TI6083 - Informatika UKDW

Pemrosesan Citra Digital

Pertemuan 1: Silabus & Pengantar Umum

Dosen Pengajar: Aditya Wikan Mahastama

Semester: Genap 2025/2026

Selamat datang di mata kuliah Pemrosesan Citra Digital. Mari kita eksplorasi bagaimana data visual dipahami oleh mesin.

Identitas Mata Kuliah

Mata kuliah ini mencakup bagian awal dari analisis citra dan menjadi dasar untuk Computer Vision serta Pengenalan Pola.

Target Pembelajaran (CPMK)

Setelah mengikuti mata kuliah ini, mahasiswa diharapkan:

  1. Mampu menjelaskan konsep teoritis perbaikan dan modifikasi citra digital.
  2. Mampu menentukan solusi tepat untuk pengolahan citra digital.
  3. Memahami dan menjelaskan algoritma-algoritma pengolahan citra.
  4. Mampu mengimplementasikan metode untuk menyelesaikan permasalahan nyata.

Pustaka Utama

  1. Gonzalez, R. C., & Woods, R. E. (2018). Digital Image Processing, 4th edition. Pearson.
  2. Russ, J. C. (2016). The Image Processing Handbook, 6th edition. CRC Press.
  3. Klette, R. (2014). Concise Computer Vision: An Introduction into Theory and Algorithms. Springer.

Riset Pendukung & Integrasi Riset Dosen

Materi akan diperkaya dengan riset dosen pengajar di bidang Computer Vision:

Digital Image Processing - An Overview

Building the future of machine vision, one pixel at a time.

Why Process Images?

Three primary motivations:

  1. Improvement of pictorial information for human interpretation (Enhancement).
  2. Processing of image data for storage, transmission, and representation (Compression).
  3. Autonomous machine perception (Computer Vision).

DIP vs. Computer Vision vs. Graphics

Where does Image Processing fit in the pipeline of visual computing?

Field Input Output Goal
Image Processing Image Image Enhancement, Restoration, Transformation.
Computer Vision Image Data/Description Object recognition, scene understanding.
Computer Graphics Models/Data Image Rendering, synthesizing visual data.

Sources of Images

Most images are generated by the Electromagnetic (EM) Spectrum:

The 10 Fundamental Steps of DIP

Modern image processing follows a structured lifecycle to turn raw sensor data into meaningful information.

  1. Acquisition - Capturing the raw signal using CMOS/CCD sensors.
  2. Enhancement - Subjective improvements (Contrast, Sharpness).
  3. Restoration - Objective cleanup based on degradation models.
  4. Color Processing - Converting between spaces (RGB, HSV, CMYK, YCbCr).
  5. Wavelets - Multi-resolution analysis for compression/denoising.
  6. Compression - Reducing data redundancy (JPEG, PNG, WebP).
  7. Morphological - Shape analysis (Erosion, Dilation, Skeletonization).
  8. Segmentation - Partitioning the image into constituent objects.
  9. Representation - Extracting descriptors (textures, boundaries, shapes).
  10. Recognition - Labeling objects based on extracted descriptors.

Real-World Engineering Applications

Ranah penerapan Pemrosesan Citra Digital

Komponen Penilaian

Penilaian akhir didistribusikan secara transparan:

Bentuk PenilaianBobot
Tugas dan Tes Kecil20%
UTS (Ujian Tengah Semester)25%
UAS (Ujian Akhir Semester)25%
Tugas Pemrograman20%
Presentasi Tugas Pemrograman10%
Total100%

Tidak ada tugas tambahan, dan tidak ada ujian susulan kecuali karena sakit atau tugas.

Presensi harap diperhatikan sendiri, perbaikan presensi silakan dilakukan dalam jam mengajar di kelas.

Untuk tugas akhir dan presentasinya serta sebagian tugas mingguan, mahasiswa diminta membentuk kelompok sendiri, satu kelas dibagi menjadi 8 kelompok, jumlah dan komposisi silakan ditentukan sendiri.

Perangkat & Teknologi

Kita akan menggunakan ekosistem modern untuk pemrograman:

Timeline Semester (Minggu 1-7)

Timeline Semester (Minggu 9-16)

Apa itu Citra Digital?

Citra dapat didefinisikan sebagai fungsi dua dimensi f(x, y):

Digitization mengubah fungsi kontinu ini menjadi Pixel (elemen diskrit).

A digital image is represented mathematically as a 2D array or matrix. Each element in this matrix is called a pixel (picture element), and its value corresponds to the intensity or color at that specific spatial location.

In a grayscale image, each pixel is typically represented by a single value (e.g., 0 for black, 255 for white in an 8-bit system). In a color image, each pixel is usually a vector of three values, such as Red, Green, and Blue (RGB).

The coordinates of the matrix are usually denoted as (x,y), where y represents the row and x represents the column. The origin (0,0) is typically located at the top-left corner of the image. When a computer processes an image, it is essentially performing mathematical operations on this grid of numbers.

Sistem Penglihatan Manusia

Membahas bagaimana mata manusia bekerja sebagai inspirasi sensor kamera digital.

Pemahaman tentang persepsi kecerahan dan kontras sangat penting dalam mendesain algoritma enhancement.

The human vision system is an incredibly complex biological "imaging" system. In the context of computer science and digital image processing, we study it because it provides the blueprint for how we design digital cameras and algorithms.

1. The Anatomy of the Eye

Think of the eye as a biological camera. Light enters through the **cornea** and **lens**, which focus the image onto the back of the eye.

2. The Biological Sensors: Rods and Cones

The retina is lined with two primary types of photoreceptors that convert light energy into electrical impulses:

3. Key Perceptual Phenomena

The way we perceive an image is often different from the physical reality of the light hitting our eyes. This is critical in Image Processing because a "mathematically perfect" image might look wrong to a human.

4. From Eye to Brain

The electrical signals generated by the retina travel via the optic nerve to the visual cortex in the brain. Interestingly, there is a "blind spot" in each eye where the optic nerve exits the retina (because there are no photoreceptors there), but our brain uses the data from the other eye and visual memory to "fill in" the gap so we never notice it.

Akuisisi Citra

Proses menangkap citra fisik menjadi representasi digital melibatkan:

  1. Sensing: Sensor (CCD/CMOS) menangkap energi iluminasi.
  2. Sampling: Digitalisasi koordinat spasial.
  3. Quantization: Digitalisasi nilai amplitudo (intensitas).

Akuisisi citra (Image Acquisition) adalah langkah paling fundamental dalam Pemrosesan Citra Digital. Tanpa langkah ini, tidak ada data yang bisa diolah. Secara sederhana, ini adalah proses mengubah pemandangan fisik (dunia nyata/analog) menjadi data digital (angka) yang bisa dipahami komputer.

1. Model Dasar Akuisisi Citra

Proses ini membutuhkan tiga elemen utama agar sebuah gambar dapat terbentuk:

  1. Sumber Energi (Illumination): Biasanya berupa cahaya (matahari atau lampu), tetapi bisa juga gelombang elektromagnetik lain seperti Sinar-X atau Radar. Energi ini "menyinari" objek.
  2. Pemandangan/Objek (Scene): Benda yang memantulkan atau meneruskan energi tersebut.
  3. Sistem Pencitraan (Imaging System): Gabungan antara optik (lensa) dan sensor yang menangkap energi pantulan tersebut.

2. Sensor: Jantung Akuisisi

Sensor berfungsi mengubah energi cahaya (foton) menjadi sinyal listrik (elektron) melalui prinsip Efek Fotolistrik. Sinyal keluaran dari sensor ini masih berupa sinyal analog (tegangan kontinu).

Ada tiga jenis susunan sensor yang umum digunakan:

3. Digitalisasi: Mengubah Analog ke Digital

Sinyal tegangan yang keluar dari sensor bersifat kontinu (halus). Agar menjadi citra digital, sinyal ini harus dipecah menjadi angka-angka diskrit melalui dua tahap krusial:

A. Sampling (Pencuplikan Spasial)

Sampling adalah proses membagi gambar menjadi kisi-kisi (grid) koordinat fisik.

B. Kuantisasi (Diskritasi Amplitudo/Warna)

Setelah mendapatkan satu titik sampel, kita harus mengukur seberapa terang titik tersebut. Karena intensitas cahaya di dunia nyata tak terbatas, kita harus memetakannya ke dalam skala terbatas (integer).

4. Hasil Akhir: Matriks Citra

Setelah melalui Sampling dan Kuantisasi, gambar bukan lagi objek fisik, melainkan sebuah matriks matematika f(x,y):

Dimana:
x adalah koordinat baris (posisi vertikal).
y adalah koordinat kolom (posisi horizontal).
Nilai f di dalam kotak adalah intensitas piksel (misal: 128 untuk abu-abu).

Catatan: Beberapa penulis buku dan artikel ilmiah lebih suka menggunakan x sebagai kolom dan y sebagai baris sebagaimana lazimnya koordinat kartesian, sedangkan beberapa penulis lainnya lebih suka menggunakan f(r,c) sebagai notasi pada rumus operasi untuk menghindari permasalahan penyebutan ini.

Model Representasi Warna

Bagaimana komputer menyimpan warna?

Operasi Histogram

Histogram menunjukkan distribusi intensitas piksel dalam sebuah citra.

Teknik yang akan dipelajari: Histogram Equalization dan Histogram Stretching untuk memperbaiki kontras citra yang terlalu gelap atau terang.

Transformasi Geometri

Manipulasi geometri piksel pada citra

Operasi Morfologi

Berfokus pada struktur atau bentuk objek dalam citra.

Penapisan Citra (Filtering)

Menggunakan kernel atau mask melalui konvolusi untuk memodifikasi citra.

Deteksi Tepi

Mencari batas antar objek dalam citra. Tepi adalah tempat terjadinya perubahan intensitas yang drastis.

Metode populer yang akan kita bahas:

Segmentasi Citra

Memecah citra menjadi objek-objek penyusunnya.

Contoh riset di silabus: Projection Profile Segmentation digunakan untuk memisahkan baris teks atau karakter pada manuskrip kuno.

Ekstraksi Fitur

Mengubah gambar menjadi angka yang bisa dimengerti algoritma Machine Learning.

Kompresi Citra (kalau cukup)

Mengurangi ukuran file tanpa (terlalu banyak) merusak kualitas.

Metode Belajar

Kelas ini bukan sekadar teori! Kita akan menerapkan:

Pengantar Selesai!

Persiapan di rumah untuk minggu depan: Coba Colab atau Python di komputer.

Ada pertanyaan terkait kontrak kuliah atau sistem penilaian?

Contact: Telegram 081802728720 atau email [email protected]

Halaman 1 / 21