Aplikasi Filtering dalam Penginderaan Jauh



A. Pendahuluan
Filtering merupakan suatu metode untuk menonjolkan suatu kenampakan pada citra sehingga lebih mudah dibedakan dengan kenampakan lain. Swain dan Davis (1978) memberikan batasan filter sebagai mekanisme yang dapat mengubah sinyal-sinyal optis, elektronis maupun digital, sesuai dengan kriteria tertentu. Lebih lanjut, keduanya menyatakan bahwa pemfilteran adalah suatu cara untuk ekstraksi bagian data tertentu dari suatu himpunan data, dengan menghilangkan bagian-bagian data yang tidak diinginkan. Fungsi dari filter pada pemrosesan citra adalah untuk menyeleksi suatu nilai piksel sehingga memiliki variasi nilai yang mampu menggambarkan kenampakan dengan lebih jelas dari citra asli. Untuk dapat menampilkan citra yang lebih jelas daripada citra aslinya maka diperlukan suatu penonjolan dan penyamaran dari nilai piksel. Dengan dilakukan operasi filtering diharapkan interpretasi visual dapat dilakukan dengan lebih mudah karena kenampakan menjadi lebih jelas.

Variasi nilai piksel pada sebuah citra diubah dengan menggunakan algoritma tertentu. Dengan menggunakan moving window/kernel dengan ukuran 3x3, 5x5 , 7x7 dan seterusnya. Setiap kernel tersebut juga memiliki bobot tersendiri yang tentunya juga mempengaruhi perubahan nilai piksel pada citra. Dengan bobot dan dari nilai piksel, dilakukan proses perubahan nilai piksel dengan menggeser kernel sampai semua bagian citra dilalui. Sehingga nilai piksel yang diubah sangat dipengaruhi oleh nilai piksel di sekitarnya.

Fisiografi atau kenampakan relief permukaan suatu daerah pada suatu citra penginderaan jauh seringkali tidak tergambarkan dengan jelas. Gambar yang ditangkap oleh sensor tidak selalu tepat dalam menggambarkan aspek fisiografis.  Hal tersebut akibat dari keterbatasan sensor maupun akibat gangguan dari luar, misalnya cahaya matahari. Intensitas cahaya yang berbeda ketika mengenai suatu daerah akan memberikan efek yang berbeda pula pada kenampakan yang direkam. Sehingga citra hasil perekaman tidak selalu menunjukkan efek fisiografi secara jelas. Dengan ditampilkannya aspek fisiografi pada citra, sehingga citra dapat dianalisis secara lebih mendalam mengenai bentuklahan sehingga dapat diketahui pula aspek penggunaan lahannya.

Berbagai metode dalam filtering dapat digunakan untuk menonjolkan aspek fisiografi pada citra. Melalui teknik pemfilteran, variasi relief yang kurang jelas pada citra asli dapat ditonjolkan, sehingga topografi suatu bentuklahan tertentu dapat dibedakan dari yang lain secara lebih baik (Projo Danoedoro, 1996). Aplikasi filtering dalam menonjolkan aspek fisiografi dapat dilakukan dengan berbagai metode, misalnya dengan filter high pass,  laplace, directional, shadow filter dan sebagainya. Pada tulisan ini hanya akan dilakukan pembandingan antara metode high pass, laplace dan directional.

B. Metode
Untuk melakukan pemfilteran spatial ini, digunakan softwere ENVI dan Arc-Gis. Citra yang digunakan adalah citra Landsat daerah Merapi yang telah di resize agar lebih mudah dalam mengamati kenampakan. Setelah citra telah difilter dengan ketiga metode tersebut kemudian setiap citra ditampalkan dengan kenampakan sungai dan garis kontur pada Arc-Gis, sehingga kesan fisiografi melalui pola aliran dan ketinggian dapat ditangkap dengan mudah.

Citra dilakukan filtering dengan menggunakan filter high pass, dan laplace, directional menghasilkan citra dengan kenampakan fisiografi dengan lebih jelas. Aspek warna/kombinasi warna sudah tidak lagi diperhatikan, karena penggunaan filter tersebut memang untuk menampilkan kesan fisiografi permukaan bumi dengan lebih jelas. Untuk menampilkan aspek tersebut akan lebih jelas jika digunakan gradasi/grayscale. 

Metode filtering yang dilakukan mengguunakan kernel ukuran 3x3 untuk kesemua metode. Setiap kernel tersebut memiliki bobot masing-masing yang antar metode berbeda bobotnya. Untuk metode directional input yang digunakan adalah 45. Dengan nilai input yang berbeda nantinya juga dihasilkan bobot yang berbeda untuk setiap kernel.
C. Hasil dan Pembahasan
Pada band 4 untuk setiap metode filtering terlihat kesan fisiografi sangat terlihat jelas jika dibandingkan dengan band yang lainnya. Namun yang ditampilkan pada band 4 tersebut merupakan fisiografi vegetasi. Hal tersebut karena vegetasi memiliki pantulan yang tinggi pada band 4. Untuk menonjolkan kesan fisiografi permukaan bumi dengan meminimalisisr pengaruh dari landcover yang seringkali berupa vegetasi, maka digunakan band yang peka terhadap objek tanah. Band yang dapat digunakan adalah band inframerah tengah maupun inframerah jauh. Disini akan digunakan band 5 untuk ditampalkan dengan sungai dan garis kontur. 

Setiap filter menunjukkan kenampakan fisiografi dengan lebih jelas pada citra. Perbedaan ketinggian dengan variasi yang besar mampu diperlihatkan sehingga aspek topografi pada citra hasil filter sangat jelas dibanding pada citra asli. Akan tetapi jika dibandingkan antara ketiganya, dapat dilihat hasil filtering menggunakan metode directional mampu menyajikan kesan fisiografi paling jelas. Hal tersebut karena pada tipe filter directional nilai kecerahan yang dihitung untuk arah sumbu x dan sumbu y.  Aspek bayangan yang besar akan menampilkan kesan 3D yang  lebih jelas pula. Dengan sudut 45 derajat yang digunakan dalam algoritma tersebut, kesan fisiografis yang ditampilkanpun dapat maksimal. Secara visual kesan timbul tersebut tampak sangat jelas pada hasil filter directional.

Pada hasil filter laplacian aspek fisiografis tampak terlihat lebih halus dibanding filter highpass dan laplacian. Terlihat kenampakan rekahan pada daerah disekitar gunung merapi dan merbabu.  Jika pada filter highpass kenampakan dengan pantulan yang tinggi akan ditampilkan dengan rona yang lebih terang. Hal tersebut terlihat pada objek berupa material pasir dari merapi.  Aspek yang terlihat dari hasil filtering dengan highpass dan laplacian juga memperlihatkan aspek perbedaan ketinggian atapun kedalaman.

Setelah dilakukan penampalan dengan kenampakan sungai dan garis kontur secara umum semua citra hasil filter mampu memberikan kesan ketinggian lebih jelas. Kenampakan fisiografi yang paling terlihat hasil pertampalan dengan sungai dan garis kontur adalah pada hasil filter directional, sementara untuk highpass dan laplacian hampir menunjukkan kesan yang sama.


D. Kesimpulan
Aplikasi dari filtering ini sangat penting digunakan untuk menonjolkan kenampakan topografi suatu daerah, sehingga aspek geologi maupun geomorfologi dapat diketahui. Bentuk dan jenis batuan juga dapat diindera ketika diketahui bentuklahan suatu daerah. Suatu bentuklahan dapat diketahui jika informasi berupa rekahan, igir ataupun suatu sub satuan lahan yang lain mampu ditonjolkan. Selain itu dengan pendekatan geologi maupun geomorfologi dapat diketahui aspek lain misalnya pola spasial objek.

E. Acuan
Danoedoro, Projo. 1996. Pengolahan Citra Digital. Fakultas Geografi. Universitas Gadjah Mada : Yogyakarta


(untuk file lengkap dapat diminta ke penulis)






FORMAT PENYIMPANAN CITRA DIGITAL


Citra digital adalah citra yang diperoleh, disimpan dan dianalisis ddengan basis logika biner. Perolehan citra ini dapat dihasilkan dari pelarikan, yaitu melakukan perekaman dengan sensor berupa scanner. Citra digital dapat merupakan citra yang dihasilkan/dibuat dengan perangkat lunak tertentu CAD (computer-aided design) atau citra hasil perekaman melalui sensor yang dipasang pada suatu wahana tertentu. Kemudian penyimpanan yang dilakukan dilakukan pada media magnetic (disket, flash disk, hark disk, CD, atau CCT dan ditampilkan dalam monitor menjadi sebuah gambar.

Untuk mendapatkan citra digital diperoleh dengan meniru suatu objek pada kenampakan nyata. Secara sederhana citra digital dapat diperoleh dengan penggambaran secara digital melalui perangkat lunak. Selain itu citra dapat diperoleh dari perekaman dengan bantuan scanner. Yaitu dengan menangkap informasi pancaran dan pantulan gelombang elektromagnetik secara parsial/ tak serentak. Perekaman secara parsial tersebut dilakukan dengan pelarik/scanner menangkap informasi tiap bagian dan dicatat dalam computer. Misalnya perekaman dilakukan dari kiri atas ke kanan dan kembali lagi ke kiri, kemudian memulai baris baru untuk melakukan perekaman lagi. Setiap bagian direkam tersusun oleh bagian terkecil gambar yaitu pixel (picture element). Setiap pixsel/piksel memiliki dua aspek, yaitu aspek spatial yang berhubungan dengan ukuran objek terkecil yang digambarkan dan aspek spectral yaitu nilai spectral dari tiap piksel.

Proses kerja dari scanner mirip dengan proses kerja computer, karena nantinya citra hasil penyiaman tersebut diproses juga dalam computer. Kemuampuan dari computer&sensor untuk mengubah informasi pantulan dan pancaran elektromagnetik berbeda-beda. Saat ini kebanyakan sensor bekerja dalam 8 bit. Bit merupakan satuan terkecil informasi yang menggambarkan ada tidaknya arus listrik yang masuk. Basis bilangan yang digunakan oleh computer adalah basis biner, karena computer merupakan perangkat yang bekrja dengan arus listrik. Basis biner adalah bilangan 0 yang menunjukkan mati/ tidak ada arus listrik dan bilangan 1 menunjukkan ada arus listrik yang masuk.

Pada system 8 bit, akan memiliki kemungkinan 28 atau 256 informasi pada tiap piksel. Sebuah sensor yang merekam dengan pantulan yang sangat lemah atau tidak ada cahaya yang masuk maka nilai yang muncul adalah 00000000, artinya register tidak mencatat ada arus yang masuk sehingga tampak hitam/sangat gelap.  Sebaliknya apabila sensor merekam sinyal yang sangat kuat, maka register akan teraliri arus pada semua sel dan mencatat sebagai nilai 11111111 atau 255. Nilai tersebut berarti putih/ sangat cerah.

Informasi dalam basis 8 bit akan disimpan dalam byte. Dalam 1 byte terdiri dari 8 bit. Tiap piksel akan memiliki nilai byte tersendiri. Maksudnya adalah tiap 1 piksel citra akan disimpan dalam 1 byte , sementara dalam 1 byte tersebut tiap piksel terdiri dari 8 bit. Misalkan sebuah citra dengan ukuran 1000 piksel x 1000 piksel, maka kapasitasnya adalah 1.000.000 byte.

Semakin besar ukuran citra maka akan semakin banyak piksel yang terdapat dalam citra tersebut sehingga ukuran file juga semakin besar. Penyimpanan dengan merekam tiap piksel menurut posisi baris dan kolom dinamakan penyimpanan raster. Penyimpanan ini boros tempat, karena tidak dilakukan kompresi. Namun penyimpanan tersebut mempermudah apabila akan melakukan convert ke format lain dalam perangkat lunak lain, atau akan melakukan manipulasi.

Berkembangnya system multispectral membuat penyimpanan secara efisien semakin dibutuhkan. Citra multispectral menggambarkan daerah yang sama namun memiliki variasi nilai spectral yang berbeda. System penyimpanan pada saluran multispectral tersebut dapat dilakukan dengan format BSQ,BIL dan BIP dan RLE. Pada format BSQ, BIL dan BIP tidak dilakukan kompresi, sedangkan pada format RLE dilakukan kompresi untuk piksel yang memiliki nilai yang sama. Piksel tersebut disimpan tidak dipisahkan dalam byte sendiri.

Citra digital merupakan kumpulan dari piksel-piksel. Sebuah piksel memiliki dua buah nilai, yaitu nilai spatial dan nilai spectral. Nilai spatial berkaitan dengan ukuran objek terkecil yang mampu terlihat, sedangkan nilai spectral berkaitan dengan nilai objek menurut dengan pola pantulan spektralnya. 

Untuk menampilkan sebuah citra, setiap perangkat lunak/softwere memiliki system yang berbeda-beda dalam menyimpan citra. Terdapat dua cara penyimpanan, yaitu dengan kompresi, yaitu memampatkan nilai piksel yang nilainya sama, dan non kompresi, yaitu tanpa melakukan pemampatan, artinya dalam satu piksel disimpan dalam 1 bytes. Yang termasuk cara penyimpanan/format penyimpanan non kompresi adalah BSQ (Band Sequential), BIL (Band Interleaved by Line), dan BIP (Band  Interleaved by Pixel).

Format penyimpanan BSQ adalah, cara penyimpanan yang memisahkan citra pada setiap band/salurannya. Citra digital tersebut disimpan berurutan dari baris pertama saluran pertama, kemudian baris kedua saluran kedua dan seterusnya sampai baris terakhir saluran pertama dan disimpan dalam satu file dengan header citra saluran 1. Penyimpanan dilanjutkan pada saluran kedua, pada baris pertama, kemudian pada baris kedua saluran kedua dan seterusnya sampai selesai. Jadi setiap band yang disimpan memiliki header masing-masing.

Format penyimpanan BIL adalah cara penyimpanan dengan mendasarkan pada urutan baris namun tidak memisahkan pada tiap band/saluran tetapi digabungkan menjadi satu dan memiliki hanya satu header citra. Penyimpanan dilakukan pada baris pertama saluran pertama, dilanjutkan baris pertama saluran kedua dan seterusnya setelah semua saluran pada baris pertama tersimpan maka dilanjutkan baris kedua untuk semua saluran.
Format penyimpanan BIP mendasarkan pada penyimpanan sesuai dengan urutan pikselnya. Jadi piksel pertama pada saluran pertama dilanjutkan piksel pertama pada saluran kedua dan selanjutnya. Setelah semua piksel pertama pada semua saluran sudah semua tersimpan dilanjutkan pada piksel kedua saluran pertama dan seterusnya. Pada format ini, citra juga hanya memiliki satu header.

Format penyimpanan BSQ, BIP dan BIL memiliki cara masing-masing dan tentunya memiliki kelemahan dan kelebihan. Format BSQ memiliki kapasitas paling besar dari format yang lain, karena setiap band disimpan dalam bagian tersendiri dengan header sendiri, namun data yang tersimpan tidak mudah rusak. Misalnya terdapat kerusakan salah satu nilai piksel pada salah satu band, maka band lain masih dapat terbaca dengan baik, karena disimpan dalam bagian tersendiri.

Untuk format pentimpanan BIL dan BIP hamper sama file nya ringan karena disimpan dalam satu bagian, akan tetapi apabila terdapat salah satu nilai piksel yang rusak atau tidak terbaca, maka citra akan rusak karena piksel yang rusak tadi akan dimasuki piksel selanjutnya, sehingga informasi yang tersimpan menjadi bergeser semua.


Untuk dapat ditampilkan sebagai gambar, hasil dari kode-kode tersebut harus dibaca lagi oleh computer tiap piksel citra tersebut. Kemudian citra tersebut dapat ditampilkan secara visual dalam layar monitor. System penyimpanan tersebut memiliki suatu sub-file yang disebut header citra yang berisi informasi citra. Dari informasi tersebut kode-kode tersebut dapat dirangkai kembali menjadi suatu gambar.

Setiap piksel dalam citra menggambarkan nilai pantulan dan pancaran objek di permukaan bumi. Untuk dapat mengetahui objek tersebut dalam citra diperlukan kemampuan ekstraksi informasi dengan menganalisis nilai piksel tersebut. Untuk mempermudah pengenalan memang sangat dipengaruhi juga oleh aspek spatial yang semakin baik resolusi spatial/ banyak piksel akan semakin mudah pengenalan objek tersebut.

Dalam pemrosesan citra dapat dilakukan pengolahan suatu citra untuk mempermudah dalam analisis karena banyak sekali gangguan yang diterima sensor dalam perekaman. Pengolahan citra tak lagi hanya berorientasi pada pengembangan fungsi-fungsi aljabar matematis, melainkan juga mencakup pengembangan fungsi-fungsi logis untuk pengolahan data nominal dan label. (Richards,1986)


Sumber : 
Danoedoro, Projo. 1996. Pengolahan Citra Digital. Fakultas Geografi. Universitas Gadjah Mada : Yogyakarta
Habib. 2011. Bahan Kuliah Pemorsesan Citra Digital. Fakultas Geografi. Universitas Gadjah Mada : Yogyakarta
Habib. 2011. Laporan Praktikum Pemrosesan Citra Digital.Fakultas Geografi. Universitas Gadjah Mada : Yogyakarta

Pelatihan Penelitian Aspek Sosial dan Fisik di Pantai Bugel

Sebagai seorang geograf, kegiatan penelitian tidak akan pernah bisa untuk ditinggalkan. Kegiatan penelitian ini dimaksudkan untuk mengidentifikasi masalah dan memecahkannya. Pengenalan kegiatan penelitian haruslah dilakukan sedini mungkin, maka dari itu, untuk mengenalkan kegiatan penelitian mahasiswa angkatan baru yaitu angkatan 2010, GSC melakukan kegiatan pelatihan penelitian di Pantai Bugel pada hari sabtu tanggal 26 Februari 2011. Pantai ini terletak di Kabupaten Kulon Progo dan relatif sepi pengunjung.

Kelompok penelitian ini terbagi dalam dua tim, yaitu tim yang melakukan penelitian di bidang sosial terlebih dahulu yang kemudian dilanjutkan dengan penelitian di bidang fisik dan tim yang melakukan kegiatan penelitian di bidang fisik terlebih dahulu yang kemudian dilanjutkan dengan penelitian di bidang sosial. Pembagian kelompok ini bertujuan agar semua mahasiswa dapat berkesempatan menggunakan alat-alat praktek yang terbatas. Dalam melakukan kegiatan penelitian di bidang sosial ini, mahasiswa harus berhati-hati dalam memberikan pertanyaan kepada warga masyarakat karena warga masyarakat di sekitar Pantai Bugel ini menjadi lebih sensitif jika menyangkut tentang pertambangan pasir besi yang dicanangkan oleh pemerintah daerah setempat. Untuk itu, dalam pelatihan kali ini, mahasiswa harus pintar-pintar memberikan pertanyaan kepada masyarakat sekitar. Kelompok yang kedua, meneliti tentang aspek fisik yaitu mengenai kemiringan lereng, membuat garis kontur dengan alat-alat praktikum, menghitung ketinggian muka air laut.

Setelah masing-masing kelompok menyelesaikan penelitian di semua bidang, mahasiswa diwajibkan untuk membuat hasil dari penelitiannya tersebut dan kemudian dipresentasikan. Waktu presentasi hanya disediakan sekitar 15 menit, untuk itu mahasiswa diharapkan dapat memberikan informasi yang langsung menuju ke pokok permasalahan dan penyelesaiannya. Setelah semua kelompok mempesentasikan hasil penelitiannya, maka kegiatan selanjutnya adalah pelantikan anggota baru GSC tahun 2011-2012. Acara pelantikan ini dipimpin oleh Presiden GSC Lintang, yang diikuti oleh pengucapan janji anggota GSC.

Kegiatan penelitian ini merupakan serangkaian agenda kegiatan GSC pada satu tahun ke depan yang selanjutknya akan dilakukan kegiatan-kegiatan lain sesuai dengan minat divisi masing-masing mahasiswa. Melalui kegiatan pelatihan penelitian ini diharapkan sebagai seorang geograf, mahasiswa dapat lebih peka terhadap permasalahan di sekitar dan mempunyai sosuli untuk pemecahan masalah tersebut.