Perbaikan Kualitas Citra

sumber : http://maxteja.blogspot.com/2010/01/perbaikan-kualitas-citra-image.html

Perbaikan kualitas citra (image enhancement) merupakan salah satu proses awal dalam pengolahan citra. Perbaikan kualitas citra diperlukan karena seringkali citra yang dijadikan objek mempunyai kualitas yang buruk, misalnya citra mengalami derau (noise), citra terlalu gelap/terang, citra kurang tajam, kabur, dan sebagainya. Image enhancement juga melibatkan level keabuan dan manipulasi kontras, pengurangan derau, pemfilteran, penajaman, interpolasi dan magnifikasi, pseudo warna, dan sebagainya. Yang dimaksud dengan perbaikan kualitas citra adalah proses mendapatkan citra yang lebih mudah diinterpretasikan oleh mata manusia. Tujuan perbaikan citra adalah lebih menonjolkan ciri citra tertentu untuk kepentingan analisis atau menampilkan citra. Perbaikan citra berguna dalam ekstraksi cirri, analisis citra, dan tampilan informasi visual. Sedangkan restorasi citra mengacu pada menghilangkan atau meminimalkan degradasi dalam citra. Termasuk restorasi citra antara lain deblurring citra yang didegradasi oleh keterbatasan sensor atau lingkungannya, noise filtering, koreksi distorsi geometric atau ketidak linieran karena sensor-sensor. Perbedaan image enhancement dengan image restoration adalah pada image restoration perbedaan degradasi diketahui.

Beberapa teknik perbaikan kualitas citra yang umum digunakan antara lain:

                       i.         Operasi titik

a.       Pengubahan kontras

b.      Pemotongan noise

c.       Mengiris window (window slicing)

d.      Model histogram

                        ii.      Operasi spasial

a.       Pelembutan noise

b.      Filter median

c.       Unsharp masking

d.      Low-pass, bandpass, high-pass filtering

e.       pembesaran

                         iii.   Operasi transformasi

a.       Linier filter

b.      Root filter

c.       Homomorphic filter

                      iv.      Pseudowarna

a.       False coloring

b.      pseudocoloring

7.1  Pengubahan brightness& contrast citra

Kecerahan/kecemerlangan gambar dapat diperbaiki dengan menambahkan (mengurangkan) sebuah konstanta kepada (dari) setiap pixel di dalam citra. Akibat dari operasi ini, histogram citra mengalami pergeseran.

Secara matematis operasi ini ditulis sebagai:

f(x,y)’ = f(x,y) + b

jika b positif, kecerahan gambar bertambah, sebaliknya jika b negative kecerahan gambar akan berkurang.

Kontras menyatakan sebaran terang dan gelap di dalam sebuah gambar. Citra dapat dikelompokkan ke dalam 3 kategori kontras:

a.       Citra kontras rendah dicirikan dengan sebagian besar komposisi citranya adalah terang atau sebagian besar gelap. Dari histogramnya terlihat sebagian besar derajat keabuannya terkelompok bersama atau hanya menempati sebagian kecil dari rentang nilai-nilai keabuan yang mungkin. Jika pengelompokan nilai-nilai pixel berada di bagian kiri citranya cenderung gelap. Jika pengelompokan nilai-nilai pixel berada di bagian kanan citranya cenderung terang. Hal ini dapat diperbaiki kualitasnya dengan operasi peregangan kontras.

b.      Citra kontras bagus memperlihatkan jangkauan nilai keabuan yang lebar tanpa ada suatu nilai keabuan yang mendominasi. Histogram citranya memperlihatkan sebaran nilai keabuan yang relative seragam.

c.       Citra kontras tinggi, seperti halnya citra kontras bagus, memiliki jangkauan nilai keabuan yang lebar, tetapi terdapat area yang lebar yang didominasi oleh warna gelap dan arean yang lebar yang di dominasi oleh warna terang.

7.2  Pelembutan Citra (Image Smoothing)

Bertujuan menekan gangguan (noise) pada citra. Gangguan tersebut biasanya muncul sebagai akibat dari hasil penerokan yang tidak bagus (sensor noise, photographic grain noise) atau akibat saluran transmisi. Operasi pelembutan dapat dilakukan pada ranah spasial maupun pada ranah frekuensi. Pada ranah spasial, operasi pelembutan dilakukan dengan mengganti intensitas suatu pixel dengan rata-rata dari nilai pixel tersebut dengan nilai pixel-pixel tetangganya.

Operasi perata-rataan dapat dipandang sebagai konvolusi antara citra f(x,y) dengan penapis h(x,y):

g(x,y) = f(x,y)*h(x,y)

penapis h disebut penapis rerata (mean filter). Dalam ranah frekuensi, operasi konvolusi tersebut adalah:

G(u,v) = F(u,v)H(u,v)

Penapis h(x,y) pada operasi pelembutan citra disebut juga penapis lolos rendah (low pass filter), karena penapis tersebut menekan komponen yang berfrekuensi tinggi (misalnya pixel gangguan, pixel tepi) dan meloloskan komponen yang berfrekuensi rendah.

a.       Penapis lolos rendah

Penapis rata-rata adalah salah satu penapis lolos rendah yang paling sederhana. Aturan untuk penapis lolos rendah adalah:

-          Semua koefisien penapis harus positif

-          Jumlah semua koefisien harus sama dengan 1

Jika jumlah semua koefisien lebih besar dari 1, maka konvolusi menghasilkan penguatan (tidak diinginkan). Jika jumlah koefisien kurang dari 1, maka yang dihasilkan adalah penurunan, dan nilai mutlak setiap pixel di seluruh bagian citra berkurang. Akibatnya, citra hasil pelembutan tampak lebih gelap.

Jika citra hasil penapisan lolos rendah dikurangi dari citra semula (yang mengandung derau), maka yang dihasilkan adalah peningkatan relative komponen citra yang berfrekuensi tinggi tanpa peningkatan komponen derau.

Penapis lolos rendah merupakan penapis lanjar (linear). Operasi pelembutan dapat juga dilakukan dengan menggunakan penapis nirlanjar, yaitu:

1)      Penapis minimum

2)      Penapis maksimum

3)      Penapis median

b.      Penapis median

Penapis ini dikembangkan oleh Tukey. Pada penapis median, suatu window memuat sejumlah pixel. Window digeser titik demi titik pada seluruh daerah citra. Pada setiap penggeseran dibuat window baru. Titik tengah dari jendela ini diubah dengan nilai median dari window tersebut.

Jadi penapis median menghilangkan nilai pixel yang sangat berbeda dengan pixel tetangganya. Dalam beberapa kasus dapat dibuktikan bahwa penapis median memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan penapis rerata untuk citra yang mengalami gangguan dalam bentuk spike berupa bercak-bercak putih.

Cara lain yang dapat dilakukan pada pelembutan citra adalah merata-ratakan derajat keabuan setiap pixel dari citra yang sama yang diambil berkali-kali. Misalnya untuk gambar yang sama direkam dua kali, lalu dihitung intensitas rata-rata untuk setiap pixel:

f’(x,y)= ½ {f₁ (x,y) + f₂ (x,y)}

c.       Penapis lolos tinggi

Aturan penapis lolos tinggi:

1.      Koefisien penapis boleh positif, negative, atau nol

2.      Jumlah semua koefisien adalah 0 atau 1.

7.3  Penajaman Citra (Image Sharpening)

Operasi penajaman bertujuan memperjelas tepi pada objek di dalam citra. Penajaman citra merupakan kebalikan dari operasi pelembutan karena operasi ini menghilangkan bagian citra yang lembut.

Operasi penajaman dilakukan dengan melewatkan citra pada penapis lolos tinggi (high pass filter). Penapis lolos tinggi akan meloloskan (memperkuat) komponen yang berfrekuensi tinggi (tepi/pinggir objek) dan akan menurunkan komponen berfrekuensi rendah. Akibatnya pinggiran akan terlihat lebih tajam dibandingkan sekitarnya.

Karena penajaman citra lebih berpengaruh pada tepi (edge) objek, maka penajaman citra sering disebut juga penajaman tepi (edge sharpening) atau peningkatan kualitas tepi (edge enhancement).

7.4  Pewarnaan semu

Adalah proses member warna tertentu pada nilai-nilai pixel suatu citra skala abu-abu pada suatu citra berdasarkan criteria tertentu, misalnya suatu waarna tertentu untuk suatu interval derajat keabuan tertentu.

7.5  Koreksi geometric

Koreksi geometric dilakukan pada citra yang memiliki gangguan yang terjadi pada waktu proses perekaman citra, misalnya pergeseran koordinat citra (translasi), perubahan ukuran citra, dan perubahan orientasi koordinat citra (skew). Proses koreksi geometri untuk meningkatkan kualitas citra tersebut disebut juga dengan koreksi geometri. Koreksi geometri yang sederhana dilakukan seperti rotasi, translasi, dan penskalaan citra.