Gelombang Elektromagnetik Koreksi Citra

Gambar 1 Komponen utama sistem pengindraan jauh

2.1.1.1 Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik atau energi elektromagnetik dalam pengindraan jauh merupakan energi yang dipancarkan maupun dipantulkan oleh objek yang direkam oleh sensor satelit. Gelombang elektromagnetik dapat berasal dari matahari pasif maupun satelit itu sendiri aktif. Gelombang ini seperti gelombang atau gerakan partikel yang dapat merambat melalui dan tanpa melalui medium. Energi atau radiasi yang ditranmisikan ini dapat merambat di medium atmosfer bumi maupun di dalam ruang hampa. Gelombang elektromagnetik terdiri dari beberapa spektrum panjang gelombang, mulai dari gelombang pendek sampai gelombang panjang. Gambar 2 Spektrum elekromagnetik Gelombang elektromagnetik bergerak secara harmonis berbentuk sinusiodal pada suatu kecepatan cahaya, digambarkan dengan persamaan berikut: ……… 1 dimana, c : kecepatan cahaya 3 x 10 8 ms f : frekuensi gelombang Hz λ : panjang gelombang m Umumnya dalam pengindraan jauh, istilah spektrum menunjuk pada bagian tertentu dan sumber energinya seperti spektrum yang sering digunakan yaitu, sinar tampak dan inframerah reflektif, inframerah panas, dan gelombang mikro. Istilah saluran band atau kanal channel digunakan untuk porsi yang lebih kecil, misalnya pada spektrum sinar tampak memiliki kanal atau band biru, hijau, dan merah.

2.1.1.2 Hukum-hukum tentang Radiasi

Sifat radiasi elektromagnetik mudah diuraikan dengan menggunakan teori gelombang namun lebih mudah diuraikan dengan menggunakan partikel karena interaksinya dengan objek dapat mudah diterangkan. Hukum Planck memberikan dasar mengenai energi elektromagnetik yang dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Teori ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Selain itu teori ini juga menjelaskan efek fotoelektrik yang menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. Besarnya energi dalam satu kuanta tergantung pada frekuensi dan panjang gelombang radiasinya, sesuai dengan persamaan: ……… 2 dimana, E : energi kuantum J h : tetapan Planck 6.626x10 -34 Js f : frekuensi Hz Apabila persamaan di atas digabungkan dengan persamaan gelombang maka menjadi: Berdasarkan persamaan di atas maka energi kuantum berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Semakin panjang panjang gelombang maka semakin rendah tenaga kuantumnya dan sebaliknya. Semua benda di permukaan bumi merupakan sumber radiasi walaupun besar dan komposisi spektralnya berbeda dengan radiasi matahari. Oleh karena itu semua benda pada suhu di atas nol Kelvin memancarkan radiasi elektromagnetik secara terus menerus. Besarnya energi radiasi suatu objek di permukaan bumi merupakan fungsi suhu permukaan objek tersebut, seperti yang ditunjukkan oleh Hukum Stefan Boltzman yaitu: ………4 dimana, W : fluks energi radiasi yang dipancarkan oleh permukaan objek setiap detik per satuan luas W m -2 σ : tetapan Stefan Boltzman 5.56697 x 10 -8 W m -2 K -4 T : suhu absolut objek K Hukum ini berlaku untuk sumber energi sebagai benda hitam sempurna blackbody yaitu benda yang akan menyerap tenaga yang diterimanya dari segala sudut penerimaan dan memancarkannya kembali ke segala arah dengan seluruh panjang gelombang yang ada. Fakta di alam, hampir semua benda tidak memiliki sifat seperti benda hitam sempurna yang ada hanya mendekati sifat tersebut. Oleh karena itu setiap energi yang dipancarkan suatu objek di permukaan bumi tidak tergantung pada suhu absolutnya, tetapi tergantung pada daya pancarnya sehingga jumlah energi yang dipancarkan merupakan fungsi suhu dan akan meningkat dengan adanya peningkatan suhu. Hal ini menyebabkan jumlah energi yang dipancarkan suatu objek bervariasi dengan suhunya dan didasarkan pada panjang gelombangnya. Gambar 3 Intensitas emisi benda hitam blackbody pada berbagai suhu Michaelsen 2010 Pada kurva di atas memperlihatkan distribusi radiasi untuk benda hitam sempurna pada berbagai suhu. Kurva tersebut menunjukkan adanya pergeseran puncak distribusi radiasi benda hitam ke arah panjang gelombang yang makin pendek apabila suhu naik yang menyebabkan intensitas radiasi yang dipancarkan juga naik. Panjang gelombang yang dominan atau panjang gelombang yang mencapai radiasi maksimum berkaitan dengan suhunya. Hubungan antara pancaran maksimum objek, panjang gelombang, dan suhu dinyatakan dengan hukum pergeseran Wien dengan persamaan: Berdasarkan persamaan di tersebut, dengan suhu mutlak matahari 6000 K maka akan didapatkan nilai panjang gelombang maksimum radiasi matahari yang mampu memberikan pancaran puncak maksimum terjadi pada panjang gelombang 0.55 µm. Nilai tersebut merupakan nilai tengah panjang gelombang untuk cahaya tampak. Permukaan bumi dengan suhu permukaan sebesar 300 K memberikan nilai pancaran puncak maksimum pada panjang gelombang 9.7 µm. Oleh karena itu, pengindraan jauh termal banyak dilakukan pada kisaran panjang gelombang infra merah yaitu antara 8 µm sampai 14 µm. 2.1.1.3 Sistem Pengindraan Jauh Seluruh sistem pengindraan jauh mutlak memerlukan sumber energi. Sumber energi dapat berupa sumber energi alami, misalnya matahari, atau sumber energi buatan yang dapat memancarkan energi elektromagnetik berasal dari satelit itu sendiri. Energi berinteraksi dengan target atau objek yang ingin dikaji dan sekaligus berfungsi sebagai media untuk meneruskan informasi kepada sensor. Sensor adalah sebuah alat yang mengumpulkan dan mencatat radiasi elektromagnetik. Setelah dicatat, data akan dikirimkan ke stasiun penerima dan diproses menjadi format yang siap pakai, diantaranya berupa citra imagery. Citra ini kemudian diinterpretasikan untuk mencari informasi mengenai target. Proses interpretasi biasanya melakukan pengolahan data citra dengan bantuan komputer dan perangkat lunak pengolah citra. Data pengindraan jauh dapat dianalisis untuk mendapatkan informasi tentang objek, daerah, atau fenomena yang diindra atau diteliti. Analisis data pengindraan jauh memerlukan data rujukan seperti peta tematik, data statistik, dan data lapangan. Hasil akhir yang diperoleh berupa informasi mengenai bentang lahan, jenis penutup lahan, kondisi lokasi, dan kondisi sumberdaya daerah yang diindrakan. Hasil akhir suatu proses pengolahan indraja tergantung pada tujuan dan kebutuhan si pengguna. Oleh karena itu, pihak pengguna merupakan komponen penting dalam sistem indraja. Keseluruhan proses mulai dari pengambilan data, analisis data hingga penggunaan data disebut Sistem Pengindraan Jauh DeMers dan Michael 2005.

2.1.2 Citra MODIS

Citra MODIS Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer adalah muatan instrumen ilmiah berupa sensor yang diluncurkan ke orbit Bumi pada tahun 1999 oleh NASA pada Satelit Terra EOS AM, dan pada tahun 2002 pada Satelit Aqua EOS PM. Satelit ini mampu meliputi areal dengan luasan 2330 km. MODIS dirancang untuk memberikan pengukuran dalam skala besar dinamika global seperti pergerakan awan di bumi, radiasi netto dan proses yang terjadi di lautan, di darat, dan di atmosfer yang lebih rendah. Instrumen memiliki 36 saluran band atau kanal channel dengan panjang resolusi spektral gelombang berkisar dari 0.4 µm sampai 14.4 µm dan pada resolusi spasial yang bervariasi yaitu 250 m kanal 1-2, 500 m kanal 3-7 dan 1000 m kanal 8-36 Lampiran 3. MODIS memiliki resolusi temporal 1 sampai 2 hari untuk mengambil gambar citra permukaan bumi sepanjang satu putaran penuh keliling bumi. MODIS memiliki resolusi radiometrik sampai 12 bits sehingga dapat membedakan warna hingga 4000 warna. Sensor ini dapat bekerja pada cahaya tampak, inframerah, dan gelombang mikro. Citra yang paling sering dimanfaatkan adalah data hasil citra visible light. Hasil citra dari sensor satelit ini dapat memberikan informasi mengenai dinamika global dan proses-proses yang terjadi di darat, laut dan atmosfer. Selain itu sensor satelit ini dapat menghitung radiasi gelombang panjang pemukaan dari benda-benda alam seperti tanah, pasir, vegetasi, dan lainnya, berdasarkan fungsi Planck dan hukum Stefan- Boltzmann Wang et al. 2005.

2.1.2.1 Koreksi Citra

Tahapan paling penting dalam pengolahan awal citra satelit adalah melakukan koreksi, sehingga citra tersebut sesuai dengan peta yang diinginkan dan hilang dari berbagai kesalahan yang ada. Untuk dapat memberikan informasi yang benar, baik jenis informasi maupun skalanya, rekaman citra satelit harus diperbaiki. Citra digital yang belum diolah berisi distorsi geometrik sehingga tidak dapat digunakan sebagai peta. Kesalahan geometrik terjadi selama proses pengumpulan data. Citra yang mempunyai kesalahan geometrik berarti jarak, luas, arah, sudut, dan bentuk bervariasi di semua bagian citra. Sumber distorsi geometrik antara lain merupakan distorsi panoramik sumber kesalahan geometri terbesar, orientasi, rotasi bumi, kesalahan instrumen, dan ketidakstabilan platform wahana. Sistem koordinat pada hasil produk citra MODIS yang dikeluarkan oleh NASA sesungguhnya sudah datar planimetri, hanya saja belum mempunyai koordinat peta yang benar. Dalam hal ini, koreksi geometrik sesungguhnya melibatkan proses georeferensi karena semua sistem proyeksi sangat terkait dengan koordinat peta. Georeferensi adalah suatu proses memberikan koordinat peta pada citra yang sesungguhnya sudah planimetris. Sistem proyeksi berpijak pada tiga kaidah yaitu mempertahankan jarak, sudut dan luas equal distance, equal angle, equal area. Di Indonesia, sistem proyeksi yang digunakan adalah sistem proyeksi UTM Universal Transverse Mercator dengan datum DGN-95 Datum Geodesi Nasional atau WGS84 untuk tingkat internasionalnya. Koreksi radiometrik merupakan teknik perbaikan citra satelit untuk menghilangkan efek atmosferik yang mengakibatkan kenampakan bumi tidak selalu tajam. Koreksi radiometrik bertujuan untuk menghilangkan pengaruh haze, kekaburan citra, dan kekurangjelasan daya pisah unsur, sehingga mampu membuat citra terlihat lebih tajam dan jelas detailnya Supriatna dan Sukartono 2002. Selain itu koreksi radiometrik juga berfungsi untuk menghilangkan efek duplikasi data pada citra di baris-baris tertentu seperti koreksi bow-tie pada citra MODIS. Koreksi ini merupakan tahap awal pengolahan data sebelum analisis dilakukan. Perlu diketahui, untuk melakukan koreksi radiometrik sebaiknya dilakukan sebelum menggabungkan kanal-kanal citra. Hal ini dimaksudkan agar objek yang terekam mudah diinterpretasikan atau dianalisis untuk menghasilkan data atau informasi yang benar sesuai dengan keadaan lapangan. Cropping merupakan teknik dasar pada pengolahan data citra dengan memotong daerah kajian pada citra. Hal ini dilakukan supaya daerah yang diamati terpusat, sehingga daerah yang diamati memiliki batasan hanya sampai pada wilayah kajian yang diambil dari citra sebenarnya. Karena data citra yang dikaji yang telah dilakukan proses cropping akan lebih cepat dalam memproses data. Kegunaan lainnya adalah pengamatan citra yang memiliki batasan dapat memiliki ukuran size yang lebih kecil pada pengamatan visual maupun dari segi ukuran file dibandingkan dari citra sebelumnya yang lebih besar. Karena pengamatan citra pada cakupan yang besar membutuhkan super-computer yang memiliki spesifikasi kebutuhan komputer yang besar dengan ukuran harddisk besar, resolusi layar besar, dan memori RAM yang besar pula.

2.1.2.2 Koreksi Bow-tie Citra MODIS