manfaat Penelitian... 5 1.6. Sistematika Penulisan... 6 BAB IITINJAUAN PUSTAKA 2.1. Telaah Penelitian.... 8 2.2. Landasan Teori.. 11 ix
2.2.1. Pengertian Citra.... 11 2.2.2. Citra Digital.. 12 2.2.3. Konsep Warna.. 14 2.2.4. Kontras Citra.... 16 2.2.5. Derajat Keabuan (Grayscale) dan Histogram Citra.... 17 2.2.6. Derau atau Noise...... 19 2.2.7. Definisi Digital Image Processing 19 2.2.8. Image Enhancement... 21 2.2.9. Penapisan Citra Secara Spasial 25 2.2.10. Histogram Equalization (Perataan Histogram).. 28 2.2.11. MSE, PSNR, dan Running-Time... 35 2.2.11.a). Mean Square Error (MSE)... 35 2.2.11.b). Peak Signal to Noise Rasio (PSNR)... 35 2.2.11.c). Running-Time... 36 2.2.12. Tentang Matlab...... 37 BAB III IMPLEMENTASI DAN PERANCANGAN 3.1.Waktu dantempat... 40 3.2. Bahan dan Peralatan... 41 3.3.Tahap Perancangan... 41 3.3.1. Studi Literature... 41 3.3.2. Alur Penelitian... 42 3.3.3. Flowchart Perancangan Model Sistem... 43 3.4.Tahap Pembuatan Program...... 44 x
3.4.1. Diagram Perancangan Program 44 3.4.2. Penggunaan GUI (Graphical User Interface) dalam Matlab 45 3.4.3. Membuat Tampilan Utama Program...... 47 3.4.4. Membuat Tampilan Menu Bantuan... 49 3.4.5. Membuat Tampilan Menu Biodata... 50 3.4.6. Pembuatan Aplikasi Perbaikan Citra (Image Enhancement).. 51 3.4.7. Tahapan dan Proses yang Terdapat Dalam Sistem... 59 BAB IV PENGUJIAN PROGRAM DAN ANALISA HASIL 4.1. Pengujian Program... 65 4.2. Analisa Hasil... 70 4.2.1 Data UjiCoba... 70 4.2.2 Analisa Data Hasil Pengujian Sistem... 71 4.2.3 AnalisaHasil Proses Enhancement Citra.... 71 4.2.4 Hasil Perhitungan nilai MSE, PSNR, dan Time.. 77 4.2.5 Pengujian Subjektif (Mean Opinion Score (MOS)) 78 4.2.6 Pengujian program untuk citra ber-noise Gaussian, salt and pepper, dan localvar 81 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan. 86 5.2. Saran.. 88 DAFTAR PUSTAKA 89 LAMPIRAN... 90 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Pixel Matrik... 12 Gambar 2.2 RGB Color Cube... 15 Gambar 2.3 Pemetaan RGB cube dengan sumbu x,y,z... 15 Gambar 2.4 Pencampuran Warna Dasar RGB.. 16 Gambar 2.5 Informasi pallet pada citra skala keabuan... 17 Gambar 2.6 Macam-macam aplikasi dari image enhancement.... 25 Gambar 2.7 Fungsi Transformasi... 31 Gambar 2.8 Histogram citra semula sebelum perataan... 32 Gambar 2.9 Histogram citra hasil perataan... 34 Gambar 3.1 Flowchart Penelitian... 42 Gambar 3.2 Flowchart Perancangan Sistem... 43 Gambar 3.3 Model Alur Perancangan Program... 44 Gambar 3.4 Guide Quick Start... 46 Gambar 3.5 Guide layout editor... 46 Gambar 3.6 GUI menu utama dengan nama Halaman_Depan.fig... 47 Gambar 3.7 Tampilan dari Menu Utama... 48 Gambar 3.8 Tampilan rancangan GUI menu bantuan.... 49 Gambar 3.9 Tampilan menu bantuan.... 50 Gambar 3.10 Tampilan rancangan GUI menu biodata... 50 Gambar 3.11 Tampilan menu biodata... 51 Gambar 3.12 Tampilan GUI Aplikasi Perbaikan Citra... 52 xii
Gambar 3.13 Tombol Input Citra untuk Memasukkan Gambar... 52 Gambar 3.14 Gambar sourcecode untuk button input citra... 53 Gambar 3.15 ButtonEnhancement untuk Memproses Gambar... 53 Gambar 3.16 Tampilan GUI untuk button simpan... 56 Gambar 3.17 Tampilan source code button simpan... 56 Gambar 3.18 Tampilan GUI untuk buttonreset... 57 Gambar 3.19 Source code untuk button reset... 57 Gambar 3.20 Tampilan GUI untuk buttonkeluar... 58 Gambar 3.21 Source code untuk button keluar 58 Gambar 3.22 Matrik untuk median filtering 60 Gambar 3.23 Matrik untuk median filtering setelah diurutkan... 61 Gambar 4.1 Tampilan aplikasi image enhancement 67 Gambar 4.2 Tampilan untuk menginput citra... 67 Gambar 4.3 Tampilan aplikasi setelah terinput citra... 68 Gambar 4.4 Tampilan aplikasi setelah proses enhancement... 69 Gambar 4.5 Tampilan pilihan untuk keluar dari aplikasi... 70 xiii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Derajat keabuan citra... 18 Tabel 2.2 Nilai-nilai rk jika L = 8... 30 Tabel 2.3 Nilai-nili rk, nk, dan Pr(rk) sebelum ditransformasi... 32 Tabel 2.4 Hasil nilai dari transformasi... 33 Tabel 2.5 Jumlah pixel hasil transformasi. 34 Tabel 3.1 Perincian Kegiatan Penelitian... 40 Tabel 4.1 Citra yang digunakan dalam pengujian... 70 Tabel 4.2 Citra Lena dengan jenis noise yang berbeda. 71 Tabel 4.3 Citra hasil pengujian program enhancement... 72 Tabel 4.4 Nilai MSE, PSNR dan Time citra hasil uji... 78 Tabel 4.5 Skala penilaian MOS 81 Tabel 4.6Penilaian sejumlah responden terhadap masing-masing citra hasil yang telah diujikan... 82 Tabel 4.7 Pengujian citra Lena ber-noise gaussian, salt and pepper dan localvar.. 84 Tabel 4.8 Nilai PSNR dan MSE citra ber-noise. 85 Tabel 4.9 Nilai PSNR dan MSE citra seteleh proses enhancement.. 86 xiv
DAFTAR KONTRIBUSI Dalam tugas akhir ini dirancang sebuah program aplikasi image enhancement dengan metode median filter dan histogram equalization pada citra digital, berawal dari ketertarikan penulis saat mendapat tawaran dari bapak Muhammad Kusban, S.T., M.T. untuk membuat sebuah program perbaikan citra menggunakan software Matlab. Pembuatan aplikasi citra ini tidak murni dari hasil pemikiran sendiri, melainkan mendapatkan referensi dari beberapa sumber. Berikut ini daftar kontributor yang berhubungan dengan tugas akhir saya. 1. Penulis berterus terang bahwa kemampuan dalam memahami bahasa pemrograman yang menggunakan Matlab masih kurang, oleh karena itu penulis mencoba belajar dari teman, buku, internet dan berbekal dukungan dari banyak pihak. Kemudian penulis kembangkan sesuai dengan keinginan dan kebutuhan dalam pembuatan program aplikasi pada Tugas akhir ini. 2. Untuk perancangan program aplikasi kompresi citra, penulis menggunakan Matlab versi 7.9.0.529 (R2009b) dengan sistem operasi Windows 7. 3. Penulis membangun sendiri penggunaan antarmuka berupa GUI (GeneralUser Interface) dengan menggunakan toolbox image processing yang sudah tersedia di matlab yang dipelajari dari buku dan internet. 4. Penulis menggunakan median filter dan metode histogram equalization yang digunakan dalam proses perbaikan citra. 5. Penulis mengerjakan sendiri laporan Tugas Akhir ini, jika ada yang kurang paham akan penulis konsultasikan dengan pembimbing. 6. Penulis menggunakan software snipping tools untuk mengedit gambar pada laporan. xv
xvi
ABSTRAKSI Sebuah citra kaya akan informasi, namun seringkali citra yang kita miliki mengalami penurunan mutu (degradasi) citra yaitu penurunan kualitas citra, misalnya karena mengandung cacat atau derau (noise), warnanya terlalu kontras, kurang tajam, kabur (blurring), dan sebagainya. Image enhancement adalah cara yang umum digunakan dalam meningkatkan kualitas citra. Perbaikan citra (image enhancement) bertujuan untuk mendapatkan tampilan citra dengan bentuk visualisasi yang lebih baik. Banyak teknik atau metode yang digunakan dalam perbaikan citra (image enhancement). Antara lain menggunakan metode penapis median (median filtering) dan perataan histogram citra (histogram equalization). Median filter yang menitik beratkan pada nilai median atau nilai tengah dari jumlah total nilai keseluruhan pixel yang ada di sekelilingnya. Proses pemilihan median ini diawali dengan terlebih dahulu mengurutkan nilai-nilai pixel tetangga, baru kemudian dipilih nilai tengahnya. Median filter ini berguna untuk mengurangi noise yang terdapat pada sebuah citra dengan cara memfilternya. Histogram equalization adalah suatu metode yang mana terjadi perataan histogram citra, dimana distribusi nilai derajat warna pada suatu citra dibuat rata. Dengan histogram equalization ini sebuah citra akan memiliki kontras yang seragam dan derajat atau tingkatwarna yang merata. Dari penelitian yang penulis lakukan, dapat disimpulkan bahwa penerapan median filter dan metode histogram equalization dalam image enhancement (perbaikan citra), mampu memperbaiki citra yang telah diujikan. Pemrosesan citra menggunakan median filter mampu mengurangi derau atau noise pada citra terutama noise Gaussian.Dari pengujian citra diperoleh nilai PSNR dan MSE.NilaiPSNR yang paling tinggiyaitu 40.5904 db dan nilai terendah adalah 25.9874 db. Sedangkan utuk nilai MSE diperoleh nilai tertinggi yaitu 163.8085 dan terendah adalah 74.634. Berdasarkan penilain subjektif yang diambil dari sejumlah responden, citra yang dihasilkan dalam penelitian ini yaitu masuk dalam kategori cukup dan kategori baik dengan nilai rata-rata terendah 3,2 dan nilai rata-rata paling tinggi yaitu 4,8. Dalam pengujian ini sistem bekerja paling paling bagus untuk mereduksi noise gaussian yang menghasilkan PSNR 36.3543 db dan MSE paling kecil yaitu 15.0539. Nilai MSE yang paling adalah yang mendekati 0 (nol). Kata Kunci: Citra, Image Enhancement, Median filter, Noise, PSNR, MSE xvii