RANCANG BANGUN APLIKASI FUSI CITRA (IMAGE FUSION) DARI DATA PENGINDERAAN JAUH MENGGUNAKAN METODE PANSHARPENING
TUGAS AKHIR
Diajukan guna memenuhi sebagian persyaratan dalam rangka menyelesaikan studi Program Sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Teknologi Informasi
I MADE DHANAN PRADIPTA NIM. 1104505059
JURUSAN TEKNOLOGI INFORMASI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN 2015
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Denpasar, 10 Agustus 2015
I Made Dhanan Pradipta
vi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas Berkat Anugrah-Nya, akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Rancang Bangun Aplikasi Fusi Citra (Image Fusion) dari Data Penginderaan Jauh Menggunakan Metode Pansahrpening”. Selama penyusunan tugas akhir ini, penulis mendapatkan petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal itu penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT.,Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik universitas Udayana. 2. Bapak Dr. Eng. I Putu Agung Bayupati, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknologi Informasi Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak A.A. Kompiang
Oka Sudana, S.Kom., M.T. selaku dosen
pembimbing I dan Bapak Dr. Eng I Dewa Nyoman Nurweda Putra, S.Si.,M.Si. selaku dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan masukan dan bimbingan selama penyusunan tugas akhir ini. 4. Orang tua serta anggota keluarga yang telah banyak memberikan dukungan baik jasmani maupun rohani selama penulis menyusun Tugas Akhir ini. 5. Teman-teman Teknologi Informasi angkatan 2011 dan yang lainnya yang tidak bisa penulis sebutkan satu-satu.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Akhir kata penulis memohon maaf jika ada kesalahan dalam penulisan tugas akhir ini.
Denpasar, 10 Agustus 2015
I Made Dhanan Pradipta
vii
ABSTRAK
Image Fusion adalah teknik untuk penggabungan dua citra satelit dengan memanfaatkan kelebihan dan membuang kelemahan dari masing-masing gambar yang dikombinasikan, sehingga gambar yang dihasilkan memiliki kualitas spasial dan spektral yang tinggi yang dalam hal ini adalah citra satelit Landsat 8. Formula ini digunakan karena kurangnya data citra satelit yang berisi informasi spasial dan spektral tinggi yang diperlukan untuk teknik fusi citra sebagai alternatif untuk memperoleh data citra yang diharapkan dapat memfasilitasi pengenalan objek. Salah satu metode dalam teknik image fusion adalah pansharpening. Rumus pansharpening yaitu menggabungkan resolusi tinggi citra panchromatic dengan resolusi rendah citra multispektral yang diambil dari satelit Landsat 8. Citra ini digunakan pada proses fusi, dimana untuk menggabungkan band 2 atau band hijau, band 3 atau band biru dan band 4 atau band merah yang menghasilkan citra composite dan citra panchromatic band 8 sebagai gambar resolusi tinggi. Hasil yang diharapkan dari aplikasi ini adalah citra satelit yang dapat memiliki spektral dari citra multispectral dan spasial dari citra panchromatic. Kata Kunci: Image Fusion, Landsat 8, Pansharpening, Panchromatic, Multispectral
viii
ABSTRACT
Image Fusion is a technique to merger of two satellite images by ultilize the advantages and dispose the disadvantages of each image which combined. One of the methods that can be used in the process of image fusion is pansharpening. Pansharpening is used due to lack of satellite image data containing of high spatial dan spektral information that is necessary to pansharpening method as an alternative to obtain image data which is expected to facilitate the introduction of the object. The formula is by combining the high resolution panchromatic image with low resolution multispectral image taken from satellite Landsat 8. The fusion proses is composited by band 4, band 3 and band 2 as a multispectral image with band 8 as a panchromatic image which has high spatial resolution. The expected result of this applications is the satellite fused image which has the spectral value of multispectral image and the spasial value of panchromatic image. Keywords : Image Multispectral
Fusion, Landsat 8, Pansharpening,
ix
Panchromatic,
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ........................................................................................... i HALAMAN JUDUL ............................................................................................. ii LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................. iii LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR .................................................... iv BERITA ACARA TUGAS AKHIR ..................................................................... v KATA PENGANTAR .......................................................................................... vi ABSTRAK ........................................................................................................... vii ABSTRACT ......................................................................................................... viii DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xi DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii DAFTAR RUMUS ............................................................................................. xiv BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1 1.2 Rumusan masalah.............................................................................................. 2 1.3 Tujuan ............................................................................................................... 2 1.4 Manfaat ............................................................................................................. 3 1.5 Batasan Masalah................................................................................................ 3 1.6 Sistematika Pembahasan ................................................................................... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................................................................... 5 2.1 State of the Art................................................................................................... 5 2.2 Citra Digital ....................................................................................................... 6 2.3 Format File Citra ............................................................................................... 6 2.4 Pengolahan Citra ............................................................................................... 9 2.5 Penginderaan Jauh (Remote Sensing).............................................................. 11 2.6 Satelit Landsat ................................................................................................. 14 2.6.1 Satelit Landsat 8 ..................................................................................... 16 2.7 Citra Satelit Multispectral ............................................................................... 17 2.8 Citra Satelit Panchromatic .............................................................................. 19 2.9 Image Fusion ................................................................................................... 20 2.9.1 Pansharpening ....................................................................................... 20 2.9.1.1 Metode Transformasi Brovey ................................................... 22 2.9.1.2 Metode IHS (Intensity Hue Saturation).................................... 23 2.9.1.3 Metode PCA (Principal Component Analysis) ........................ 23 BAB III METODE DAN PERANCANGAN SISTEM .................................... 26 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................................... 26 3.2 Alur Penelitian ............................................................................................... 26 3.3 Data ................................................................................................................. 27 3.3.1 Sumber Data ........................................................................................... 28 3.3.2 Metode Pengumpulan Data .................................................................... 28
x
3.4 Kebutuhan Hardware dan Software ................................................................ 28 3.5 Pengumpulan Data Citra Satelit ...................................................................... 28 3.6 Rancangan Sistem ........................................................................................... 31 3.6.1 Gambaran Umum Sistem ....................................................................... 31 3.6.1.1 Algoritma Gambaran Umum Sistem .......................................... 31 3.6.1.2 Alur Gambaran Umum Sistem ................................................... 32 3.6.2 Digital Number ...................................................................................... 33 3.6.3 Modul Sistem Input Citra ....................................................................... 33 3.6.3.1 Proses Input Citra Multispectral ................................................ 34 3.6.3.2 Proses Input Citra Panchromatic ............................................... 38 3.6.4 Cropping ................................................................................................ 40 3.6.5 Sampling ................................................................................................ 44 3.6.6 Modul Image Fusion .............................................................................. 44 3.6.6.1 Algoritma Image Fusion ............................................................ 45 3.7 Interface Aplikasi ............................................................................................ 50 3.7.1 Figure Image Fusion .............................................................................. 50 3.7.1.1 Desain Panel Display Image ...................................................... 51 3.7.1.2 Desain Panel Perintah ................................................................ 53 3.7.2 Figure Output Image .............................................................................. 55 3.8 Jadwal Penelitian............................................................................................. 57 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ....................................................... 58 4.1 Proses Input Citra ............................................................................................ 58 4.2 Proses Image Fusion ....................................................................................... 59 4.3 Hasil dan Analisis ........................................................................................... 61 4.3.1 Histogram Analisis ................................................................................ 64 4.3.2 Time Elapsed .......................................................................................... 71 4.3.3 Jumlah Pixel ........................................................................................... 72 4.3.4 Kelebihan dan Kekurangan .................................................................... 74 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 75 5.2 Saran ................................................................................................................ 75 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Satelit Landsat 8 ................................................................................ 16 Gambar 2.2 Citra Satelit Multispectral ................................................................. 18 Gambar 2.3 Citra Satelit Panchromatic ................................................................. 20 Gambar 2.4 Metode IHS ....................................................................................... 23 Gambar 3.1 Flowchart Metodologi Penelitian ...................................................... 27 Gambar 3.2 Halaman Website Earth Explorer ...................................................... 29 Gambar 3.3 Data Set Satelit USGS ....................................................................... 29 Gambar 3.4 Hasil Pencarian Data Satelit USGS Menurut Waktu Rilis ................ 30 Gambar 3.5 Hasil Unduhan Citra Satelit Landsat ................................................. 31 Gambar 3.6 Gambaran Umum Sistem .................................................................. 32 Gambar 3.7 Ilustrasi Biner pada Citra Satelit ....................................................... 33 Gambar 3.8 Band 2 ............................................................................................... 34 Gambar 3.9 Band 3 ............................................................................................... 35 Gambar 3.10 Band 4 ............................................................................................. 35 Gambar 3.11 Composite Band .............................................................................. 36 Gambar 3.12 Citra yang sudah di Composite band 432........................................ 37 Gambar 3.13 Flowchart Input Citra Multispectral ............................................... 38 Gambar 3.14 Citra Panchromatic ......................................................................... 39 Gambar 3.15 Flowchart Input Citra Panchromatic .............................................. 40 Gambar 3.16 Ilustrasi Proses Cropping pada Citra Satelit (1) .............................. 41 Gambar 3.17 Ilustrasi Proses Cropping pada Citra Satelit (2) .............................. 41 Gambar 3.18 Flowchart Cropping pada Citra Multispectral ................................ 42 Gambar 3.19 Flowchart Cropping pada Citra Panchromatic .............................. 43 Gambar 3.20 Proses Nearest Neighbor ................................................................. 44 Gambar 3.21 Flowchart Proses Image Fusion ...................................................... 46 Gambar 3.22 Alur Metode Transformasi Brovey ................................................. 47 Gambar 3.23 Alur Metode IHS ............................................................................. 48 Gambar 3.24 Alur Metode PCA ........................................................................... 49 Gambar 3.25 Figure Image Fusion ....................................................................... 51 Gambar 3.26 Desain Panel Display Image ........................................................... 52 Gambar 3.27 Alert Cropping ................................................................................ 52 Gambar 3.28 Seleksi pada Citra yang akan di-crop(a), Hasil gambar setelah di-crop(b)........................................................................... 53 Gambar 3.29 Panel Perintah Multispectral ........................................................... 54 Gambar 3.30 Panel Perintah Panchromatic .......................................................... 54 Gambar 3.31 Panel Perintah Metode .................................................................... 55 Gambar 3.32 Figure Hasi Citra Fusi ..................................................................... 55 Gambar 3.33 Figure Hasi Citra Fusi Dengan Hsitogram ..................................... 56 Gambar 4.1 Figure Input Citra.............................................................................. 56 Gambar 4.4 Figure Hasil Citra Fusi ...................................................................... 59
xii
Gambar 4.3 Ilustrasi Nilai Pixel pada Citra .......................................................... 60 Gambar 4.4 Figure Hasil Citra Fusi ...................................................................... 60 Gambar 4.5 Citra Uji Coba Aplikasi Pansharpening, (a) Citra Multispectral Original, (b) Citra Panchromatic, (c) Pansharpening Brovey (d) Pansharpening HIS (e) Pansharpening PCA ................................................................................. 61 Gambar 4.6 Citra Uji Coba Aplikasi Pansharpening, (a) Citra Multispectral Original, (b) Citra Panchromatic, (c) Pansharpening Brovey (d) Pansharpening HIS (e) Pansharpening PCA ................................................................................. 63 Gambar 4.7 Hasil Histogram red Sampel Pertama pada Aplikasi, (a) Histogram metode Brovey, (b) Histogram Metode IHS, (c) Histogram Metode PCA. ......... 64 Gambar 4.8 Hasil Histogram green Sampel Pertama pada Aplikasi, (a) Histogram metode Brovey, (b) Histogram Metode IHS, (c) Histogram Metode PCA. ......... 66 Gambar 4.9 Hasil Histogram blue Sampel Pertama pada Aplikasi, (a) Histogram metode Brovey, (b) Histogram Metode IHS, (c) Histogram Metode PCA. ......... 67 Gambar 4.10 Hasil Histogram red Sampel 2 pada Aplikasi, (a) Histogram metode Brovey, (b) Histogram Metode IHS, (c) Histogram Metode PCA. ...................... 68 Gambar 4.11 Hasil Histogram green Sampel 2 pada Aplikasi, (a) Histogram metode Brovey, (b) Histogram Metode IHS, (c) Histogram Metode PCA. ......... 69 Gambar 4.12 Hasil Histogram blue Sampel 2 pada Aplikasi, (a) Histogram metode Brovey, (b) Histogram Metode IHS, (c) Histogram Metode PCA. ......... 70
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbedaan Landsat 7 +ETM dengan Landsat 8 ................................... 16 Tabel 3.1 Jadwal Penelitian................................................................................... 57 Tabel 3.3 Penggunaan Waktu Sampel Pertama .................................................... 71 Tabel 3.4 Penggunaan Waktu Sampel Kedua ....................................................... 71 Tabel 3.5 Penghitungan Pixel pada Sampel Pertama ............................................ 72 Tabel 3.6 Penghitungan Pixel pada Sampel Kedua .............................................. 73
xiv
DAFTAR RUMUS
Rumus 1 Rumus Metode Brovey ......................................................................... 23 Rumus 2 Transformasi Forward Metode PCA .................................................... 24 Rumus 3 Transformasi Bacward Metode PCA ................................................... 24 Rumus 4 Gabungan Metode PCA ........................................................................ 25
xv
