ANALISIS DAN IMPLEMENTASI ALGORITMA GAUSSIAN DAN HIGH PASS FILTER UNTUK MENGHASILKAN CITRA HIGH DYNAMIC RANGE SKRIPSI RIRI INDRIATI PURBA 111421013 PROGRAM STUDI EKSTENSI S1 ILMU KOMPUTER FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ANALISIS DAN IMPLEMENTASI ALGORITMA GAUSSIAN DAN HIGH PASS FILTER UNTUK MENGHASILKAN CITRA HIGH DYNAMIC RANGE Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Komputer SKRIPSI RIRI INDRIATI PURBA 111421013 PROGRAM STUDI EKSTENSI S1 ILMU KOMPUTER FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
iii PERSETUJUAN Judul : ANALISIS DAN IMPLEMENTASI ALGORITMA GAUSSIAN DAN HIGH PASS FILTER UNTUK MENGHASILKAN CITRA HIGH DYNAMIC RANGE Kategori : SKRIPSI Nama : RIRI INDRIATI PURBA Nomor Induk Mahasiswa : 111421013 Program Studi : EKSTENSI S1 ILMU KOMPUTER Departemen : ILMU KOMPUTER Fakultas : FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI (Fasilkom-TI) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Komisi Pembimbing: Dosen Pembimbing II Dosen Pembimbing I Handrizal, S.Si, M.Comp.Sc Herriyance, ST, M. Kom NIP. 19801024201012 1 002 Diketahui/Disetujui oleh Program Studi S1 Ilmu Komputer Ketua, Dr. Poltak Sihombing, M.Kom NIP. 196203171991021001
iv PERNYATAAN ANALISIS DAN IMPLEMENTASI ALGORITMA GAUSSIAN DAN HIGH PASS FILTER UNTUK MENGHASILKAN CITRA HIGH DYNAMIC RANGE Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, 2014 Riri Indriati Purba 111421013
vi PENGHARGAAN Alhamdulillah penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya serta salawat dan salam kepada junjungan atas Nabi Muhammad SAW karena skripsi ini telah berhasil diselesaikan dalam waktu yang telah ditentukan. Dalam penulisan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan serta dorongan dari pihak lain. Sehingga dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Bapak Prof. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc(CTM), Sp.A(K), selaku Rektor 2. Bapak Prof. Dr. Muhammad Zarlis selaku Dekan Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi 3. Bapak Dr. Poltak Sihombing, M. Kom selaku Ketua Program Studi Ilmu Komputer 4. Ibu Maya Silvi Lydia, B.Sc, M.Sc selaku Sekretaris Program Studi Ilmu Komputer 5. Bapak Herriyance, ST, M.Kom selaku Dosen Pembimbing Pertama yang telah banyak membantu dan membimbing penulis dalam membangun skripsi penulis 6. Bapak Handrizal, S.Si, M.Comp.Sc selaku Dosen Pembimbing Kedua yang telah banyak membantu dan membimbing penulis dalam membangun skripsi penulis 7. Bapak Drs. Agus Salim Harahap, M.Si selaku Dosen Pembanding Pertama penulis yang telah bersedia meluangkan waktunya dalam memberi saran dan kritik yang membangun skripsi penulis 8. Bapak Syahriol Sitorus S.Si, MIT selaku Dosen Pembanding Kedua penulis yang telah bersedia meluangkan waktunya dalam memberi saran dan kritik yang membangun skripsi penulis 9. Untuk ibunda tercinta Hj.Norma Pakpahan dan Ayahanda Ir.H.Djadiaman Purba selaku orangtua kandung penulis, Rina Elfita Purba, SKM dan Andika Novian Purba,S.Sos selaku saudara kandung penulis yang telah memberikan semangat, dorongan, serta doanya dalam menyelesaikan skripsi ini
vi 10. Dan tak lupa juga penulis sampaikan ucapan terima kasih ini kepada Adam Kurniawan Mrg Amd, Fitri Yutari Hidayah Amd, Fitri Alia Amd, Suci Ikhwani Lestari Amd, Ade Marfuah Lubis Amd, Liza Alfira Ali Amd, yang sudah membantu dan memberi semangat kepada penulis selama ini. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari semua pihak demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengharapkan semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan membantu semua pihak yang memerlukannya. Penulis
vii ABSTRAK Sensor kamera yang tidak dapat menghasilkan citra yang baik mengakibatkan berkembangnya perangkat-perangkat untuk perbaikan kualitas citra. Citra yang dihasilkan juga tergantung pada tinggi rendahnya intensitas cahaya yang diterima sensor kamera, apabila intensitasnya terbatas, maka citra yang dihasilkan juga tidak baik. Intensitas cahaya yang terlalu tinggi atau terlalu rendah mengakibatkan objek citra menjadi tidak tampak oleh mata, oleh karena itu perkembangan zaman telah menghasilkan sebuah inovasi citra baru yang dapat mengatasi permasalahan tersebut yang dinamakan citra High Dynamic Range(HDR). Citra HDR dapat membuat suatu objek yang tidak terlihat akibat intensitas menjadi terlihat. Salah satu cara menghasilkan citra HDR adalah menggabungkan beberapa citra yang berbeda pengaturan exposure kameranya menjadi 1 citra yang dinamakan citra HDR. Citra yang menjadi inputan adalah citra yang berbeda exposure yakni exposure +3, exposure -3 dan exposure 0. Algoritma untuk menggabungkan beberapa foto yang berbeda exposure tersebut adalah Algoritma Gaussian yakni mencari titik tengah dari tiap blok citra. Untuk menghasilkan citra HDR yang bernilai lebih maka dilakukan penajaman citra HDR dengan Algoritma High Pass Filter dengan teori konvolusi. Hasil dari penelitian ini adalah didapatkan citra hasil yang memiliki kualitas lebih baik dari citra yang menjadi permasalahan sebelumnya. Dari pengujian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa blok yang memiliki waktu paling lama adalah pada proses 3 blok dan yang paling cepat adalah 15 blok, kemudian untuk penajaman waktu yang paling lama adalah pada proses 1 blok dan yang paling cepat adalah 15 blok, untuk ukuran yang dihasilkan yang paling besar adalah pada proses 1 blok dan yang paling kecil adalah pada proses 9 blok. Kata Kunci : High Dynamic Range(HDR), Exposure, Gaussian, High Pass Filter
viii ANALYSIS AND IMPLEMENTATION OF GAUSSIAN AND HIGH PASS FILTER ALGORITHM TO PRODUCE HIGH DYNAMIC RANGE IMAGE ABSTRACT Camera Sensor could not produce a good image involves devices for image enchancement is growing. The result is also depend on the level of light intensity which received by the camera sensor, if its intensity is limited, then the result is also not good. Light intensity is too high or too low caused the object of image to be visible for our eyes, therefore the times have produced a new image innovation which can solve the problems, its called High Dynamic Range ( HDR ) images. HDR images can make an object that is not visible due to the intensity becomes visible. One way of generating HDR images is to combine several images of different exposure settings into one image. The inputs are exposure +3, exposure -3 and exposure0. Algorithm to combine several different images such exposure is Gaussian algorithm that is looking for the midpoint of each block image. To generate the HDR image which has high value then performed with the HDR image enhancement algorithm with the High Pass Filter convolution theory. The Results from this research is that the results obtained image has a better quality of image which is the case previously. From testing that has been done can be concluded that the block that has the longest time is 3 blocks on the process and the fastest is 15 blocks, then for the longest time sharpening is on the first block and the fastest is 15 blocks, for size that produced which the biggest is in the process of 1 block and the smallest is in the process of 9 block. Keywords : High Dynamic Range (HDR), Exposure, Gaussian, High Pass Filter
ix DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar iii iv v vii viii ix xi xii Bab 1 Pendahuluan 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 2 1.3 Batasan Masalah 2 1.4 Tujuan Penelitian 3 1.5 Manfaat Penelitian 3 1.6 Metodologi Penelitian 3 1.7 Sistematika Penulisan 4 Bab 2 Tinjauan Pustaka 6 2.1 Pengertian Citra 6 2.1.1 Pengertian Citra Analog 6 2.1.2 Pengertian Citra Digital 6 2.2 Pengolahan Citra Digital 7 2.2.1 Tahap-tahap dalam Pengolahan Citra Digital 7 2.2.2 Representasi Citra Digital 9 2.2.3 Jenis-jenis Citra Digital 10 2.2.3.1 Citra Biner (Monokrom) 10 2.2.3.2 Citra Greyscale (Skala Keabuan) 11 2.2.3.3 Citra RGB 12 2.3 Perbaikan Kualitas Citra 13 2.4 Operasi Berbasis Bingkai 14 2.4.1 Operasi Penjumlahan Citra (Image Blending) 14 2.4.2 Operasi Pengurangan Citra 17 2.4.3 Operasi Boolean 18 2.5 Operasi Spasial (Filtering) 20 2.5.1 Kernel 21 2.5.2 Mekanisme Pemfilteran Spasial 21 2.5.3 Korelasi dan Konvolusi 26 2.6 High Dynamic Range 27 2.6.1 Exposure 28 2.6.2 Menghasilkan Citra HDR 29 2.7 Perubahan Kualitas Citra dalam Domain Spasial 32 2.7.1 Linear Spatial Filtering 32 2.7.1.1 High Pass Filtering (Tapis Lolos Tinggi) 32
x 2.8 Algoritma Gaussian 36 2.9 Penelitian Sebelumnya 38 Bab 3 Analisis dan Perancangan 40 3.1 Analisis 40 3.2 Flowchart Umum Program 41 3.3 Analisis Kinerja Algoritma Gaussian 42 3.3.1 Pseudocode Algoritma Gaussian 43 3.3.2 Flowchart Algoritma Gaussian 45 3.3.3 Perhitungan Algoritma Gaussian pada Citra 49 3.4 Analisis Kinerja Algoritma High Pass Filter 70 3.4.1 Pseudocode Algoritma High Pass Filter 70 3.4.2 Flowchart Algoritma High Pass Filter 71 3.4.3 Perhitungan Algoritma High Pass Filter pada Citra 71 3.5 Perancangan Antarmuka 76 3.5.1 Rancangan Menu Utama 76 Bab 4 Implementasi dan Pengujian 80 4.1 Implementasi Sistem 80 4.1.1 Spesifikasi Perangkat Keras dan Perangkat Lunak yang Digunakan 80 4.1.2 Tampilan Menu Utama 81 4.1.3 Tampilan Sub Menu 81 4.2 Pengujian 91 4.2.1 Analisis Data Hasil Pengujian 92 Bab 5 Kesimpulan dan Saran 103 5.1 Kesimpulan 103 5.2 Saran 104 Daftar Pustaka 105 Lampiran 107
xi DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Nilai Entropy Blok 1,1 Red Citra 2 52 Tabel 4.1 Keterangan Citra Ruang 90 Tabel 4.2 Keterangan Citra Menara 91 Tabel 4.3 Keterangan Citra Buku 92 Tabel 4.4 Keterangan Citra Jendela 93 Tabel 4.5 Data Hasil Citra Ruang 95 Tabel 4.6 Data Hasil Citra Menara 96 Tabel 4.7 Data Hasil Citra Buku 97 Tabel 4.8 Data Hasil Citra Jendela 98 Tabel 4.9 Data Hasil Penggabungan 99 Tabel 4.10 Data Hasil Penajaman 100 Tabel 4.11 Data Ukuran Citra Hasil 101
xii DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Representasi Citra Digital 10 Gambar 2.2 Citra Biner 11 Gambar 2.3 Citra Greyscale 12 Gambar 2.4 Citra RGB 13 Gambar 2.5 Citra A 16 Gambar 2.6 Citra B 16 Gambar 2.7 Citra C (Penggabungan Citra A dan B) 16 Gambar 2.8 Citra A(x,y) 17 Gambar 2.9 Citra B(x,y) 17 Gambar 2.10 Citra C (x,y) 18 Gambar 2.11 Citra Elips 18 Gambar 2.12 Citra Persegi 19 Gambar 2.13 Not Elips 19 Gambar 2.14 Not Persegi 19 Gambar 2.15 Elips And Persegi 19 Gambar 2.16 Elips Or Persegi 19 Gambar 2.17 Elips XOR Persegi 20 Gambar 2.18 (a) Citra Ukuran MxN 22 Gambar 2.18 (b) Filter Ukuran 3x3 22 Gambar 2.19 Citra yang Berbeda Exposure 29 Gambar 2.20 Citra Exposure +1 30 Gambar 2.21 Citra Exposure 0 30 Gambar 2.22 Citra Exposure -1 31 Gambar 2.23 Hasil Citra HDR 31 Gambar 2.24 Citra Blurring yang Dipertajam dengan High Pass Filter 35 Gambar 2.25 Segmentasi Citra yang Berbeda Exposure 36 Gambar 3.1 Flowchart Umum Program 41 Gambar 3.2 Flowchart Perhitungan Gaussian Citra 1 45 Gambar 3.3 Flowchart Perhitungan Gaussian Citra 2 46 Gambar 3.4 Flowchart Perhitungan Gaussian Citra 3 47 Gambar 3.5 Flowchart Perhitungan Bobot Citra dan Penggabungan Citra 48 Gambar 3.6 Citra 2 49 Gambar 3.7 Letak Entropy Tertinggi Pada Citra 2 53 Gambar 3.8 Ilustrasi Koordinat Pusat 54 Gambar 3.9 Koordinat Citra 2 56 Gambar 3.10 Citra 1 58 Gambar 3.11 Citra 2 60 Gambar 3.12 Citra HDR 69 Gambar 3.13 Flowchart Algoritma High Pass Filter 71 Gambar 3.14 Citra HDR yang Lebih Tajam 75 Gambar 3.15 Rancangan Menu Utama 76 Gambar 3.16 Rancangan Sub Menu Blok 77 Gambar 3.17 Rancangan Menu Petunjuk 78 Gambar 3.18 Rancangan Menu Tentang Penulis 79 Gambar 4.1 Tampilan Menu Utama 80
xiii Gambar 4.2 Sub Menu File 81 Gambar 4.3 Sub Menu HDR 9 Blok 81 Gambar 4.4 Browse Citra Exposure -3 82 Gambar 4.5 Sub Menu HDR 9 Blok Citra Exposure -3 83 Gambar 4.6 Browse Citra Exposure 0 83 Gambar 4.7 Sub Menu HDR 9 Blok Citra Exposure 0 84 Gambar 4.8 Browse Citra Exposure +3 84 Gambar 4.9 Sub Menu HDR 9 Blok Citra Exposure +3 85 Gambar 4.10 Sub Menu HDR 9 Blok Hasil Gaussian 85 Gambar 4.11 Sub Menu HDR 9 Blok Hasil High Pass Filtering 86 Gambar 4.12 Citra Hasil Gaussian dan High Pass Filtering 87 Gambar 4.13 Sub Menu Petunjuk 88 Gambar 4.14 Sub Menu Analisis 89 Gambar 4.15 Sub Menu Tentang Penulis 90 Gambar 4.16 Diagram Hasil Penggabungan 99 Gambar 4.17 Diagram Hasil Penajaman 100 Gambar 4.18 Diagram Ukuran Citra Hasil 101