Image Processing pada Astrofotografi



Image Processing atau pengolahan citra bertujuan memperbaiki kualitas citra agar mudah diinterpretasi oleh manusia atau mesin (dalam hal ini komputer). Teknik-teknik pengolahan citra mentransformasikan citra menjadi citra lain. Jadi, masukannya adalah citra dan keluarannya juga citra, namun citra keluaran mempunyai kualitas lebih baik daripada citra masukan.[1]
Dalam astrofotografi, mengambil citra merupakan suatu langkah awal, untuk sampai pada citra yang memuaskan, maka harus menghadapi hal-hal seperti pengurangan noise[2], kontras dan peningkatan kecerahan, dan koreksi warna.[3]
Tidak ada astrofotografi yang melakukan pemrosesan gambar sama persis. Program yang baik memiliki tutorial yang menjelaskan cara pengoperasiannya, pengguna akan menemukan kombinasi yang paling sesuai untuk masing-masing citra, terutama jika tujuannya adalah untuk menghasilkan "citra terbaik". Citra yang ilmiah harus mengikuti proses pengolahan ketat langkah demi langkah, yang dapat didokumentasikan dan tidak membahayakan data.[4]
Banyak yang menggunakan lebih dari satu program untuk melengkapi citra yang akan diproses, mulai dari kecerahan, kontras, koreksi warna, dan lain-lain. Oleh sebab itu, sulit untuk meletakkan aturan atau langkah universal dalam pengolahan gambar. Sehingga sangat dibutuhkan keahlian khusus.[5] Sebagai pertimbangan, maka perlu kiranya untuk mengetahui batasan-batasan ilmiah dalam pengolahan gambar.
1.      Hukum Pengolahan Citra Astronomi
Dalam buku The Handbook of Astronomical Image Processing (HAIP), Richard Berry dan James Burnell menghubungkan "undang-undang pengolahan citra astronomi." Undang-undang ini tidak hanya didasarkan pada matematika atau metodologinya, namun juga pengakuan akan realitas pemrosesan citra, yang dipelajari selama berjam-jam di teleskop yang memperoleh gambar dan di komputer yang melakukan memprosesnya. Hal ini berlaku dalam seni astrofotografi digital.[6]
Sebelum membahasnya, perlu ditetapkan beberapa prinsip dasar:
a.       Pengolahan citra bukanlah proses yang ajaib; Ini adalah penerapan aturan manipulasi numerik matematis.
b.      Pengolahan citra membuang beberapa bentuk informasi gambar untuk meningkatkan bentuk informasi gambar lainnya.
c.       Kalibrasi foto diperlukan untuk menghilangkan tanda tangan noise sensor dari gambar akhir.
d.      Penskalaan kecerahan dilakukan untuk menghilangkan latar belakang langit yang tidak diinginkan dan kecerahan bintang yang berlebihan agar lebih efektif menampilkan galaksi dan nebula.
e.       Unsharp masking[7] dan deconvolution[8] diterapkan untuk menghilangkan bagian buram yang tidak diinginkan dari gambar yang menyembunyikan detail yang diinginkan.
f.       Informasi gambar selalu hilang selama pemrosesan dan penambahan. Hasil akhirnya mungkin lebih baik, namun akan memiliki data mentah yang kurang.[9]
Berry dan Burnell Laws:
a.    Foto astronomi terbatas. Singkatnya, jika ada cukup foto yang tiba di sensor pencitraan, maka targetnya tidak akan didiskriminasikan dari latar belakang langit atau suara sensor. Sifat target astronomi, kondisi atmosfer, ukuran dan konfigurasi optik instrumen yang digunakan untuk pencitraan, dan karakteristik respon sensor pencitraan semuanya ikut bermain, dan pada titik tertentu akan membatasi kemampuan untuk memperoleh gambar yang diinginkan.
b.    Terjadinya Artifact. Artifact adalah ketidaksempurnaan pada gambar yang disebabkan oleh faktor luar seperti debu pada sensor, ilustrasi sistem optik, ketidaksempurnaan optik dan kesalahan fokus, pantulan di dalam sistem optik, noise elektron pada sensor, dan lain-lain. Maka perlu untuk menekan atau menghilangkan artifact selama pemrosesan gambar dengan mengkalibrasi gambar kita dengan bingkai gelap. Tapi faktanya bahwa gambar apapun akan memiliki banyak artifact meskipun upaya terbaik kita untuk menghilangkannya.
c.    Jangan pernah mempercayai satu gambar. Hukum ini tidak berlaku jika objeknya hanya membuat citra terbaik. Sebenarnya, kebebasan dan lisensi sering kali diambil dalam pengolahan gambar yang ditujukan hanya untuk kesenangan visual. Jika melakukan sains atau dengan sengaja mencari sesuatu yang baru, keakuratan apa yang tercatat pada gambar menjadi sangat penting. Citra digital sangat rentan terhadap berbagai jenis artifact yang meniru benda-benda astronomi. Pemogokan sinar kosmik, noise sensor, atau bahkan pemrosesan yang salah diterapkan dapat menciptakan penampakan yang realistis pada gambar yang tidak ditampilkan pada grafik bintang yang populer. Selalu ada kemungkinan ada sesuatu yang baru muncul di langit, tapi semboyannya adalah pembuktian dan verifikasi. Jika muncul pada dua gambar berturut-turut, kemungkinan realitas meningkat namun bukan bukti nyata keberadaannya. Jika ada sesuatu yang muncul dalam dua gambar yang diambil oleh instrumen terpisah, kemungkinan realitas meningkat secara signifikan sampai pada pencarian verifikasi dari sumber lain.
d.    Pengolahan citra selalu membuang informasi, tidak masalah apakah pengolahannya mengumpulkan ilmu dengan pengukuran posisi atau besaran atau hanya memberikan informasi bergambar tentang subjek. Sifat mengkalibrasi citra digital dengan mengurangi bingkai gelap akan mengubahnya menjadi lebih baik. Pengolahan lebih lanjut, atau penyempurnaan, membuang lebih banyak informasi untuk meningkatkan visibilitas informasi gambar lainnya.
e.    Citra yang diproses dengan baik tidak dapat diperbaiki. Latar belakang langit yang diatur ke hitam telah membuang informasi gambar tentang bagian gelap gambar, sementara bintang-bintang yang cerah untuk memenuhi putih murni tidak lagi menyimpan informasi kecerahan yang sebenarnya. Meningkatkan kontras untuk meningkatkan visibilitas detail samar skala besar juga telah mengurangi kisaran data yang tersedia yang terdapat dalam gambar mentah. Setelah diproses, dapat melihat dengan lebih baik apa yang ada, namun dalam rentang warna dan nada yang lebih terbatas daripada yang terdapat dalam gambar asli.[10]
Hukum-hukum di atas digunakan saat melakukan pemrosesan gambar. Transformasi dapat saja terjadi pada gambar, namun harus menyeimbangkan hasilnya dalam kerangka data mentah dan apa yang matematis yang dapat dicapai dengan data tersebut. Over-processing gambar tidak bisa menggantikan kekurangan data mentah.[11]
2.      Image Processing secara Umum
Komputer digunakan sebagai kendali teleskop dan instrumen, untuk perolehan data digital dari detektor elektronik, untuk tampilan gambar, analisis, numerik, simulasi, dan lainnya. [12] Menurut David Ratledge urutan operasi pada citra digital, tepat setelah akuisisi dan sebelum dapat dianalisis secara efektif dan didokumentasikan dengan baik. Terdapat tiga syarat, pertama  pengurangan offset, yang setara dengan menentukan titik nol untuk setiap piksel (bias atau offset). Kedua penghapusan sinyal termal yang dihasilkan pada sensor itu sendiri (disebut arus gelap atau bingkai gelap). Ketiga mencapai keseragaman piksel di seluruh bidang citra (disebut bidang datar). [13]
Secara umum, hal-hal yang dilakukan dalam pengolahan citra astrofotografi adalah sebagai berikut:
a.    Pengurangan/Kalibrasi Gambar
Pengurangan gambar (atau kalibrasi) mengacu pada pembersihan gambar untuk mengungkapkan data yang diinginkan dalam cahaya terbaik.[14] Langkah pertama dalam mengolah eksposur harus melakukan pengurangan bidang gelap dan koreksi bidang datar. Pastikan bidang gelap sesuai dengan suhu, waktu pemaparan, dan mode dari eksposur cahaya. Melakukan konfirmasikan bahwa bidang datar sesuai dengan sistem optik cahaya eksposur.  Gambar yang dikalibrasi harus disimpan dalam folder berbeda dari gambar mentah. Dengan cara ini, jika gambar tidak dikalibrasi dengan benar, maka dapat mengulangi proses pada gambar mentah. Gambar yang dikalibrasi harus hampir bebas dari piksel panas yang tersebar yang mengganggu citra mentah. Bayangan vignette dan debu harus ditingkatkan secara substansial[15]

b.    Menyejajarkan Gambar
Setelah eksposur dikalibrasi dan ukurannya ukurannya sama, maka siap untuk menyesuaikan dan menggabungkannya. Pendekatan yang lebih baik, paling tidak sampai mengembangkan dalam proses penyelarasan, yaitu memisahkan dua proses. Program yang berbeda akan melakukan penyelarasan dengan cara yang berbeda, dan dengan berbagai tingkat kompleksitas. Alignment dua bintang akan memperbaiki posisi dan rotasi, namun tidak dalam skala perbedaan. Selalu periksa gambar setelah penyelarasan untuk memastikan bahwa prosesnya berhasil, sebelum melanjutkan untuk menggabungkan gambar.
Setiap rutinitas alignment mengkomposisikan gambar, yang mengenalkan sedikit kabur. Oleh karena itu, coba untuk membatasi keselarasan  dengan satu rangkaian program penyelarasan. Jika keselarasan buruk, kembali ke gambar asli sebelum memodifikasi prosedur penyelarasan. Jangan tujukan gambar yang sama ke beberapa langkah pelurusan, dengan risiko mengurangi resolusi[16]
c.    Menggabungkan Gambar 
Jika menggunakan gambar yang difilter, maka perlu menggabungkan setiap saluran filter secara terpisah. Citra selaras dapat dikombinasikan dengan kombinasi rata-rata, rata-rata hibrida/median, sigma menggabungkan, atau penyisipan penyimpangan standar. Penambahan dan rata-rata memberikan rasio signal-to-noise tertinggi, karena semua data digunakan untuk membuat gambar. Rata-rata menghindari risiko membuat piksel dengan nilai lebih tinggi daripada saturasi. Penambahan mungkin lebih baik daripada rata-rata untuk gambar yang sangat redup, seperti yang diperoleh dengan filter pita sempit. Baik penambahan dan rata-rata memungkinkan klik sinar kosmik dan jalur pesawat tetap menjadi artifak redup pada gambar akhir.
Menggunakan metode hibrida teknik rata-rata dan median untuk mencoba memadukan manfaat keduanya. Metode ini membutuhkan setidaknya enam gambar untuk digabungkan, namun bisa bekerja dengan lebih banyak lagi. Gambar dibagi menjadi sub kelompok setidaknya tiga gambar. Setiap sub kelompok digabungkan rata-rata, yang menghilangkan sinar kosmik dan jalur pesawat. Kemudian, gabungan gambar dari subkelompok dirata-ratakan. Pada prinsipnya, ini mencapai penekanan artifak gabungan median, dengan beberapa manfaat peningkatan sinyal terhadap kebisingan yang diberikan oleh rata-rata.
Sigma menggabungkan bekerja dengan baik tidak hanya pada eksposur cahaya, tapi juga pada bidang gelap, bidang bias, dan medan datar, untuk bidang gelap, jangan gunakan normalisasi dan jangan cek untuk mengabaikan batas hitam. Sedangkan untuk bidang datar, gunakan normalisasi sekitar 60% tapi jangan cek untuk mengabaikan batas hitam. Jika menggunakan rutinitas kalibrasi di Maxim DL, pastikan bingkai gelap, bias, dan datar masing-masing ditetapkan untuk menggunakan pengaturan kombinasi yang tepat sebelum diterapkan pada gambar cahaya.[17]


[1] Priyanto Hidayatullah, Pengolahan Citra Digital; Teori dan Apklikasi Nyata, (Bandung: Informatika Bandung, 2005), 5.
[2] Noise merupakan sebuah istilah yang digunakan oleh analis data deret waktu untuk menggambarkan fluktuasi acak yang mungkin mengaburkan sinyal sebenarnya. Urutan kesalahan, dalam pengamatan berturut-turut, yang terdiri dari nilai acak bebas dari distribusi normal dengan artian nol disebut white noise. Lihat http://www.oxfordreference.com, kata kunci “noise”. Secara singkat Noise disebut sebagai ganguan pada citra. Diakses pada tanggal 14 februari 2018, pukul 08.45 WIB.
[3] Robert Reeves, Introduction to Digital Astrophotography; Imaging the Universe with a Digital Camera, (New York: Congress Cataloging, 2005), PDF e-book, 353.
[4] Robert Reeves, Introduction to Digital ..., 353.
[5] Robert Reeves, Introduction to Digital ..., 353-354.
[6] Robert Reeves, Introduction to Digital ..., 354. 
[7] Unsharp masking merupakan teknik pemrosesan foto dan gambar untuk mengurangi variasi kecerahan keseluruhan pada gambar. Topeng negatif dibuat dari aslinya, dengan kepadatan rendah dan sedikit tidak fokus. Hal ini kemudian terjepit dengan aslinya, sehingga mengurangi rentang kecerahan yang asli sambil tetap mempertahankan detail halus. Hasilnya memungkinkan variasi kecerahan kecil terlihat pada gambar dengan sedikit pengurangan kontrasnya. Lihat http://www.oxfordreference.com, kata kunci “Unsharp masking”. Diakses pada tanggal 19 Februari 2018, pukul 11.00 WIB.
[8] Deconvolution merupakan metode komputasi yang digunakan dalam pemrosesan sinyal untuk memperbaiki sebagian efek pelebaran atau pengaburan instrumen atau atmosfer. Metode dekonvolusi digunakan secara ekstensif dalam sintesis aperture untuk mengurangi efek distorsi dari pola balok teleskop. Lihat http://www.oxfordreference.com, kata kunci “deconvolution”. Diakses pada tanggal 19 Februari 2018, pukul 11.350 WIB.
[9] Robert Reeves, Introduction to Digital ..., 354.  
[10] Robert Reeves, Introduction to Digital ..., 354-356. Lihat juga Richard Berry & James Burnell, The Handbook of Astronomical Image Processing, (USA: Willmann-Bell, 2005), PDF e-book, 133-155.
[11] Robert Reeves, Introduction to Digital ..., 355-356.
[12] Ian S. McLean, Electronic Imaging in Astronomy; Detectors and Instrumentation, (California: Springer, 2008), PDF e-book, 353.
[13] David Ratledge, Digital Astrophotography; the State of the Art, (London: Springer 2005), PDF e-book, 80.
[14] Adam M. Stuart, M.D, CCD Astrophotography: High Quality Imaging from the Suburbs, (Florida: Springer, 2006), PDF e-book, 71.
[15] Ruben Kier, The 100 Best Targets for Astrophotography, (New York: Springer, 2009), PDF e-book, 340.
[16] Ruben Kier, The 100 Best ..., 342. 
[17] Ruben Kier, The 100 Best ..., 343.     

Post a Comment

0 Comments