BAB II CITRA DIGITAL CARA PEROLEHAN DAN KARAKTERISTIKNYA

CITRA DIGITAL
CARA PEROLEHAN DAN KARAKTERISTIKNYA

Citra digital adalah yang di peroleh,disimpan,dimanipulasi,dan di tampilkan dengan basis logika biner.citra digital biasanya dihasilkan melalui bantuan pemidai atau skaner,meskipun dewasa ini citra digital juga bias di peroleh melalui berbagai macam kamera kamera digital dengan harga murah,bahkan yang telah terintegrasi dengan terlepon seluler sekalipun.citra digital pengideraan jauh di peroleh dari sistem perekam melalui sensor yang di pasang pada pesawatupun satelit.citra dalam format digital biasanya di simpan pada media magnetik,optic,ataupun media lainya (disket,hard diks,compats diks,CCT atau computer compatible tape,optical diks dan fle  sdisk ),serta dapat menjadi gambar pada layar monitor komputer.citra digital pengenderaan jauh adalah citra yang menggambarkan kenapakan permukaan atau dekat permukaan bumi,dan yang diperoleh melalui perekaman pantulan(refles tance),pancaran(emittance),sensor optic elektrinik yang terpasang pada suatu wahana baik itu wahana di manara,pesawat udara maupun wahana ruang angkasa.

BAGAIMANA CITRA DIGITAL DI PEROLEH

Citra digital merupakan model dua dimensional dari objek yang suda ada.objek yang sudah ada tersebut dapat berubah kenampakan nyata di permukaan bumi,tetapi dapat pula berupa gambar atau citra yang di peroleh melalui proses lain,misalnya peta hasil pengambaran tangan.salah satu contoh alat yang paling umum untuk mengubah kenampakan bukan digital menjadi citra digital ialah skaner,skaner atau pelarik/pemindai adalah suatu alat optic- elektronik yang dapat di pakai untuk menangkap informasi pantulan atau pancaran gelombang elektromagnetik dari suatu permukaan secara tidak serentak.yang di rekam di-‘indera’ oleh sensor (dibaca besarnya pantulan /pancaranya )secara berturut turut sebagai fungsi waktu.perolehan citra digital tidak selalu dengan cara perekaman tak serentak,melainkan dapat pula melalui suatu bidang yang tersusun atas detector CCD (charge coupled defice).contpoh cara perekaman ialah CCD area array pada kamera digital yang dapat dengan mudah diperolah di tokoh-tokoh dan alat elektronik atau komputer.proses kerja pelarik tidak dapat dilepaskan dari proses kerja komputer karena tipe data yang di hasilkan pun biasanya harus di peroleh oleh komputer. Kemampuan komputer dan sensor,dalam mengubah informasi pantulan atau pancaran elektromagnetik berbeda beda.umunya sensor bekerja dalam satuan bit. Bit adalah satuan terkecil informasi yang mengeksperesikan ada tidaknya arus yang masuk,dan hanya memopunyai dua macam kemungkinan informasi 0 dan 1.nol dapat berarti ‘mati’ tiak ada arus masuk;dan satu dapat berarti ‘hidup’ ,ada arus. Dalam satu bit,komputer hanya dapat memperoleh dua kemungkinan informasi :hidup atau mati.

Dalam sistem berbasis 2 bit, komputer dapat memperoleh 4 kemungkinan (2=4;Sedangkan pada sistem 1 bit,2=2) kemungkinan pertama adalah ‘semua mati’,kemungkinan kedua adalah’satu hidup - satu mati’,kemungkinan ketiga adalah ‘satu mati –satu hidup’,kemungkinan  terakhir adalah ‘semua hidup’.apabila sensor menerima sinyal pantulan yang sangat lemah sehingga tidak mampu menyindranya maka tidak ada arus listrik yang masuk pada register.seluruh’sel’pada register tersebut bernilai 00000000 atau bernilai nol pada sistem decimal, yang di beri kode sangat hitam atau sangat gelap.apabila sensor menerima sinyal yang sangat lemah,samapai seluruh sel pada register terisi arus,maka sel-sel tersebut akan bernilai 11111111,yang berarti bernilai 255. Nilai 255 ini ditampilkan sebagai rona putih atau sangat cerah .
SISTEM 1 BIT :                             SISTEM 2 BIT :
0= mati (hitam)                           0 0 = 0, hitam
1 = hidup (putih)                         0 1 = 1, abu-abu gelap
                                                     1 0 = 2, abu-abu terang
                                                     1 1 = 3, putih
SISTEM 4 BIT :
0 0 0 0 = 0 (hitam)                       0 1 1 0 = 6                      1 1 0 0 = 12
0 0 0 1 = 1                                     0 1 1 1 = 7                     1 1 0 1 = 13
0 0 1 0 = 2                                     1 0 0 0 = 8                     1 1 0 1 = 14
0 0 1 1 = 3                                     1 0 0 1 = 9                     1 1 1 1 = 15 ( putih)
0 1 0 0 = 4                                     1 0  1 0 = 10
0 1 0 1 = 5                                     1 0 1 1 = 11  
SISTEM 8 BIT :
0 0 0 0 0 0 0 0 = 0 (hitam)                                           1 0 1 0 0 0 0 1 = 193 (abu-abu cerah)
0 0 0 0 1 1 0 1 = 13 (abu-abu sangat gelap)                1 1 1 1 1 1 1 1 = 255 (putih)

Karena kemungkinan informasi ini terdapat pada masing-masing data tunggal (piksel)maka dalam satu hitungan piksel hasil pelarikan akan terdapat  banyak nilai piksel dengan variasi nilai dari 0(gelap)sampai 255 (samgat cerah).variasi ini sesuai dengan variasi pantulan yang diberikan  oleh objek sehingga konfigurasi piksel ini menghasilkan gambar,seperti gambar pada tusuk silang (cross stitch),di mana pada tiap tusuk silang (piksel) memberikan satu warna atau rona,yang di tunjukan oleh nilai pada posisi tersebut.misalnya citra yang di rekam dengan menggunakan sensor yang mampu menangkap pancaran pada spektrum inframerah termal (antara 3,0-12pm).
Perkembangan lanjut dari sistem skaner adalah linear array.pada linear array ini,gerak “menyapu”melintang ara lintasan (acrros-track scanning)di gantikan oleh deretan detector. Melalui mekanisme separti mendorong sapu (push broom) membujur sepanjang lintasan (alongtrack scaning),deretan piksel dalam satu baris diperoleh serentak ,dengan gerak maju sesnsor menghasilkan deretan piksel sepanjang kolom.perkembangan berikutnya ialah area arry,di mana deretan detector tidak hanya pada sepanjang garis ,melainkan juga melainkan juga bentuk bidang dengan sejumblah baris dengan kolom detector .pada tahap ini perbedaan mekanisme perekam antara kamera foto konvesional dan kamera digital juga suda menjadi kurang relevan, kecuali dalam hal penyimpanan informasinya,di mana kamera konvesional masih menggunakan film,sedangkan kamera digital menggunakan perekam mengetik/optic untuk menyimpan data hasil pembacaan detector.

CARA PENYIMPANAN CITRA DIGITAL
Informasi dengan baris 8 bit disimpan dalam byte.byte adalah satuan informasi yang terdiri atas 8 bit.untuk sistem 8 bit (=1 byte),tiap data (piksel) akan disimpan dalam byte yang terpisah. Dengan kata lain,tiap1 piksel akan disimpan sebagai 1 byte.nilai 1 kilobyte (1 KB) sama dengan nilai 2=1024.jika suatu citra terdiri atas 500 kolom dan 1.200 baris piksel maka dibutuhka kapasitas penyimpanan sebesar 500 x 1200 =600.000 byte saat ini hard diks yang berada di pasaran mampu menyimpan data sampai dengan ratusan gigabyte (1 gigabyte=10 mega byte),bahkan hingga terrabait (1 terrabyte =10 mega byte).disket konvesional dengan ukuran 1,44MB suda hampir tidak pernah di gunakan dan digantikan oleh media penyimpan flasdisk dengan konektor USB (universal serial bus) berkapasitas hingga beberapa gigabyte.
Kebutuhan akan sistem penyimpanan yang efisien semakin terasa dengan digunakannya sensor multi seluler.melalui sensorsemacam ini,beberapa citra yang menggambarkan objek yang sama di hasilkan, menyajikan variasi rona/nilai piksel yang berbeda. Variasi ini tergantung pada saluran yang di gunakan. Misalnyan suatu sistem sensor mempunyai tiga saluran maka berkas citra yang di hasilkan akan mengandung informasi ketiga saluran tersebut.

Band Sequential (BSQ)
Pada format BSQ citra di hasilkan dari setiap saluran di simpan sebagai berkas atau file yang terpisah. urutan penyimpanan data dilakukan mulai dari baris pertama saluran 1, baris kedua,baris ketiga, sampai baris terakhir. Jadi pada sistem 3 saluran, dihasilkan 3 berkas citra.

Format BSQ :
10 11 20 40 1 12 2 5 7 10 2 3 2 2 2…15                          file saluran 1
2 14 32 30 1 18 4 2 8 14 3 4 4 3 3 …14                           file saluran 2      
70 30 30 31 80 15 64 65 32 81 75 70 70 70…42             file saluran 3
Format BIL :
10 11 20 40 1 2 14 32 30 1 70 30 30 31 80 12 2 5 7 10 18…42   file saluran 1,2,3 menjadi 1
Forma BIP :
10 2 70 11 14 30 20 32 30 40 30 31….15 14 42           file saluran 1,2,3 menjadi 1

Band Interleaved by Line (BIL)
Pada format BIL, penyimpanan dilakukan mulai dari baris pertama saluran 1, kemudian dilanjutkan dengan baris pertama saluran 2,…baris pertama saluran n.begitu seterusnya sampai baris terakhir saluran n selesai disimpan.dengan format BIL ,saluran data citra pada n saluran akan di simpan sebagai satu berkas. Format BIL untuk saluran tunggal (n=1),dengan demikian akan sama dengan format BSQ .

Band Interleaved by Pixel (BIP)
Format BIT mempunyai kemiripan dengan format BIL.hanya saja selang selingnya bukan lagi perbaris,melainkan persel.penyimpanan di mulai dari piksel pertama (pojok kiri atas) baris pertama `saluran 1, piksel pertama baris pertama saluran 2,…piksel pertama baris pertama saluran n.sampai pada piksel terakhir baris terakhir saluran 1, piksel terakhir baris terakhir saluran 2, …piksel bari terakhir saluran n. saluran data citra pada n saluran di simpan sebagai pada satu berkas.
Run-lengh Encoding (RLE) dan Block Encoding (Quadtree)
Pada format BSQ,BIL dan BIP, perubahan format hanya menghasilkan perubahan sistematika penyimpanan data citra multisaluran,tanpa ada perubahan ukuran (jumlah bayt) data data.pada format RLE,jumlah bayt citra dapat dimampatkan,tanpa mengurangi kandungan informasinya.prinsip penyimpanan data dengan format ini adalah mengekspresikan kembali jumlah piksel yang berurutan dengan nilai sama,sebagai satu pasangan nilai.pada satu baris pelarikan terdapat beberapa piksel dengan nilai sama maka nilai-nilai tidak perlu setiap kali disimpan sebagai byte terpish.citra yang mewakili kenampakan objek dengan nilai relative homogen akan dapat disimpan dengan lebih efisien dan denan ukuran byte yang lebih kecil.

Kompresi Wavelet
Format BSQ,BIL,BIP,dan RLE merupakan format generik.berbagai perangkat lunak menggunakan prinsip yang kurang lebih serupa,meskipun disimpan dengan ekstensi yang berbeda-beda.perangkat lunak ILWIS dan IDRISI pada dasarnya menggunakan format BSQ ,sedangkan perangkat lunak ERDAS,ENVI dan ERMapper sebenarnya menggunakan format BIL.variasi yang lebih rumit dijumpai pada format menyimpanan dengan pemampatan (kopresi).

Kopresi wavelet merupakan suatu metode untuk memampatka informasi pada citra digital yang sangat efektif.meskipun metode kompresi ini mempunyai opsi untuk mempertahankan kualitas citra mendekati aslinya,pada umumnya metode ini dimanfaatkan untuk menyimpan citra pada tingkat pemampatan maksimal,yang sangat diperlukan dalam ternsfer data melalui surat elektronik dan pengunduhan (download) citra melalui internet.format kopresi wavelet yang banyak dikenal saat ini adalah MrSID,JPEG2000,dan ECW (nhanced compression wavelet) yang juga digunakan oleh perangkat lunak pengolah citra ER-Mapper.wavelet adalah gelombang kecil.

BAGAIMANA DIGITAL DITAMPILKAN SEBAGAI GAMBAR.

Citra byte (byte map) memerlukan suatu media yang dapat menggambarkanya dengan cara visual dan mudah ditangkap oleh indra menglihatan. Agar dapat diamati oleh mengguna atau analis secara interaktif.perangkat lunak mengolah citra membaca kembali byte demi byte pada data citra digital itu,kemudian ditampilkanya sebagai titik-titik gambar dengan warna atau tinkat keabuhan tertentu,sesuai dengan nilai byte.biasanya piksel pertama yang terbaca akan ditepatkan pada pojok kiri atas layar monitor
Pada data digital satelit yang diperoleh dari stasiun penerima,header juga berisi berbagai informasi perekam,tanggal perekam satelit,kemiringan sensor, dan sebagainya.kesalahan pembacaan header berakibat pada kesalah penempatan piksel di sepanjang baris dan kolom layar.

Konsep resolusi
Para penggunaan peta biasanya tidak secara langsung berbicara tentang skal.dalam bahasa peta-peta tercetek,para geograiwan,pertencana,dan surveyor pemataan biasanya menggunakan istilah skala,yaitu konsep yang menyatakan perbandingan antara ukuran yang tersaji pada peta dengan ukuran nyata.apabila mereka mereka bekerja dengan foto udara,untuk mencitraan berbasis digital,biasanya digunakan konsep resolusi.
Resolusi (disubut juga resolving power= daya pisah)adalah kemampuan suatu optic-elektronik untuk membedakan informasi yang secara spasial berdekatan atau secara spectral mempunyai kemiripan (swain dan davis,1978).dalam bidang penginderaan jauh, terdapat 4 resolusi yang sangat penting,yaitu resolusi spasial,resolusi spectral,resolusi radiometric,dan resolusi temporar. Dal praktek pengolahan citra,resolusi layar juga memegang perang penting.

Resolusi Spasial
Resolusi spesial adalah ukuran terkecil objek yang masih dapat dideteksi oleh suatu sistem pencitraan.semakin kecil ukuran ojek (tekecil) yang dapat terdeteksi,semakin halus atau tinggi resolusinya, semakin besar ukuran objek terkecil yang dapat terdetksi,semakin ksr atau rendah resolusinya.citra satelit SPOT yang beresolusi 10 dan 20 meter dapat disebut berresolusi (lebih) tinggi dibandingkan dengan citra satelit ladsat TM yang berresolusi 30 meter
Resolusi ini objek yang lebih kecil dari pada resolusi tersebut (misalnya 79 meter) tidak akan dapat diwakili atau di presentasikan sebagai objek itu sendiri secara individual.dalam praktis di jumpai bahwa objek dengan lebar kurang dari 1 piksel (misalnya selebar 10 meter di bandingkan resolusi special 30 meter) namun berbentuk memanjang,misalnya jalan,masih dapat dikenali dan di bedakan dari objek di sekitarnya. Semakin kasar resolusinya,semakin besar kemungkin suatu citra untuk menyajikan banyak mixel.

Hubungan antara resolusi spasial dengan skala citra. Hubungan yang cukup rumit antara resolusi spasial dengan skala citra.beberapa penulis, menjelaskan secara varsial.salah satu tulisan yang cukup lengkap mengenai hubungan tersebut terdapat dalam buku aronoff 2005,yang kemudian yang dijadika acuan dalam pembahasan. Aronoff mulai pembahasan dengan mengulas tresolusi foto udara, kemudia beralih ke resolusi citra digital.

Skala foto udara
Skla foto udara dihitung pada film,yang berfungsi sebai detector pada sistem fotografi.pada foto tercetak ( prin out) yang kadang-kadang dihasilkan melalui perbesaran ataupun pengecilan,serta kadang-kadang serta kadang-kadang memberikan kualitas tampilan visual yang bervariasi tergantung dari penggunaan foto kertas sehingga berpengaruh terhadap penilayan atas resolusinya.
Film dipasang pada suatu sistem sensor kamera yang punya jarak tertentu dari titik pusat lengsa,yang diyantakan sebagai panjang focus (f).jika jarak dari pusat lengsa kepermukaan medan adalah H maka skala pada film dihitung sebagai skal=f/H.proses perbesaran ataupun pengecilan maka skala foto yang dihasilkan dapat dianggap sama dengan skala film.
Sebagai contoh,suatu foto udara diambil dari ketinggian 3000 m terhadap permukaan medan dengan menggunakan lensa berpanjang focus 150mm. skla foto (atau tepatnya skal film) yang dihasilkan adalah 0,150m/3000m atau1: 20.000.skala ini disebut skala kontak proses cetak kontak skal kontak sama dengan skala film.skala foto sebesar 1 : 5.000,tetapi skala film tetaplah 1:20.000.pada film yang berskala 1:20.000. dengan kata lain,daya pisah secara spasial(resolusi spasial) foto tidaklah meningkat,meskipun skla foto diperbesar dari 1:20.000 menjadi 1:5.000.
Film untuk pemotretan udara biasanya mempunyai resolusi special tertentu,yaitu antara 100 hingga 150 lp/mm.satuan lp/mm menyatakan banyaknya pasangan garis (line pairs) pada interfal 1 lm.film tertentu bias mempunyai resolusi hingga 450 lp/mm.karena gerakan wahana dengan getaran kamera yang terpasang, revolusi film bias turung sehingga secara efektif terhitung 40 lp/mm (aronoff,2005).
Kombinasi antara skala dan resolusi berpengaruh pada kualitas citra,yang diyatakan dengan groud resovin distance (GRD), yang sering kali dipandang sebagai resolusi special efektif foto. GRD dapat dihitung dengan menggunakan rumus : GRD= factor skala/R diamana GRD diyartakan dalam mm,sebentara R merupakan  resolusi sistim yang menyatakan dala line pairs per mm,misalnya suatu sistem fotografi menghasilkan foto pada skala 1:20.000 dengan resolusi efektif film 40 lp/mm maka besarny GRD adalah 20.000/40=500 mm,atau 0,5 m.nilai GRd ini berlaku untuk film.\

Skala citra
Citra digital tidak mempunyai skala definitive,karena bias ditampilkan dengan dicetak pada sembarang skala.ada konsep groun sample distance (GSD),GSD merupakan jarak dilapangan yang diwakili lebar suatu piksel.suatu citra yang mempunyai piksel yang ukuranya mewakili ukuran 30 m x 30 m dilapangan maka GSD-nya adalah 30 m.begitu pula halnya kalau piksel suatu citra mewakili ukuran dilapangan sebesar 4 m x 4 m maka GDS adalah sebesar 4 meter.semakin kecil ukuran GSD,semakin halus detail yang dapat ditangkap oleh suatu sistim atau semakin tinggi pula resolusi spasialnya.
Dengan menggunakan analogi foto udara maka perhitungan skala suatu kamera digital dengan panjang focus 28 mm (= 0,028 m) dipasang di pesawat terbang dengan tinggi terbang 1800 m diatas permukaan medan maka kamera digital ini akan menghasilkan skala pada susunan detector sebesar f/H = 0,028/1800 =1:85.000
Besarnya GSD saat pengumpulan data untuk citra yang dihasilkan kamera digital itu daoat dihitung sebagai berikut : GSD = ukuran elemen detector x penyebut skala misalkan pada susunan detector tersebut berukuran 0,009 mm ( = 9 x 10 m) maka besarnya GSD saat pengumpulan data adalah 9 x 10 m 65.000 yaitu sekitar 0, 6 m. citra digital jarak disajikan pada skala kamera atau skala kontak karena terlalu kecil untuk pengamatan yang nyaman dimata.

Untuk keperluan pengamatan dan analisis,citra digital biasanya dicetak atau disajikan dilayar monitor pada skala yang berbeda dengan skala kontak,skla produk biasanya diukur dari perbandingan GSD produksi dengan GSD saat pengumpulan data.pada umumnya,ada nilai ambang untuk GSD produksi yang dipandang cukup nyaman bagi penglihatan (visual threshold),yaitu 300 dpi (dots per inch).dengan nilai GSD produksi sebesar 300 dpi (atau setara 0,0000847 m per piksel) bagi citra digital tersebut adalah : skala produksi optimum = ukuran piksel produksi/ GSD saat pengumpulan data = 0,0000847 m/0,6 m, yaitu sekitar 1: 7.000.

Resolusi spectral
Resolusi spektral adalah kemampuan suatu sistem elektronik untuk membedakan informasi (objek) berdasarkan pantulan atau pancaran spektralnya. Secara praktis dapat dikatakan bahwa smakin banyak jumlah saluranya (dan masing-masing cukup sempit),semakin tinggi kemungkinanya untuk membedakan objek berdasarkan respons spektralnya.dengan kata
Resolusi radiometric
Kemampuan sensor dalam mencatat respon spectral respon di nyatakan sebagai resolusi radiometric.sensor yang peka dapat membedakan selisi respons yang paling lemah sekalipun.secara langsung dikaitkan dengan kemampuan koding (digital coding),yaitu untuk mengubah insensitas pantulan atau pancaran spectral menjadi angka digital.
Bagi sensor dengan kemampuan koding 8 bit,sinyal 256 tingkat kecerahan,di mana 0 adalah untuk sinyal sterlemah tampak pada citra,sedankan sinyal terkuat tampak putih.kemampuan koding satelit sumberdaya dari waktu ke waktu berbeda-beda.landsat 1 (landsat 1,2 dan 3),misalnya,cara koding semacam ini diterapkan oleh EROS data center/EOSSAT, Amerika Serikat.untuk Eropa,seluru saluran MMS diterima dan diproses menjadi data dengan koding 8 bit (Mather,1987). Landsat TM dan SPOT HRV mempunyai kemampuan koding samapai 256 tingkat kecerahan. Untuk saat ini, sudah banyak citra satelit yang dihasilkan dalam 11 bit coding (2048 tingkat, misalnya citra ikonos, Quickbird dan Orbview.

Resolusi Spasial

Resolusi temporal adalah kemampuan suatu sistem untuk merekam ulang daerah yang sama. Satuan resolusi temporal adalah jam atau hari. Satelit GMS dapat merekam daerah yan g sama setiap 2 kali sehari. Satelit Landsat MSS dan TM  setiap 18 hari sekali untuk generasi 1, dan 16 hari sekali. Mentransformasikan apabila perlu, dan mengklasifikannya untuk memperoleh gambar yang lebih sederhana namun informative. Meskipun demikian, semua itu tak lepas dari pola spasial yang dihasilkan, yang kenyataannya mempermudah proses mental dalam mengenali objek yang dikaji.

Tahap awal dalam pengolahan citra untuk ekstraksi informasi adalah pemberian warna pada setiap julat (rentang, range) nilai pixel, dengan asumsi bawah tiap julat nilai memiliki kenampakan objek tertentu. Tahap berikutnya dalah transformasi nilai asli pixel sehingga dihasilkan nilai baru yang secara konfiguratif membentuk citra yang lebih tajam, jelas dan lebih mudah dianalisa  untuk keperluan tertentu. Tahap yang lebih rumit lagi adalah klasifikasi objek berdasarkan serangkain informasi serentak sejumlah nilai pixel dari beberapa saluran. Semua ini dicakup dalam studi pengolahan citra. Kecendrugan dewasa ini, pengembangan pengolahan citra diarahkan pada keterpaduan dalam penanganan data sumberdaya bersumber jamak ( multisource spatial data handling) dalam kerangkan sistem informasi geografis (SIG). melalui analisi data spasialdari berbagai sumber ini, data penginderaan jauh dapat dimanfaatkan lebih lanjut untuk penyadapan informasi yang secara langsu tidak dapat dikenali semata-mata melalui  respon spektralnya. Dengan demikian, pengolahan citra tak lagi hanya berorientasi pada pengembangan fungsi-fungsi aljabar-matematis, melainkan juga mencakup pengembangan fungsi-fungsi logis untuk pengolahan data nominal atau label (Richards dan Jia, 1999).