EKSTRAKSI JALAN SECARA OTOMATIS DENGAN DETEKSI TEPI CANNY PADA FOTO UDARA TESIS OLEH: ANDRI SUPRAYOGI NIM :

EKSTRAKSI JALAN SECARA OTOMATIS DENGAN DETEKSI TEPI CANNY PADA FOTO UDARA (Menggunakan Transformasi Wavelet Untuk Penghalusan Citra )

TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung

OLEH: ANDRI SUPRAYOGI NIM : 25105006 Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

Created with Print2PDF. To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/

ABSTRAK Ekstraksi Jalan Secara Otomatis Dengan Deteksi Tepi Canny Pada Foto Udara (Menggunakan Transformasi Wavelet Untuk Penghalusan Citra )

Oleh Andri Suprayogi NIM : 25105006 Pada penelitian ini dilakukan proses ekstraksi unsur jalan secara otomatis yang terdiri dari proses deteksi tepi dan pengenalan jalan. Proses deteksi tepi dilakukan dengan menggunakan deteksi tepi metode Canny yang telah dikenal secara luas, sedangkan pengenalan jalan dilakukan dengan Analisis Watershed, analisis keterhubungan dan analisis ketetanggaan antar piksel. Pre-prosessing prosedur dengan penghalusan citra menggunakan transformasi Wavelet untuk menurunkan pengaruh derau dan

variasi tekstur yang dapat menjadi penyebab kesalahan

deteksi tepi dilakukan sebelum proses deteksi tepi Canny. Pada transformasi Wavelet terdapat pemisahan atau dekomposisi secara multi level yang menghasilkan citra

aproksimasi dalam berbagai resolusi. Tujuan utama dari

penelitian ini adalah untuk mengkaji keterkaitan antara hasil ekstraksi jalan dengan level dekomposisi untuk menunjukkan kualitas hasil ekstraksi jalan secara otomatis terkait dengan level dekomposisi

i


Abstract Automatic Road Extraction Using Canny Edge Detection From Aerial Images (with Wavelet Transform for image smoothing)

By Andri Suprayogi NIM : 25105006 In this research automatic road extraction were carried out. It is consist of road edge detection and road features recognition. The edge detection process was carried out with well known Canny edge detection, while the road feature recognition were using watershed analysis, pixel connectivity analysis and pixel neigbourhood analysis. Pre-processing procedure with image smoothing and Wavelet Transformation to reduce noises and texture variations which can be sources of edge etection error were done prior to Canny Edge Detection. In Wavelet transformation there are separation or decomposition which can be done repetitively in multi level that produces aproximation images in various resolution. The final goal is to investigate the link between road extraction result and the decomposition level to show how good the result of automatic road extraction process relate to decomposition level.

ii


Ekstraksi Jalan Secara Otomatis Dengan Deteksi Tepi Canny Pada Foto Udara (Menggunakan Transformasi Wavelet Untuk Penghalusan Citra ) Oleh

Andri Suprayogi NIM : 25105006 Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tim Pembimbing Tanggal ………………………..

Pembimbing I

Pembimbing II

___________________________

______________________

(D. Muhally Hakim, Dr, Ir, M. Sc.)

(Saptomo H. Mertotaroeno, Ir., M. Sc.)

iii


PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.

iv


Dipersembahkan kepada Kedua Orang Tuaku, Anwari Suratman dan Sri Suprapti, yang dengan sabar mendukung dan menyemangati dalam menjalani penyelesaian penelitian ini

v


UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis sangat berterima kasih pada yang terhormat Bapak D. Muhally Hakim, Dr, Ir, M. Sc. dan Bapak Saptomo H. Mertotaroeno, Ir., M. Sc. sebagai Pembimbing,

atas segala saran, bimbingan dan nasehatnya selama penelitian berlangsung dan selama penulisan tesis ini.

vi


Daftar Isi Abstrak................................................................................................................ Abstract................................................................................................................

i ii

Lembar Pengesahan.............................................................................................. Pedoman Penggunaan Thesis................................................................................ Persembahan......................................................................................................... Ucapan Terima kasih............................................................................................

iii iv v vi

Daftar Isi.............................................................................................................. Daftar Lampiran.................................................................................................. Daftar Gambar dan Ilustrasi................................................................................. Daftar Tabel.........................................................................................................

vii ix x xii

Bab I I.1 I.2 I.3 I.4 I.5 I.6

1 1 3 4 5 7 7

Pendahuluan............................................................................................ Latar Belakang......................................................................................... Identifikasi Permasalahan........................................................................ Tujuan & Sasaran Penelitian.................................................................... Metodologi Penelitian............................................................................. Batasan Penelitian.................................................................................... Struktur Penulisan Thesis........................................................................

Bab II Tinjauan Pustaka.................................................................................... II.1 Ekstraksi unsur jalan pada citra ............................................................... II.1.1 Deteksi Tepi Unsur Pada Citra.................................................... II.1.2 Deteksi Tepi Canny.................................................................... II.2 Teori Wavelet.......................................................................................... II.2.1 Dekomposisi Wavelet Pada Citra............................................. II.2.2 Pengolahan Citra Dengan Transformasi Wavelet......................... II.3 Pengenalan Jalan Pada Hasil Deteksi Tepi.............................................. II.3.1 Analisis Watershed...................................................................... II.3.2 Template Matching..................................................................... II.3.3 Analisis Perubahan Arah............................................................. II.3.4 Analisis Keterhubungan.............................................................

9 9 10 12 17 20 22 25 26 27 28 29

BAB III Pelaksanaan Penelitian........................................................................... III.1 Data Dan Sampel.................................................................................. III.2 Peralatan Yang digunakan.................................................................... III.3 Tahap Persiapan ................................................................................... III.3.1 Pemotongan Citra...................................................................... III.3.2 Resampling ukuran Citra ke 512x512 piksel............................. III.4 Dekomposisi Wavelet Pada Citra ......................................................... III.4.1 Dekomposisi ke Level 1, 2, dan 3.............................................

30 30 31 31 32 32 33 33

vii


III.4.2 Penghitungan Cakupan Dari Citra Hasil Dekomposisi............ III.4.3 Penajaman Citra Dengan Ekualisasi Histogram Adaptif........... III.5 Deteksi Tepi Dengan Metode Canny.................................................... III.6 Pengenalan Jalan.................................................................................... II.6.1 Analisis Watershed.................................................................... III.6.2 Eliminasi Percabangan............................................................... III.6.3 Eliminasi Untaian Garis Yang Arahnya Berubah Cepat.......... III.6.4 Eliminasi Segmen Pendek..........................................................

35 35 38 40 40 43 44 44

BAB IV Analisis.................................................................................................. IV.1 Pendekatan Analisis.............................................................................. IV.1.1 Analisis Terhadap Proses Dekomposisi...................................... IV.1.2 Analisis Terhadap Hasil Ekstraksi Jalan.................................... IV.2 Penghitungan Statistik Citra Aproksimasi...................................... IV.2.1 Rekonstruksi Wavelet................................................................ IV.2.2 Penghitungan Selisih Citra Hasil Rekonstruksi.......................... IV.2.3 Representasi Sebaran Selisih Secara Spasial............................. IV.3 Penghitungan Nilai Persentase Kelengkapan Dan Ketepatan................ IV.3.1 Pengadaan Citra Referensi.......................................................... IV.3.2 Overlay Hasil Ekstraksi Dengan Data Referensi........................ IV.3.3 Penghitungan Nilai Ketelitian Hasil Ekstraksi............................

47 47 47 47 48 48 49 50 52 52 54 55

BAB V Kesimpulan Dan Saran........................................................................... V.1 Kesimpulan............................................................................................. V.2 Saran........................................................................................................

62 62 63

Daftar Pustaka ......................................................................................................

64

viii


Daftar Lampiran Lampiran I Hasil Deteksi Tepi Canny................................................................

66

Lampiran II Hasil Analisis Watershed................................................................

69

Lampiran III Kliping hasil deteksi tepi................................................................

74

Lampiran IV Hasil pengenalan bentuk ...............................................................

81

Lampiran V Tabel Jumlah Piksel Hasil Ekstraksi Jalan ......................................

88

Lampiran VI Kode Pemrograman Matlab............................................................

89

ix


Daftar Gambar Dan Ilustrasi Gambar I.1 Diagram alir proses dekomposisi.................................................... Gambar I.2 Diagram alir proses deteksi tepi dan pengenalan jalan...................

5 6

Gambar II.1. Gambar II.2. Gambar II.3. Gambar II.4 Gambar II.5. Gambar II.6. Gambar II.7 Gambar II.8 Gambar II.9 Gambar II.10 Gambar II.11 Gambar II.12 Gambar II.13. Gambar II.14 Gambar II.15 Gambar II.16 Gambar II.17 Gambar II.18 Gambar II.19 Gambar II.20 Gambar II.21 Gambar II.22 Gambar II.23 Gambar II.24 Gambar II.25 Gambar II.26 Gambar II.27 Gambar II.28 Gambar II.29 Gambar II.30 Gambar II.31

Matriks Template Pendeteksi Tepi.......................................... Gambar proses konvolusi........................................................ Contoh Hasil Deteksi Tepi Prewitt.......................................... Citra dengan derau dan tekstur dan hasil deteksi tepi Prewittnya. Matriks template dari filter Gaussian....................................... Hasil deteksi tepi pada citra terfilter......................................... Jarak Euclides pada satu piksel dengan piksel sekitarnya........ Contoh proses thinning.............................................................. Contoh proses deteksi tepi Canny............................................. Citra, Variasi intensitas dan frekuensinya pada satu baris citra Fungsi Jendela........................................................................... Fungsi Jendela dan hasil pemisahannya.................................... Sinyal yang frekuensinya berubah seiring dengan waktu........ Beberapa bentuk Fungsi Wavelet............................................. Plot Sinyal Diskrit..................................................................... Plot rata-rata dan selisih sampel............................................... Unit satuan rata-rata sinyal dan selisih sinyal.......................... Dekomposisi Multilevel............................................................ Proses dekomposisi dua dimensi............................................... Diagram alur dekomposisi multilevel........................................ Diagram alur Rekonstruksi........................................................ Variasi kelompok nilai piksel.................................................... Citra aproksimasi (level 1) dan hasil deteksi tepinya................ Contoh Analisis Watershed....................................................... Contoh Pembuatan buffer.......................................................... Contoh bentuk citra template.................................................... Partisi 3x3 dari suatu citra biner............................................... Eliminasi piksel pada template matching................................. Batas perubahan arah pada data vektor dan raster.................... Hubungan 4-koneksi dan 8 koneksi.......................................... Pengkodean untaian piksel........................................................

10 10 11 12 13 14 15 15 16 17 18 18 19 20 21 21 21 22 23 24 24 24 25 26 27 27 28 28 29 29 29

Gambar III.1 Gambar III.2 Gambar III.3 Gambar III.4 Gambar III.5 Gambar III.6 Gambar III.7

Area sampel pada Data foto udara............................................. Hasil resampling ke citra berukuran 512x512 piksel................. Susunan hasil dekomposisi......................................................... Hasil dekomposisi dengan fungsi wavelet haar......................... Hasil dekomposisi dengan fungsi wavelet db3........................... Hasil dekomposisi dengan fungsi wavelet sym3......................... Histogram citra asli dan aproksimasinya dengan db3

31 32 34 34 34 35

x


Gambar III.8 Gambar III.9 Gambar III.10 Gambar III.11 Gambar III.12 Gambar III.13 Gambar III.14 Gambar III.15 Gambar III.16 Gambar III.17 Gambar III.18 Gambar III.19 Gambar III.20 Gambar III.21.

pada level 1................................................................................. Citra hasil dekomposisi db3 dan penajamannya........................ Histogram Dekomposisi db3 ....................................................... Hasil Deteksi tepi Canny pada citra asli....................................... Hasil deteksi tepi pada citra hasil dekomposisi db3 (lanjutan).... Hasil analisis watershed pada citra asli........................................ Contoh Hasil analisis watershed yang diterapkan pada citra hasil dekomposisi haar................................................ Hasil buffering pada citra asli...................................................... Hasil buffering pada dekomposisi haar level 1............................ Kliping Deteksi Tepi pada citra asli............................................ Kliping Deteksi Tepi deteksi tepi – db3...................................... Template dan hasil pencocokannya............................................. Zone arah dan sudut perubahannya............................................. Hasil pengenalan jalan pada citra asli........................................ Contoh hasil pengenalan jalan pada dekomposisi db3..............

36 37 38 39 39 41 41 42 42 42 43 44 44 45 45

Gambar IV.1 Citra hasil rekonstruksi dari transformasi - db3........................... 48 Gambar IV.2 Grafik statistik selisih hasil rekonstruksi..................................... 49 Gambar IV.3 Histogram selisih piksel hasil rekonstruksi dengan citra asli..... 50 Gambar IV.4 Sebaran selisih hasil rekonstruksi................................................. 51 Gambar IV.5 Data vektor referensi.................................................................... 52 Gambar IV.6 Elemen garis data referensi......................................................... 53 Gambar IV.7 Total jumlah piksel garis data referensi....................................... 54 Gambar IV.8. Contoh hasil overlay pada citra db3............................................. 54 Gambar IV.9 Variasi jumlah piksel terekstrak pada citra hasil dekomposisi..... 56 Gambar IV.10 Variasi jumlah piksel hasil overlay pada citra hasil dekomposisi 57 Gambar IV.11 Variasi persentase kelengkapan hasil ekstraksi............................ 58 Gambar IV.12. Variasi persentase ketepatan hasil ekstraksi pada......................... 59

xi


Daftar Tabel Tabel III.1 Komponen georeferensi foto udara....................................................... Tabel III.2 Peralatan yang digunakan..................................................................... Tabel III.3. Komponen georeferensi citra hasil pemotongan................................. Tabel III.4 Komponen georeferensi citra hasil resampling................................... Tabel III.5 Cakupan citra hasil dekomposisi haar.................................................. Tabel III.6 Cakupan citra hasil dekomposisi db3 dan sym3................................... Tabel III.7 Nilai pengali threshold pada analisis Watershed................................... Tabel III.8 Variabel jarak buffer pada hasil dekomposisi haar............................... Tabel III.9 Panjang untaian piksel minimum..........................................................

30 31 32 33 35 35 40 41 45

Tabel IV.1 Statistik Selisih nilai piksel dengan citra asli........................................ 49 Tabel IV.2 Total jumlah piksel verteks tereduksi................................................... 53 Tabel IV.3 Perbandingan hasil analisis................................................................... 60 Tabel IV.4 Sebaran rank dari setiap hasil proses analisis....................................... 61

xii


EKSTRAKSI JALAN SECARA OTOMATIS DENGAN DETEKSI TEPI CANNY PADA FOTO UDARA TESIS OLEH: ANDRI SUPRAYOGI NIM :

Recommend Documents