Pemugaran Citra Digital Dengan Algoritma Exemplar-Based Image Inpainting dan Metode Sintesis Tekstur
ABSTRAK
Pemugaran Citra Digital Dengan Algoritma Exemplar-Based Image
Inpainting dan Metode Sintesis Tekstur
Oleh
CINDY TRIAS PUSPITA
Pemugaran citra digital bertujuan untuk merekonstruksi citra digital yang
mengalami degradasi yang membuat citra digital berubah tidak sesuai dengan
aslinya. Degradasi yang mungkin terjadi pada citra digital dapat berupa noda pada
citra tua, serta hasil scan yang kurang baik. Tujuan penelitian ini adalah
merancang perangkat lunak pemugaran citra digital dengan menggunakan
algoritma exemplar-based image inpainting dan metode sintesis tekstur. Piksel
yang terdegrasi akan digantikan dengan piksel baru dengan cara mendapatkan
informasi piksel tetanga yang menyerupai dengan piksel yang terdagradasi.
Perangkat lunak ini dapat memperbaiki citra RGB atau citra warna dengan format
file JPEG, PNG dan TIFF. Pengembangan perangkat lunak inpainting dilakukan
menggunakan MATLAB 7.6.0. Berdasarkan pengujian pada beberapa sampel
citra uji, hasil observasi menunjukan bahwa perangkat lunak dapat digunakan
untuk memperbaiki citra tua atau menghilangkan objek yang tidak diinginkan
seperti menghilangkan objek seperti noda, logo, dan teks.
Kata kunci : Exemplar-based, Inpainting, Pemugaran Citra, Sintesis Tekstur
ABSTRACT
Digital Image Restoration With Exemplar-Based Image Inpainting
Algorithm and Texture Synthesis Method
By
CINDY TRIAS PUSPITA
Digital image restoration aims to reconstruct a digital image that experienced
degradation, which changes this digital image from its original. Degradation that
may occur in the digital image can be a dirt on the old image or a image result of a
less good quality scanner. This research is intended to overcome such problems.
The outcome of this research is a software of the digital image restoration by
applying exemplar-based image inpainting algorithm and texture synthesis
method. Pixels which are degradated are replaced by a new pixel from its
neighbor pixel information that resembles to the degradated pixels. The software
could restore an RGB image or a color image in the format of JPEG, PNG and
TIFF. Inpainting software development was done using MATLAB 7.6.0. Based
on several sample test images, the observation results show that the software can
be used to restore the old image or eliminate unwanted objects like a spot, a logo
and a text.
Keyword
: Exemplar-based, Image Processing, Inpainting, Texture Synthesis
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Teknologi komputer kini berkembang pesat. Pada bidang multimedia
khususnya berhubungan dengan gambar (citra). Sekarang ini citra digital
banyak digunakan untuk menggantikan citra analog, bahkan tidak sedikit
yang mengubah citra analog menjadi citra digital agar mudah disimpan. Pada
awalnya data atau informasi tidak hanya disajikan dalam bentuk teks, tetapi
juga dapat berupa gambar (citra), audio (bunyi, suara, dan musik), dan video.
Era teknologi informasi saat ini tidak dapat dipisahkan dari multimedia.
Pemrosesan citra digital juga berkembang semakin baik, dikarenakan
bertambahnya ilmu dan penemuan baru pada bidang pengolahan citra digital.
Seperti diketahui, elemen sistem pemrosesan citra meliputi pengambilan,
penyimpanan, pemrosesan, komunikasi, dan penampilan (Gonzales, 1993).
Dengan demikian citra yang didapatkan mungkin seringkali tidak sesuai
keinginan sehingga citra perlu diproses untuk didapatkan hasil yang orisinil
(keadaan ideal) menurut persepsi mata manusia.
Citra sebagai salah satu komponen multimedia memegang peranan
penting dalam informasi visual. Sebagai bentuk informasi visual, citra
2
mempunyai karakteristik yang tidak dimiliki oleh data teks, yaitu citra kaya
dengan informasi (Rinaldi Munir, 2004).
Citra foto dan film yang sudah tua, biasanya mengalami kerusakan
atau degradasi pada permukaannya. Kerusakan pada citra digital disebabkan
oleh banyak faktor. Citra tua kadangkala mengalami kerusakan karena jamur
ataupun tergores. Bahkan untuk citra yang masih baru dapat tanpa sengaja
tergores ataupun terdapat derau lainnya. Kerusakan pada citra dapat
diperbaiki dengan melakukan pemugaran (restoration) terhadap citra.
Pemugaran adalah proses merekonstruksi atau mendapatkan kembali
citra asli dari citra yang cacat atau terdegradasi agar dapat menyerupai citra
aslinya. Pemugaran citra berbeda dengan peningkatan kualitas citra (image
enhancement), meskipun kedua-duanya bertujuan untuk memperbaiki kualitas
citra.
Pemugaran
citra digital
yang dibahas
dalam
penelitian ini
menggunakan algoritma inpainting. Algoritma ini merupakan suatu teknik
untuk memodifikasi citra dalam bentuk yang tidak terdeteksi. Dengan kata
lain inpainting adalah teknik pengisian satu daerah dan satu citra
berlandaskan informasi piksel tetangga.
Algoritma exemplar-based image inpainting digabungkan dengan
metode sintesis tekstur (Texture Synthesis). Sintesis tekstur berusaha untuk
membangun region tekstur besar yang berasal dari contoh citra kecil. Dengan
contoh tersebut dibangun model probabilitas tekstur untuk menentukan
tekstur citra.
3
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang permasalahan yang telah diuraikan, dapat
dirumuskan permasalahan yaitu bagaimana mengembalikan informasi dari
citra digital yang telah mengalami kerusakan (degradasi), baik sengaja
ataupun tidak dan/atau menghilangkan informasi berupa objek pada citra
digital yang tidak diinginkan dengan menggunakan algoritma exemplar-based
image inpainting dan metode sintesis tekstur.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, pengembangan aplikasi pemugaran citra dibatasi
pada hal-hal berikut:
1. Bahasa Pemrogaman yang digunakan adalah bahasa pemrograman
MATLAB 7.6.0.
2. Derau yang diteliti berupa citra yang hilang atau tidak sesuai dengan
citra aslinya.
3. Jenis file citra yang dipugar adalah Portable Network Graphics (.png),
Tagged Image File Format (.tiff) dan Joint photographic expertes
group (.jpeg).
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan penelitian ini adalah membuat aplikasi pemugaran
citra digital dengan menggunakan algoritma exemplar-based image inpainting
yang berfungsi:
4
1. Memperbaiki derau yang disebabkan oleh citra tua, berupa jamur
ataupun hasil scan yang kurang sempurna.
2. Menghilangkan derau berupa logo dan teks.
3. Menghilangkan objek yang tidak diinginkan.
4. Mengisi piksel yang hilang dengan piksel yang baru.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dalam penelitian aplikasi pemugaran citra, diharapkan agar
memperoleh manfaat sebagai berikut :
1. Menambah pengetahuan pengolahan citra digital.
2. Membantu pengembangan teknologi fotografi, terutama pada bidang
perbaikan citra tekstur.
3. Menghilangkan atau meminimumkan cacat pada citra digital.
4. Menambah pengetahuan dalam hal memanipulasi citra digital.
5. Perbaikan citra tua yang mengalami kerusakan atau degragasi pada
permukaan citra digital.
6. Rekonstruksi citra penting dari suatu derau yang disengaja maupun
tidak.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan
sebagai berikut:
1. Aplikasi pemugaran citra digital dengan menggunakan algoritma
exemplar-based image inpainting berhasil memperbaiki citra yang
disebabkan noda jamur. Dengan luas kerusakan piksel yang tidak
terlalu besar maka pemugaran berhasil untuk menggantikan piksel
yang rusak. Selain derau yang disebabkan jamur aplikasi ini juga
dapat memperbaiki citra yang terdapat derau berupa teks ataupun
logo.
2. Aplikasi pemugaran citra digital dengan menggunakan algoritma
exemplar-based image inpainting mampu menghilangkan objek yang
tidak diinginkan dan menggantikan dengan piksel lainnya. Apilkasi
ini juga berhasil mengisi piksel pada citra yang hilang dan
menggantikannya dengan piksel yang lain.
3. Berdasarkan data observasi maka dapat disimpulkan perbedaan
border size menghasilkan waktu proses yang berbeda. Dengan border
56
size minimum, didapatkan waktu pemrosesan minimum begitupula
sebaliknya. Selain itu perbedaan border size juga menghasilkan
kualitas citra yang berbeda. Dengan border size maksimum,
didapatkan kualitas citra yang baik jika dibandingkan dengan border
size minimum.
5.2. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, saran yang diberikan
adalah sebagai berikut:
1. Dalam pembuatan aplikasi ini masih terdapat beberapa kekurangan
dan kelemahan, sehingga dibutuhkan masukan-masukan yang sangat
mendukung bagi perkembangan dan kemajuan aplikasi ini.
2. Mencoba metode image inpainting lainnya agar kinerja masingmasing metode dapat dibandingkan.
3. Menggabungkan dengan metode-metode pemugaran citra digital
lainya seperti : image enhancement, image compression, image
segmentation dan metode lainnya.
Pemugaran Citra Digital Dengan Algoritma Exemplar-Based Image
Inpainting dan Metode Sintesis Tekstur
Oleh
CINDY TRIAS PUSPITA
Pemugaran citra digital bertujuan untuk merekonstruksi citra digital yang
mengalami degradasi yang membuat citra digital berubah tidak sesuai dengan
aslinya. Degradasi yang mungkin terjadi pada citra digital dapat berupa noda pada
citra tua, serta hasil scan yang kurang baik. Tujuan penelitian ini adalah
merancang perangkat lunak pemugaran citra digital dengan menggunakan
algoritma exemplar-based image inpainting dan metode sintesis tekstur. Piksel
yang terdegrasi akan digantikan dengan piksel baru dengan cara mendapatkan
informasi piksel tetanga yang menyerupai dengan piksel yang terdagradasi.
Perangkat lunak ini dapat memperbaiki citra RGB atau citra warna dengan format
file JPEG, PNG dan TIFF. Pengembangan perangkat lunak inpainting dilakukan
menggunakan MATLAB 7.6.0. Berdasarkan pengujian pada beberapa sampel
citra uji, hasil observasi menunjukan bahwa perangkat lunak dapat digunakan
untuk memperbaiki citra tua atau menghilangkan objek yang tidak diinginkan
seperti menghilangkan objek seperti noda, logo, dan teks.
Kata kunci : Exemplar-based, Inpainting, Pemugaran Citra, Sintesis Tekstur
ABSTRACT
Digital Image Restoration With Exemplar-Based Image Inpainting
Algorithm and Texture Synthesis Method
By
CINDY TRIAS PUSPITA
Digital image restoration aims to reconstruct a digital image that experienced
degradation, which changes this digital image from its original. Degradation that
may occur in the digital image can be a dirt on the old image or a image result of a
less good quality scanner. This research is intended to overcome such problems.
The outcome of this research is a software of the digital image restoration by
applying exemplar-based image inpainting algorithm and texture synthesis
method. Pixels which are degradated are replaced by a new pixel from its
neighbor pixel information that resembles to the degradated pixels. The software
could restore an RGB image or a color image in the format of JPEG, PNG and
TIFF. Inpainting software development was done using MATLAB 7.6.0. Based
on several sample test images, the observation results show that the software can
be used to restore the old image or eliminate unwanted objects like a spot, a logo
and a text.
Keyword
: Exemplar-based, Image Processing, Inpainting, Texture Synthesis
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Teknologi komputer kini berkembang pesat. Pada bidang multimedia
khususnya berhubungan dengan gambar (citra). Sekarang ini citra digital
banyak digunakan untuk menggantikan citra analog, bahkan tidak sedikit
yang mengubah citra analog menjadi citra digital agar mudah disimpan. Pada
awalnya data atau informasi tidak hanya disajikan dalam bentuk teks, tetapi
juga dapat berupa gambar (citra), audio (bunyi, suara, dan musik), dan video.
Era teknologi informasi saat ini tidak dapat dipisahkan dari multimedia.
Pemrosesan citra digital juga berkembang semakin baik, dikarenakan
bertambahnya ilmu dan penemuan baru pada bidang pengolahan citra digital.
Seperti diketahui, elemen sistem pemrosesan citra meliputi pengambilan,
penyimpanan, pemrosesan, komunikasi, dan penampilan (Gonzales, 1993).
Dengan demikian citra yang didapatkan mungkin seringkali tidak sesuai
keinginan sehingga citra perlu diproses untuk didapatkan hasil yang orisinil
(keadaan ideal) menurut persepsi mata manusia.
Citra sebagai salah satu komponen multimedia memegang peranan
penting dalam informasi visual. Sebagai bentuk informasi visual, citra
2
mempunyai karakteristik yang tidak dimiliki oleh data teks, yaitu citra kaya
dengan informasi (Rinaldi Munir, 2004).
Citra foto dan film yang sudah tua, biasanya mengalami kerusakan
atau degradasi pada permukaannya. Kerusakan pada citra digital disebabkan
oleh banyak faktor. Citra tua kadangkala mengalami kerusakan karena jamur
ataupun tergores. Bahkan untuk citra yang masih baru dapat tanpa sengaja
tergores ataupun terdapat derau lainnya. Kerusakan pada citra dapat
diperbaiki dengan melakukan pemugaran (restoration) terhadap citra.
Pemugaran adalah proses merekonstruksi atau mendapatkan kembali
citra asli dari citra yang cacat atau terdegradasi agar dapat menyerupai citra
aslinya. Pemugaran citra berbeda dengan peningkatan kualitas citra (image
enhancement), meskipun kedua-duanya bertujuan untuk memperbaiki kualitas
citra.
Pemugaran
citra digital
yang dibahas
dalam
penelitian ini
menggunakan algoritma inpainting. Algoritma ini merupakan suatu teknik
untuk memodifikasi citra dalam bentuk yang tidak terdeteksi. Dengan kata
lain inpainting adalah teknik pengisian satu daerah dan satu citra
berlandaskan informasi piksel tetangga.
Algoritma exemplar-based image inpainting digabungkan dengan
metode sintesis tekstur (Texture Synthesis). Sintesis tekstur berusaha untuk
membangun region tekstur besar yang berasal dari contoh citra kecil. Dengan
contoh tersebut dibangun model probabilitas tekstur untuk menentukan
tekstur citra.
3
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang permasalahan yang telah diuraikan, dapat
dirumuskan permasalahan yaitu bagaimana mengembalikan informasi dari
citra digital yang telah mengalami kerusakan (degradasi), baik sengaja
ataupun tidak dan/atau menghilangkan informasi berupa objek pada citra
digital yang tidak diinginkan dengan menggunakan algoritma exemplar-based
image inpainting dan metode sintesis tekstur.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, pengembangan aplikasi pemugaran citra dibatasi
pada hal-hal berikut:
1. Bahasa Pemrogaman yang digunakan adalah bahasa pemrograman
MATLAB 7.6.0.
2. Derau yang diteliti berupa citra yang hilang atau tidak sesuai dengan
citra aslinya.
3. Jenis file citra yang dipugar adalah Portable Network Graphics (.png),
Tagged Image File Format (.tiff) dan Joint photographic expertes
group (.jpeg).
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan penelitian ini adalah membuat aplikasi pemugaran
citra digital dengan menggunakan algoritma exemplar-based image inpainting
yang berfungsi:
4
1. Memperbaiki derau yang disebabkan oleh citra tua, berupa jamur
ataupun hasil scan yang kurang sempurna.
2. Menghilangkan derau berupa logo dan teks.
3. Menghilangkan objek yang tidak diinginkan.
4. Mengisi piksel yang hilang dengan piksel yang baru.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dalam penelitian aplikasi pemugaran citra, diharapkan agar
memperoleh manfaat sebagai berikut :
1. Menambah pengetahuan pengolahan citra digital.
2. Membantu pengembangan teknologi fotografi, terutama pada bidang
perbaikan citra tekstur.
3. Menghilangkan atau meminimumkan cacat pada citra digital.
4. Menambah pengetahuan dalam hal memanipulasi citra digital.
5. Perbaikan citra tua yang mengalami kerusakan atau degragasi pada
permukaan citra digital.
6. Rekonstruksi citra penting dari suatu derau yang disengaja maupun
tidak.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan
sebagai berikut:
1. Aplikasi pemugaran citra digital dengan menggunakan algoritma
exemplar-based image inpainting berhasil memperbaiki citra yang
disebabkan noda jamur. Dengan luas kerusakan piksel yang tidak
terlalu besar maka pemugaran berhasil untuk menggantikan piksel
yang rusak. Selain derau yang disebabkan jamur aplikasi ini juga
dapat memperbaiki citra yang terdapat derau berupa teks ataupun
logo.
2. Aplikasi pemugaran citra digital dengan menggunakan algoritma
exemplar-based image inpainting mampu menghilangkan objek yang
tidak diinginkan dan menggantikan dengan piksel lainnya. Apilkasi
ini juga berhasil mengisi piksel pada citra yang hilang dan
menggantikannya dengan piksel yang lain.
3. Berdasarkan data observasi maka dapat disimpulkan perbedaan
border size menghasilkan waktu proses yang berbeda. Dengan border
56
size minimum, didapatkan waktu pemrosesan minimum begitupula
sebaliknya. Selain itu perbedaan border size juga menghasilkan
kualitas citra yang berbeda. Dengan border size maksimum,
didapatkan kualitas citra yang baik jika dibandingkan dengan border
size minimum.
5.2. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, saran yang diberikan
adalah sebagai berikut:
1. Dalam pembuatan aplikasi ini masih terdapat beberapa kekurangan
dan kelemahan, sehingga dibutuhkan masukan-masukan yang sangat
mendukung bagi perkembangan dan kemajuan aplikasi ini.
2. Mencoba metode image inpainting lainnya agar kinerja masingmasing metode dapat dibandingkan.
3. Menggabungkan dengan metode-metode pemugaran citra digital
lainya seperti : image enhancement, image compression, image
segmentation dan metode lainnya.