Grafika Komputer

Grafika Komputer

•     Adalah proses untuk menciptakan suatu gambar berdasarkan deskripsi obyek maupun latar belakang yang terkandung pada gambar tersebut.

•     Merupakan teknik untuk membuat gambar obyek sesuai dengan obyek tersebut di alam nyata (realism).

•     Bertujuan menghasilkan gambar/citra (lebih tepat disebut grafik/picture) dengan primitif-primitif geometri seperti garis, lingkaran, dsb.

•     Primitif-primitif geometri tersebut memerlukan data deskriptif untuk melukis elemen-elemen gambar. Data deskriptif : koordinat titik, panjang garis, jari-jari lingkaran, tebal garis, warna, dsb.

•     Grafika komputer berperan dalam visualisasi dan virtual reality.

Contoh membuat garis dengan koordinat

Line(x1, y1, x2, y2) :

Line(12, 12, 200, 100)

Line(12, 12, 100, 200)

Pengolahan Citra

Citra adalah suatu representasi, kemiripan, atau imitasi/tiruan dari suatu obyek atau benda (Kamus Webster).

Citra sebagai keluaran dari suatu sistem perekaman data dapat bersifat :

1. optik berupa foto,

2. analog berupa sinyal video seperti gambar pada monitor televisi,

3. digital yang dapat langsung disimpan pada suatu pita magnetik

Citra diam (still images) adalah citra tunggal yang tidak bergerak.

Citra bergerak (moving images) adalah rangkaian citra diam yang ditampilkan secara beruntun (sekuensial) sehingga memberi kesan pada mata kita sebagai gambar bergerak.

Pengenalan Pola

•     Adalah mengelompokkan data numerik dan simbolik (termasuk citra) secara otomatis oleh mesin (komputer).

•     Tujuan pengelompokkan adalah untuk mengenali suatu objek di dalam citra.

•     Manusia bisa mengenali objek yang dilihatnya karena otak manusia telah belajar mengklasifikasi objek-objek di alam sehingga mampu membedakan suatu objek dengan objek lainnya. Kemampuan sistem visual manusia yang dicoba ditiru oleh mesin.

•     Komputer menerima masukan berupa citra objek yang akan diidentifikasi, memproses citra tersebut dan memberikan keluaran berupa informasi/deskripsi objek di dalam citra.

Computer Vision

Terminologi lain yang berkaitan erat dengan citra adalah Computer Vision.

•     Computer vision = merupakan proses otomatis yang mengintegrasikan sejumlah besar proses untuk persepsi visual, seperti akuisisi citra, pengolahan citra, pengenalan dan membuat keputusan.

•     Computer vision mencoba meniru cara kerja sistem visual manusia (human vision) yang sesungguhnya sangat kompleks.

•     Manusia melihat dengan objek dengan indera penglihatan (mata), lalu citra objek diteruskan ke otak untuk diinterpretasi sehingga manusia mengerti objek apa yang tampak dalam pandangan mata. Hasil interpretasi ini digunakan untuk pengambilan keputusan (misal menghindar kalau melihat ada mobil di depan).

Proses-proses di dalam computer vision dapat dibagi menjadi tiga aktivitas:

1.   Memperoleh atau mengakuisisi citra digital.

2.   Melakukan teknik komputasi untuk memperoses atau memodifikasi data citra (operasi-operasi pengolahan citra).

3.   Menganalisis dan menginterpretasi citra dan menggunakan hasil pemrosesan untuk tujuan tertentu, misalnya memandu robot, mengontrol peralatan, memantau proses manufaktur, dan lain -lain.

Dapat kita lihat bahwa pengolahan citra dan pengenalan pola merupakan bagian dari computer vision. Pengolahan citra merupakan proses awal (preprocessing) pada computer vision, sedangkan pengenalan pola merupakan proses untuk menginterpretasi citra.

Aplikasi

1.   Bidang perdagangan

      (a)  Pembacaan kode batang (bar code) yang tertera pada barang (umum digunakan di pasar swalayan/supermarket).

      (b)  Mengenali huruf/angka pada suatu formulir secara otomatis.

2.   Bidang militer

      (a)  Mengenali sasaran melalui sensor visual.

      (b)  Mengidentifikasi jenis pesawat musuh.

3.   Bidang kedokteran

      (a)  Pengolahan citra sinar X

      (b)  Rekonstruksi foto janin hasil USG

4.   Bidang biologi

      Pengenalan jenis kromosom melalui gambar mikroskopik

5.   Komunikasi data

      Pemampatan citra yang ditransmisi.

6.   Hiburan

      Pemampatan video (MPEG)

7.   Robotika

8.   Pemetaan

      Klasifikasi penggunaan tanah melalui foto udara/LANDSAT

9.   Geologi

      Mengenali jenis batu-batuan melalui foto udara/LANDSAT

10. Hukum

      (a)  Pengenalan sidik jari

      (b)  Pengenalan foto narapidana.

Pembentukan Citra

Terdiri 2 macam

Citra kontinu dihasilkan dari sistem optik yang menerima sinyal analog, misalnya mata manusia dan kamera analog.

Citra diskrit dihasilkan melalui proses digitalisasi terhadap citra kontinu, misalnya kamera digital dan scanner. Citra diskrit disebut juga citra digital.

Perekaman Citra Digital

Sensor Pasif

•     Sistem sensor yang merekam data obyek tanpa mengirimkan energi, sumber energi bisa dalam bentuk sinar matahari, sinar lampu, dsb

•     Contoh: sensor optik dari kamera foto, sensor optik pada sistem indera

Sensor Aktif

•     Sistem sensor yang merekam data obyek mengirimkan dan menerima pantulan dari energi yang dikirim ke arah obyek, energi yang dikirim bisa berupa gelombang pendek, sinar X, dsb

•     Contoh: sensor Rontgen untuk foto thorax, sensor gelombang pendek pada sistem radar, sensor ultrasound pada sistem USG.

Penyimpanan Citra

l      Penyimpanan jangka pendek (sedang diproses): memory

l      Penyimpanan on-line (siap dipakai): disk magnetik

l      Penyimpanan arsip: pita atau disk magnetik, CD

 

Komponen Sitem

Pengolahan digital

(Gonzalez & Woods, 1992)

 Representasi Citra Digital

Citra digital merupakan fungsi intensitas cahaya f(x,y), dimana harga x dan y merupakan koordinat spasial dan harga fungsi tersebut pada setiap titik (x,y) merupakan tingkat kecemerlangan citra pada titik tersebut.

 

Direpresentasikan sebagai matriks berukuran

N x M dalam bentuk :

•     Citra digital biasanya berbentuk persegi panjang, secara visualisasi dimensi ukurannya dinyatakan sebagai lebar x tinggi

•     Ukurannya dinyatakan dalam titik atau piksel (pixel=picture element)

•     Ukurannya dapat pula dinyatakan dalam satuan panjang (mm atau inci = inch)

•     Resolusi = banyaknya titik untuk setiap satuan panjang (dot per inch).

•     Makin besar resolusi makin banyak titik yang terkandung dalam citra, sehingga menjadi lebih halus dalam visualisasinya.

Representasi citra pada file :

•     Palet = kumpulan warna yang dapat membentuk citra, sama halnya seperti kita hendak melukis dengan cat warna, kita memiliki palet yang bisa kita isikan berbagai warna cat air

•     Setiap warna yang berbeda dalam palet tersebut kita beri nomor (berupa angka)

•     Contoh untuk citra monokrom (warnanya hanya putih-abu abu-hitam), berarti kita memiliki palet sbb:

•     Setelah itu kita dapat menggambar menggunakan warna-warna dalam palet tersebut di atas sebuah kanvas

•     Sebuah kanvas dapat kita anggap sebagai sebuah matriks dimana setiap elemen dari matriks tersebut bisa kita isikan dengan salah satu warna dari palet

•     Informasi tentang palet (korespondensi antara warna dengan angka) disimpan dalam komputer (program pembuka citra seperti Paint, Photoshop, dll) sehingga sebuah file citra dalam komputer hanya perlu menyimpan angka-angka yang merepresentasikan sebuah warna.

•     Jadi sebuah citra direpresentasikan dalam sebuah matriks yang berisi angka-angka

Jika kita menyimpan gambar kucing tadi ke dalam sebuah file (kucing.bmp), maka yang disimpan dalam file tersebut adalah angka-angka yang diperoleh dari matriks kanvas.

Untuk Windows Bitmap Files (.bmp)

•     Header berisi informasi jumlah baris dan kolom dalam citra, informasi palet, dll

•     Header langsung diikuti dengan angka-angka dalam matriks, disusun perbaris

•     Baris pertama langsung diikuti baris kedua, dst

•     Bagaimana mengetahui awal suatu baris? (misal untuk membedakan citra berukuran 100x200 dengan 200x100)

® lihat informasi jumlah baris dan jumlah kolom di header

Format BMP merupakan format yang kurang efisien, karena semua informasi angka dalam baris disimpan semua. Misalkan ukuran header adalah H byte, ukuran citra 100x100 byte monokrom, maka ukuran file bmp tersebut adalah : H + data citra = H + 10000 Byte

Contoh :

Suatu citra format BMP 8 bit berukuran 200 x 100 maka memori yang dibutuhkan untuk menyimpan data citra tersebut (tanpa header) sebesar :

Memori = 200 x 100 x 8 bit = 160000 bit = 20000 byte = 19,5 KB

Operasi Dasar Pengolahan Citra

Citra digital direpresentasikan dengan matriks sehingga operasi pada citra digital pada dasarnya memanipulasi elemen-elemen matriks.

Operasi dasar pengolahan citra antara lain : operasi titik, operasi global, operasi berbasis bingkai (frame), operasi geometri, operasi bertetangga

Operasi Titik

Titik pada citra mempunyai 2 karakteristik :

-         koordinat yang menunjukkan lokasi dari titik tersebut dalam citra

-         nilai yg menunjukan tingkat keabuan/warna dari titik tersebut

Operasi titik dilakukan dengan memodifikasi nilai skala keabuan dari titik (piksel) yang ditinjau berdasarkan fungsi tertentu.

Fungsi yang digunakan adalah fungsi transformasi skala keabuan.

Beberapa operasi pengolahan citra, terkait operasi titik :

1.      Modifikasi Kecemerlangan (Brightness Modification)

      Pada dasarnya merubah nilai keabuan/warna dari gelap menuju terang atau sebaliknya merubah citra yang terlalu cemerlang/pucat menjadi gelap.

2.   Peningkatan Kontras (Contrast Enhancement)

•         Jika sebuah citra yang mempunyai nilai keabuan yang tidak terlalu berbeda untuk semua titik, dimana titik tergelap dalam citra tidak mencapai hitam pekat dan titik paling terang dalam citra tidak berwarna putih cemerlang .

•         Dengan peningkatan kontras maka titik yang cenderung gelap menjadi lebih gelap dan yang cenderung terang menjadi lebih cemerlang.

 3.   Negasi

      •     Operasi untuk mendapatkan citra negatif (negative image)

      •     Meniru film negatif pada fotografi, yaitu titik yang berwarna putih pada citra mempunyai warna hitam pada film negatifnya, demikian juga sebaliknya.

     •     Dilakukan dengan cara mengurangi nilai intensitas piksel dari nilai keabuan maksimum

 4.   Konversi Citra

      Dari true color menjadi grayscale

5.   Pengambangan (Threshholding)

      •     Operasi pengambangan digunakan untuk mengubah citra dengan format skala keabuan, yang mempunyai kemungkinan nilai lebih dari 2 ke citra biner yang memiliki 2 buah nilai (yaitu 0 dan 1).

      •     Pengambangan Tunggal

            Memiliki sebuah nilai batas ambang 

      •     Pengambangan Ganda

            Memiliki ambang bawah dan ambang atas. Dilakukan untuk menampilkan titik-titik yang mempunyai rentang nilai skala keabuan tertentu.