Remote Sensing dan Pengolahan Citra Digital

Saturday, February 2, 2013

1   Konsep Dasar Penginderaan Jauh

Penginderaan Jauh adalah ilmu dan seni untuk memperoleh informasi tentang suatu obyek, daerah, atau fenomena melalui analisis data yang diperoleh dengan suatu alat tanpa kontak langsung dengan obyek, daerah, atau fenomena yang dikaji.(Pelatihan Penginderaan Jauh Jakarta tahun 1999). Alat yang dimaksud adalah alat penginderaan atau sensor.  Pada umumnya sensor dipasang pada wahana yang berupa pesawat terbang, satelit, atau yang lainnya.  Obyek yang diindera atau yang ingin diketahui disini berupa obyek dipermukaan bumi.  Penginderaannya dilakukan dari jarak jauh sehingga disebut penginderaan jauh.

A. Sumber Tenaga Untuk Penginderaan Jauh.

Pengumpulan data dalam penginderaan jauh dilakukan dari jarak jauh dengan menggunakan sensor.  Dengan melakukan analisis terhadap data yang terkumpul ini dapat diperoleh informasi tentang obyek, daerah, atau gejala yang dikaji oleh alat indera tersebut.

Karena penginderaannya dilakukan dari jarak jauh, diperlukan tenaga elektromagnetik yang terdiri dari berkas atau Gambar 1-1 menyajikan spektrum elektromagnetik beserta nama bagian-bagiannya, panjang gelombang yang membatasinya, dan bagian-bagian yang digunakan dalam penginderaan jauh.

Gambar 1-1Spektrum Elektromagnetik dan Saluran yang digunakan dalam penginderaan Jauh

Puncak tenaga matahari yang berupa pantulan terletak pada panjang gelombang 0,5 mm, sedangkan puncak tenaga bumi yang berupa pancaran terletak pada panjang gelombang 9,7 mm. Oleh karena itu penginderaan jauh sistem fotografik menggunakan panjang gelombang sekitar 0,5 mm atau gelombang tampak dan perluasannya. Penginderaan jauh sistem termal menggunakan panjang gelombang sekitar 10 mm. Band penginderaan jauh menggunakan spektrum ultraviolet hingga spektrum gelombang mikro.

B.   Interaksi Energi Dengan Objek Dipermukaan

Tanpa memperhatikan sumbernya, semua radiasi yang dideteksi dengan sistem penginderaan jauh tentu melalui atmosfer dengan jarak atau panjang jalur tertentu yang bervariasi panjangnya. Sensor termal dari udara mendeteksi tenaga yang dipancarkan oleh obyek dibumi, dimana tenaga tersebut hanya melewati jarak di atmosfer yang relatif pendek.

Pengaruh atmosfer berbeda-beda sesuai dengan: perbedaan jarak yang dilalui, besarnya sinyal yang diindera, kondisi atmosfer, dan panjang gelombang yang digunakan. Atmosfer sangat besar pengaruhnya, antara lain terhadap intensitas dan komposisi spektral radiasi yang tersedia bagi suatu sistem penginderaan.

Hamburan ialah pantulan kearah serba beda yang disebabkan oleh benda yang permukaannya kasar dan bentuknya tidak menentu, atau oleh benda-benda kecil yang menyebar tak menentu. Interaksi antara tenaga elektromagnetik dengan atmosfer disajikan secara skematik pada gambar 2.

 C Teknik Perolehan Data Penginderaan Jauh

Secara umum , proses perolehan  data penginderaan jauh melalui wahana satelit diawali dengan adanya sistem sensor yang merekam energi elektromagnetik yang dipancarkan atau dipantulkan oleh objek di permukaan bumi, kemudian sensor tersebut meneruskan energi elektromagnetik yang diterimanya ke dalam sinyal elektonik analog. Sinyal elektronik tersebut kemudian diubah kedalam nilai digital yang kemudian dikirim ke stasiun penerima di bumi. Data digital tersebut dapat disimpan dalam media penyimpanan berupa pita magnetik, CD-Rom, floppy disk, atau media penyimpan lainnya.

 Gambar 1- 3 : Pengambilan dan Analisis DataPenginderaan Jauh

2.Pengolahan Citra Digital Data Penginderaan Jauh 

Data penginderaan jauh yang diperoleh dari penyiaman satelit terhadap permukaan bumi biasanya berbentuk digital. Citra digital tersebut disimpan dalam bentuk dua dimensi yang elemen-elemennya mewakili suatu daerah yang sangat kecil yang disebut pixels (picture element) dan setiap pixel berhubungan secara ruang dengan suatu luas pada permukaan bumi.

Agar data citra digital dapat ditampilkan atau dimanfaatkan untuk keperluan interpretasi, maka data citra  harus diolah dengan melalui berbagai teknik pengolahan citra secara digital. Proses pengolahan citra untuk aplikasi pemetaan dapat dikelompokan sebagai berikut :

A. Pemulihan Citra (Image Restoration)

Proses ini merupakan tahap  awal  untuk memulihan  data citra yang mengalami distorsi dan degradasi pada saat proses perolehan data (akuisisi data) sehingga citra yang diperoleh merupakan gambaran yang lebih sesuai dengan kondisi aslinya.  Oleh karena itu, sebelum data citra dianalisis, terlebih dahulu harus melalui proses pemulihan citra melalui pemberian koreksi geometrik.

B.Koreksi Radiometrik

Koreksi radiometrik dilakukan untuk mengurangi gangguan radiometrik yang terjadi akibat perbedaan iluminasi matahari , interaksi gelombang elektromagnetik dengan atmosfer, geometrik sudut pandang, dan karakteristik instrumen perolehan (akuisisi) data. Beberapa kesalahan radiometrik yang sering terjadi saat perekam data adalah sebagai berikut:

1) Kesalahan Detektor

Pada sistem sensor satelit Landsat TM digunakan 16 detektor yang merekam secara serentak  kecuali pada saluran termal yang hanya menggunakan 6 detektor. Apabila terjadi kegagalan pada salah satu detektor tersebut maka pada setiap piksel kolom ke n akan dicatat sebagai data 0, yang disebut sebagai kesalahan line drop out. Apabila posisi piksel yang gagal tersebut diketahui maka dapat dilakukan koreksi dengan interpolasi linier antara dua piksel tetangganya.

Apabila kegagalan detektor tidak terjadi secara total atau  kesalahan hanya terjadi pada kalibrasinya, sehingga salah satu detektor mencatat kecerahan piksel dua kali lebih banyak dibanding kecerahan yang dicatat oleh detektor yang lain dalam band yang sama, maka kesalahan yang terjadi disebut in-line striping .Kesalahan seperti ini dapat diketahui dengan menghitung histogram data citra pada masing-masing band untuk daerah yang relatif homogen. Apabila didapatkan histogram dengan nilai mean atau median yang berbeda mencolok dengan hitogram yang lain, maka dimungkinkan terjadi kesalahan ini.Kesalahan lain yang mungkin dapat terjadi adalah  kegagalan detektor melakukan akuisisi pada saat pertama scanning yang disebut kesalahan line-start.

Gambar 1-4 : Stripping

2) Kesalahan akibat pengaruh atmosfer

Radiasi matahari akan dapat ditangkap secara sempurna oleh detektor apabila dilewatkan pada ruang hampa. Karena pengaruh atmosfer bumi maka radiasi matahari akan dipantulkan atau dihamburkan. Pada panjang gelombang hijau akan dihamburkan empat kali lebih banyak dari pada panjang gelombang inframerah. Sedangkan akibat uap air dan gas lain yang terkandung dalam atmosfer akan banyak menyerap energi dalam panjang gelombang lebih dari 0,8 mm. Akibat penghamburan oleh atmosfer akan menambah kecerahan citra, sedangkan akibat absorsi akan mengurangi kecerahan citra.

 

    

Gambar 1-7 Absorbsi atmosfer

3) Kesalahan akibat pengaruh datang sinar matahari

Akusisi data untuk daerah Indonesia terjadi pada sekitar jam 09.00 sampai dengan jam 10.00 (pagi hari). Saat ini kedudukan matahari cenderung disebelah timur. Hal ini akan mengakibatkan bayangan (gelap) akan banyak terjadi pada sisi (lereng sebelah barat, sedangkan pada sisi sebelah timur akan cenderung mempunyai intensitas yang lebih tinggi).

Pengaruh sudut datang matahari akan mengakibatkan terdeteksi ciri-ciri tepi semu, yaitu perubahan derajat keabuan yang relatif tajam suatu obyek. Selain itu pengaruh sudut datang matahari juga akan mengakibatkan tepi akan terdeteksi lebih dominan pada arah-arah tertentu (Utara – Selatan).

Untuk mengurangi gangguan tersebut pada saat dilakukan proses pengolahan citra secara digital dilakukan proses proses filtering terhadap data citra .

Gambar 1-8: Sinar datang matahari

Gambar 1-9: Filtering

C.Koreksi Geometrik

Koreksi Geometrik dilakukan untuk menghilangkan kesalahan-kesalahan yang dapat terjadi  akibat keterbatasan alat penyiaman, wahana, dan sifat alamiah bumi.

Beberapa kesalahan geometri yang sering timbul pada saat perekaman data adalah:

a.    Kesalahan akibat kelengkungan bumi sehingga sudut akuisisi tidak tepat tegak lurus dengan tanah.

b.    Kesalahan akibat rotasi bumi yang dapat menimbulkan pergeseran dan pertambahan panjang daerah yang direkam oleh sensor.

c.    Kesalahan akibat kecepatan sistem sensor yang tidak benar-benar linier

d.    Kesalahan akibat ketinggian sistem sensor tidak konstan

Kesalahan - kesalahan diatas  akan mengakibatkan terjadinya pergeseran pusat citra, perubahan ukuran citra, dan perubahan orientasi koordinat citra yang sering disebut sebagai skewed.

D.Peningkatan Mutu Citra

Peningkatan mutu citra adalah salah satu proses pengolahan citra digital yang ditujukan  untuk mengubah nilai digital setiap elemen gambar baik secara tunggal maupun kelompok, sehingga gambaran yang diinginkan menjadi lebih jelas dan sebaliknya yang tidak diinginkan dapat dihilangkan atau dikurangi. Peningkatan mutu citra dapat dilakukan mengingat keterbatasan penglihatan manusia untuk mendeteksi perbedaan intensitas citra yang relatif kecil atau tekstur citra yang serupa.

 E.Interpretasi Citra Satelit

Interpretasi citra merupakan proses pengenalan objek dan elemen yang tergambar pada citra serta penggambarannya kedalam suatu peta tematik. Interpretasai citra dapat dilaksanakan secara visual maupun dijital. Interpretasi citra terdiri dari dua kegiatan utama yaitu : penyadapan data dari citra dan penggunaan data tersebut untuk tujuan tertentu.

1) Interpretasi Secara Visual

Pengenalan objek merupakan hal utama dalam interpretasi. Prinsip pengenalan objek berdasarkan atas karakteristik pada unsur interpretasi.  Unsur-unsur interpretasi tersebut terdiri dari sembilan butir, yaitu : rona dan warna, ukuran, bentuk, tekstur, pola, tinggi bayangan, situs, dan asosiasi. Identifikasi suatu  obyek secara visual diawali dengan pengenalan batas pada semua elemen kunci interpretasi. Tahap berikutnya di analisis dan akhirnya interpreter menggunakan semua penggetahuan dan pengalaman tematiknya, untuk interpretasi kajiannya. 

Unsur-unsur kunci dala  Interpretasi visual diantaranya adalah :

Tone,Shape, Size, Pattern,Textur, Shadow, Association

2) Interpretasi Secara Digital

Citra sistem satelit umumnya berbentuk citra optik atau citra analog. Pengolahan data secara visual memerlukan waktu relatif cukup lama dan informasi yang dapat digali dari data yang tersedia sangat dibatasi oleh kemampuan mata dan daya ingat manusia dalam menafsir data. Dengan kemajuan teknologi dalam perekaman data citra dapat tersedia dalam bentuk citra dijital, selain itu telah pula dapat dilakukan proses konversi dari data citra optik atau analog ke bentuk data citra digital. 

F.Klasifikasi Citra

Pengklasifikasian citra merupakan salah satu bagian penting pada analisis citra digital.  Tujuan dari proses klasifikasi citra adalah untuk mengidentifikasi dan kemudian mengkelompokan pola ciri citra dalam satu atau sejumlah kelas  atau kategori objek. 

G.Klasifikasi Terawasi

Pada jenis klasifikasi terawasi, identitas dan lokasi dari setiap ciri kelas atau bentuk penutup lahan (air, daerah pemukiman, tanah kering, dll) telah diketahui terlebih dahulu., baik  melalui peninjauan lapangan, analisis foto udara , atau dengan cara lainnya.

Proses klasifikasi dimulai dengan mempelajari citra yang akan diklasifikasikan dan membandingkannya dengan informasi referensi penunjang yang tersedia. Berdasarkan referensi penunjang kemudian dibentuk suatu set sempel yang elemennya terdiri dari piksel-piksel yang mewakili setiap kategori obyek yang telah diidentifikasi, biasanya dipilih piksel-piksel dengan variasi besar sehingga dapat mencerminkan karakter kelompok obyek bersangkutan, setelah seluruh data dapat dikelompokkan, hasil keluarannya disajikan dalam bentuk peta.

F. Klasifikasi Tak Terawasi

Klasifikasi tak terawasi adalah salah satu metoda yang digunakan untuk mengubah data citra multispektral menjadi kelas-kelas informasi tematik yaitu untuk mengidentifikasi dan menginterpretasikan suatu daerah penelitian. Dalam prosesnya, jenis klasifikasi tersebut tidak menggunakan suatu referensi penunjang apapun. Hal ini berarti bahwa proses tersebut hanya dilakukan berdasarkan tingkat keabuan setiap piksel pada citra. Pengelompokan piksel menjadi beberapa kategori obyek yang disebut sebagai cluster dilakukan melalui proses clustering. Pada proses tersebut data dikelompokkan menjadi sejumlah cluster .