KAJIAN PENCOCOKAN CITRA DIGITAL SETELAH LOW‐PASS FILTER DAN HIGH‐PASS FILTER DENGAN TEKNIK KORELASI Draft Tugas Akhir Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana Teknik Disusun oleh : Ahmad Niam Azmy 151 03 034
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian Institut Teknologi Bandung 2008
LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana KAJIAN PENCOCOKAN CITRA DIGITAL SETELAH LOW PASS FILTER DAN SETELAH HIGH PASS FILTER DENGAN TEKNIK KORELASI
Adalah benar dibuat saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, Juni 2008 Penulis
Ahmad Niam Azmy NIM 151 03 034 Bandung, Juni 2008 Pembimbing Pembimbing I
Pembimbing II
Bambang Setyadji, Dr., Ir., MT NIP 131 944 836
Andri Hernandi, Ir., MT NIP 888 035 102
Mengetahui Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Ketua,
Dr. Ir. Wedyanto Kuntjoro, M.Sc NIP 131 690 328
PERNYATAAN SELESAI PENULISAN SKRIPSI Yang bertanda tangan di bawah ini : Nama
: Ahmad Niam Azmy
NIM
: 151 03 034
Dengan ini menyatakan bahwa Tugas Akhir saya dengan judul : KAJIAN PENCOCOKAN CITRA DIGITAL SETELAH LOW PASS FILTER DAN SETELAH HIGH PASS FILTER DENGAN TEKNIK KORELASI adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya, baik sebagian maupun seluruhnya, baik oleh saya maupun oleh orang lain, baik di ITB maupun di Institusi pendidikan lainnya.
Bandung, Juni 2008 Penulis,
Ahmad Niam Azmy NIM 151 03 034
Mengetahui, Pembimbing I
Pembimbing II
Bambang Setyadji, Dr., Ir., MT
Andri Hernandi, Ir., MT
NIP 131 944 836
NIP 888 035 102
ABSTRAK Transformasi Fourier telah berkembang menjadi alternatif solusi untuk memecahkan masalah dalam beberapa bidang keilmuan. Salah satunya pada otomatisasi fotogrametri yang berhubungan dengan pencocokan citra secara digital. Fast Fourier Transform merubah citra dari domain spasial menjadi citra dalam domain frekuensi. Citra dalam domain frekuensi dapat memberikan informasi spektrum sinyal suatu citra. Informasi spektrum sinyal dapat memberikan informasi suatu citra yang tidak terlihat secara visual dalam domain spasial, sehingga lebih memudahkan dalam melakukan proses pengolahan, analisis, dan perbaikan suatu citra. Terdapat beberapa metode perbaikan citra dalam domain frekuensi yang diantaranya adalah low pass filter dan high pass filter. Dengan data citra yang telah dilakukan filtering dalam domain frekuensi, nilai korelasi pada pencocokan citra dapat ditingkatkan.
iv
ABSTRACT Fourier transform has developed in to an alternative solution to solve problems in many studies. One of the studies is about digital photogrametry which is related with digital image matching. Fast Fourier Transform could transform the image from spatial in to frequency domain. Image in frequency domain gives signal spectrum information of the image. Signal spectrum information could give information about an image that could not be seen visually in a spatial domain. This can make the processing, analysis, and the enhancement of an image becoming easier. There are few methods to enhance images in the frequency domain, one of the methods is low pass filter and high pass filter. The correlation value of image matching could be improved from a filtered image in the frequency domain.
v
KATA PENGANTAR
Segala puji kehadirat Allah SWT atas segala berkah rahmat dan hidayah yang telah diberikan sehingga Tugas Akhir (TA) ini dapat diselesaikan. Tugas Akhir berjudul “Kajian Pencocokan Citra Digital Setelah Low Pass Filter dan Setelah High Pass Filter Dengan Teknik Korelasi” ini disusun dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program pendidikan Sarjana (S1) di Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Institut Teknologi Bandung. Tugas akhir ini membahas proses dan tingkat keberhasilan pencocokan citra digital setelah melalui proses low pass filter dan high pass filter dengan teknik korelasi maksimum. Akhir kata, penulis mengharapkan saran dan masukan untuk perbaikan penulisan ilmiah ini di masa yang akan datang dan berharap bahwa Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak serta bisa berkontribusi bagi kemajuan bangsa dan almamater.
Bandung, 24 Juni 2008 Penulis,
Ahmad Niam Azmy 151 03 034
i
LEMBAR PENGHARGAAN
Dalam kesempatan yang berbahagia dan mengesankan ini, saya ucapkan terima kasih lepada semua pihak yang memberikan kontribusi dan dukungan,
baik secara
langsung atau tidak langsung dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Saya ucapkan terima kasih kepada: 1. Allah SWT yang telah memberikan jalan dan petunjuknya sehingga saya dapat melaksanakan Tugas Akhir ini. 2. Ibu dan abah yang selalu memberikan kasih sayang, dukungan dan doa yang sangat bermanfaat bagi perjalanan hidup saya. 3. Agustinus Bambang Setyadji Dr., Ir., M.T dan Andri Hernandi Ir., MT. selaku dosen pembimbing yang dengan sabar membimbing saya. Terima kasih banyak atas bimbingannya. 4. Ir. Muhammad Yamin sebagai dosen wali dan Pak Mipi yang telah mengajak proyek porong Sidoarjo. 5. Wedyanto Kuntjoro Dr., Ir., M.Sc. sebagai Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB. 6. Agung Budi Harto Dr,. Ir., M.Eng. dan Wedyanto Kuntjoro Dr., Ir., M.Sc. sebagai dosen penguji, diskusi nya berguna sekali. 7. Seluruh dosen pengajar Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB. 8. Seluruh pegawai Tata Usaha Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB atas segala kelancaran proses administrasi. 9. Adik-adik saya, Yun’im alias aim alias pemungut_sampah_dunia yang memberikan perhatian di saat sidang, thanks im..., Farah dan Via yang selalu memberikan doa, perhatian dan dukungannya. 10. Wak Upik, Mang Fahad, Om bek, Bi Ratu dan semua keluarga dari abah dan ibu saya, terima kasih atas segala dukungan yang telah diberikan kepada saya. 11. Mbak Indra yang sudah seperti orang tua, guru, dan sahabat saya selama di Bandung. You are my best friend and my best teacher i ever had. Terima kasih dukungan dan perhatiannya di saat saya benar-benar ‘jatuh’, karena semua itu tidak akan pernah saya lupakan.
ii
12. Teman seperjuangan di labtek IX-C, Aldien, Wisnu, Hurey, Ogeph dan Pa’i yang telah memberikan warna kehidupan di lab. 13. Teman blah-bloh di Mushola Bundar. My wir, My geph, My Jun, My Nu, My ru dan semuanya yang ga bisa disebut satu-satu. 14. Kamerad IMG ITB 2003 lainnya Nawa, Adi, Arfa, Agung, Achie, Aheun, Argaol, Beltrand, Dienz, Fandi, Fita, Ijun, Intan, Indra Gum, Ley, Nia, Rullionzo, Piti, Ridho, Sugi, Turi, Ukie, Yellen dan yang lupa kesebut, kalian adalah teman, sahabat, dan juga saudara seperjuanganku dan akan selalu tetap jaya. Ada kalian, saya tak pernah sendirian. 15. Kamerad IMG semuanya. KITA KOMPAK PASTI JAYA. 16. Amang Img, Amuy dan Alo. Tarima kasih semuanya. 17. Teman-teman IPA 1 SMU 3 Pekalongan KOMPAKS selalu dan sahabat-sahabatku di ITB dan lainnya yang selalu ada dihati.
iii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .................................................................................................... i LEMBAR PENGHARGAAN .......................................................................................ii ABSTRAK .................................................................................................................... iv ABSTRACT ................................................................................................................... v DAFTAR ISI................................................................................................................. vi DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. viii DAFTAR TABEL ......................................................................................................... xi DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................xii BAB I
PENDAHULUAN ........................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang ................................................................................................ 1
1.2
Tujuan dan Sasaran Penelitian ........................................................................ 2
1.3
Batasan Masalah .............................................................................................. 3
1.4
Manfaat Penelitian........................................................................................... 3
1.5
Metodologi Penelitian ..................................................................................... 3
1.6
Sistematika Penulisan ...................................................................................... 6
BAB II METODE DAN BAHAN ................................................................................ 7 2.1
Fotogrametri Digital ........................................................................................ 7
2.2
Citra Digital ..................................................................................................... 8
2.3
Sinyal dan Spektrum ....................................................................................... 9
2.4
Transformasi Fourier ..................................................................................... 12
2.5 Operasi Pengolahan Citra .............................................................................. 13 2.5.1 Transformasi Fourier dalam Pengolahan Citra digital ......................... 14 2.5.2 Transformasi Fourier diskrit (DFT/ Discrete Fourier Transform) ...... 16 2.5.3 Fast Fourier Transform (FFT) .............................................................. 17 2.6
Metode Filtering Dalam Domain Frekuensi.................................................. 18 2.6.1 Low Pass Filter .................................................................................... 18 2.6.2 High Pass Filter .................................................................................... 20
2.7
Pencocokan Citra........................................................................................... 21
vi
2.7.1 Pencocokan Citra Berbasis Area .......................................................... 23 2.7.2 Teknik Korelasi .................................................................................... 25 2.7.3 Korelasi Nilai Rata-rata Kanal Terpisah .............................................. 27 BAB III PENGOLAHAN DATA ................................................................................ 29 3.1
Data Penelitian .............................................................................................. 30
3.2
Penentuan Titik Pengamatan Pada Area Homogen dan Heterogen .............. 30
3.3
Penentuan Ukuran SCA dan CP .................................................................... 33
3.4
Proses Filtering Dalam Domain Frekuensi ................................................... 34
3.5
Pengkorelasian Citra Kiri dan Citra Kanan ................................................... 36
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 38 4.1
Tinjauan Terhadap Nilai Korelasi ................................................................. 38
4.2
Tinjauan Posisi Terhadap Data Validasi ....................................................... 43
4.3
Tinjauan Terhadap Waktu Pengolahan ......................................................... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 51 5.1
Kesimpulan.................................................................................................... 51
5.2
Saran .............................................................................................................. 52
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 53
vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Tahapan Penelitian
5
Gambar 2.1 Perkembangan Alat Restitusi
7
Gambar 2.2 Contoh Sampling untuk mendapatkan gambar diskrit
8
(gambar dijital) dari gambar analog yang kontinu Gambar 2.3 Grafik gelombang
9
Gambar 2.4 Phase dan amplitudo yang membentuk gelombang sinus
10
Gambar 2.5 Tiga sudut fase yang berbeda (0,π/4, π/2)
10
tetapi memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama Gambar 2.6 Komponen frekuensi sinyal
11
Gambar 2.7 Proses sampling sinyal waktu kontinyu untuk mendapatkan
11
sinyal waktu diskrit Gambar 2.8 (a) x(t) sebagai sinyal waktu kontinyu;
12
(b) x(t) sebagai sinyal waktu diskrit Gambar 2.9 Sinyal sinus dalam domain waktu
13
Gambar 2.10 Sinyal sinus dalam domain frekuensi
13
Gambar 2.11 Transformasi Fourier untuk fungsi f(m,n) sehingga diperoleh
15
spektrum sinyalnya Gambar 2.12 Logaritma fungsi f(ω1,ω2)
15
Gambar 2.13 Sampel citra f(m,n) dan hasil transformasi fourier diskritnya
17
Gambar 2.14 Contoh dekomposisi domain waktu yang digunakan dalam FFT
17
Gambar 2.15 a) citra asli sebelum low pass filter,
19
b) spektrum frekuensi fourier citra asli,
19
c) spectrum frekuensi fourier yang telah dihilangkan
19
sebagian komponen frekuensi tingginya, d) citra hasil setelah low pass filter
19
Gambar 2.16 a) citra asli sebelum low pass filter,
20
b) spektrum frekuensi fourier citra asli,
20
c) spectrum frekuensi fourier yang telah dihilangkan
20
sebagian komponen frekuensi tingginya,
viii
d) citra hasil setelah low pass filter Gambar 2.17 a) citra asli sebelum high pass filter,
20 21
b) spektrum frekuensi fourier citra asli,
21
c) spectrum frekuensi fourier yang telah dihilangkan
21
sebagian komponen frekuensi rendahnya, d) citra hasil setelah high pass filter
21
Gambar 2.18 a) citra asli sebelum high pass filter,
21
b) spektrum frekuensi fourier citra asli,
21
c) spectrum frekuensi fourier yang telah dihilangkan
21
sebagian komponen frekuensi rendahnya, d) citra hasil setelah high pass filter.
21
Gambar 2.19 Pasangan titik sekawan pada pada kedua citra
22
Gambar 2.20 Pencocokan citra berbasis area
23
Gambar 2.21 (a) Sepasang citra dalam bentuk visual,
24
dan (b) Sepasang citra dalam bentuk matriks Gambar 2.22 Window pada citra
25
Gambar 3.1 Tahapan pengolahan data
29
Gambar 3.2 Data foto digital
30
Gambar 3.3 Sampel citra homogen dan histogram citranya
31
Gambar 3.4 Sampel citra heterogen dan histogram citranya
31
Gambar 3.5 Penentuan titik pengamatan pada area homogen dan heterogen
31
Gambar 3.6 Pengambilan sampel data dengan software Stereomatch
32
Gambar 3.7 Contoh citra homogen pada daerah pertampalan
32
Gambar 3.8 Contoh citra heterogen pada daerah pertampalan
33
Gambar 3.9 Contoh ukuran window untuk SCA dan CP
34
Gambar 3.10 Contoh proses tranformasi fourier citra menggunakan fft2
35
hingga diperoleh spektrum frekuensinya Gambar 3.11 (a) Low pass filter (b) high pass filter
35
Gambar 3.12 (a) Citra hasil ifft2 setelah low pass filter
36
(b) Citra hasil ifft2 setelah high pass filter
36
Gambar 3.13 Contoh hasil running program yang tersimpan dalam format ‘txt’ 37
ix
Gambar 3.14 Contoh hasil plotting dalam bentuk grafik dua dimensi
37
Gambar 4.1 Peningkatan nilai korelasi setelah low pass filter
38
untuk area homogen Gambar 4.2 Peningkatan nilai korelasi setelah low pass filter
39
untuk area heterogen Gambar 4.3 Peningkatan nilai korelasi setelah high pass filter
39
untuk area homogen Gambar 4.4 Peningkatan nilai korelasi setelah high pass filter
40
untuk area heterogen Gambar 4.5 Perbandingan Nilai Korelasi Pencocokan Citra Setelah
41
Low Pass Filter dan Setelah High Pass Filter untuk area homogen Gambar 4.6 Perbandingan Nilai Korelasi Pencocokan Citra Setelah
41
Low Pass Filter dan Setelah High Pass Filter untuk area heterogen Gambar 4.7 Perbandingan perubahan resultan posisi sebelum dan setelah
44
low pass filter untuk area homogen Gambar 4.8
Perbandingan perubahan resultan posisi sebelum dan setelah
44
low pass filter untuk area heterogen Gambar 4.9 Perbandingan perubahan resultan posisi sebelum dan setelah
45
high pass filter untuk area homogen Gambar 4.10 Perbandingan perubahan resultan posisi sebelum dan setelah
45
high pass filter untuk area heterogen Gambar 4.11 Perbandingan perubahan resultan posisi setelah
46
low pass filter dan setelah high pass filter untuk area homogen Gambar 4.12 Perbandingan perubahan posisi setelah low pass filter dan setelah 46 high pass filter untuk area heterogen Gambar 4.13 Waktu pengolahan untuk area homogen
50
Gambar 4.14 Waktu pengolahan untuk area heterogen
50
x
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Perbandingan nilai korelasi rata-rata sebelum dan setelah
42
low pass filter dan setelah high pass filter Tabel 4.2 Perbandingan peningkatan nilai korelasi antara ukuran mask citra
43
Tabel 4.3 Perbandingan perubahan resultan posisi terhadap data validasi
47
sebelum dan setelah low pass filter dan setelah high pass filter Tabel 4.4 Perbandingan perubahan resultan posisi terhadap data validasi
48
sebelum dan setelah low pass filter antara ukuran mask citra pencarian Tabel 4.5 Perbandingan perubahan resultan posisi terhadap data validasi
49
sebelum dan setelah high pass filter antara ukuran mask citra pencarian
xi
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A
SCRIPT PROGRAM LOW PASS FILTER & HIGH PASS FILTER MENGGUNAKAN MATLAB
LAMPIRAN B
SCRIPT PROGRAM PENGKORELASIAN MENGGUNAKAN MATLAB
LAMPIRAN C
DAFTAR TABEL NILAI KORELASI HASIL PERCOBAAN
LAMPIRAN D
DAFTAR DATA VALIDASI
xii
