4

4

`II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Citra Foto Udara

Citra atau Image merupakan istilah lain dari gambar, yang merupakan informasi

berbentuk visual yang diperoleh dari penangkapan kekuatan sinar yang dipantulkan

oleh objek (Kiefer et al., 1993). Sumber cahaya mengenai objek, kemudian cahaya

dipantulkan kembali sebagian, pantulan cahaya diterima oleh alat-alat pengindera optik

seperti scanner, kamera, dan mikroskop, cahaya tersebut akan membentuk bayangan

objek dan terekam sesai intensitas pantulan cahaya pada alat pengindra optik. Apabila

alat yang digunakan untuk merekam pantulan cahaya tersebut merupakan mesin digital,

contohnya kamera digital, citra yang dihasilkan juga berbentuk citra digital. Pada citra

digital, kelanjutan intensitas cahaya dihitung sesuai resolusi alat yang digunakan untuk

merekam. Sebuah citra merupakan fungsi aliran cahaya persatuan sudut 2 dimensi (2D)

(x, y). X dan y merupakan koordinat ruang sedangkan f pada titik (x, y) adalah tingkat

kecerahan (brightness) sebuah citra (Danoedoro, 2007).

Gambar 1. UAV DJI Phantom 4 Advanced (Sumber: Dji, 2017)

5

5

Citra foto udara adalah gambar yang dihasilkan dengan menggunakan sensor

kamera pada alat transportasi udara contohnya berupa helikopter, pesawat udara, dan

drone atau pesawat tanpa awak (UAV). Pemotretan ini dilakukan dengan membuat

rencana terlebih dahulu untuk mementukan tujuan, jalur penerbangan, dan arah terbang

wahana pesawat udara (Gularso et al., 2013).

2.1.1. Jenis-Jenis Citra Foto Udara

Somantri (2009) Citra foto udara dibedakan berdasrkan spectrum

elektromagnetiknya, citra foto ultaviolet adalah citra yang diciptakan menggunakan

spektrum ultraviolet jarak dekat yaitu dengan panjang gelombang 0,29 mikro meter.

Memiliki ciri informasi yang dapat diperoleh sedikit, namun pada beberapa objek dari

citra foto ultraviolet mudah dikenali karena daya kontrasnya besar. Citra foto ini cocok

untuk merekam beberapa fenomena di alam, contohnya minya yang tumpah di lautan,

mampu membedakan atap rumah logam dicat atau tidak, dan jalur jalan beraspal.

Citra ortokomatik adalah citra foto yang menggunakan spektrum tampak dalam

pembuatnya dengan warna biru sampai sebagian hijau (0,4–0,56 mikrometer). Citra ini

akan membuat objek akan terlihat lebih jelas dan citra ini sangat cocok untuk

digunakan pada studi pantai karena film citra ortokomatik memiliki kelebihan peka

terhadap objek yang berada di bawah permukaan air sampai kedalaman 20 meter.

Sedangkan citra foto pankromatik spektrum yang digunakan adalah seluruh spektrum

tampak pada mata dari warna ungu sampai merah. Kepekaan film citra ini hampir

menyamai dengan mata pada manusia. Foto ini cocok untuk merekam fenomena alam

seperti banjir, longsor, dan air tanah (Suharyadi, 2001).

6

6

Kiefer et al. (1993) Selain dibedakan berdasarkan spectrum elektromagnetik

citra foto udara juga memiliki jenis berdasarkan arah sumbu kamera ke permukaan

bumi, diantaranya sebagai berikut:

a. Pemotretan udara secara tegak dilakukan dengan posisi kamera di pesawat terbang

tegak lurus pada permukaan objek bumi yang diamati, hasil pemotretan ini berupa

foto udara dengan permotretan vertikal.

b. Citra foto udara condong dilakukan pada posisi antara pesawat udara yang

membawa kamera dengan permukaan bumi memiliki sudut yang agak miring

dengan kemiringan tertentu. Karakter foto yang dihasilkan pemotretan secara

condong terlihat agak miring namun batas cakrawala tidak terlihat.

c. Citra foto udara sangat condong atau high oblique adalah sudut kamera dan

permukaan bumi sangat besar sehingga terlihatnya batas cakrawala atau garis

horizon pada citra foto.

2.1.2. Citra Digital

Citra digital merupakan kumpulan elemen piksel digital yang

merepresentasikan sebuah citra dua dimensi dalam bentuk digital (Darma, 2010).

Dalam sebuah citra foto digital terdapat elemen terkecil berbentuk titik yang menyusun

dan menentukan kecerahan dari sebuah warna pada citra digital yang disebut piksel.

Bentuk piksel dalam citra digital bermacam-macam, ada yang berbentuk bujur sangkar,

persegi panjang, dan persegi enam yang memiliki tinggi dan lebar tertentu. (Fadlisyah,

2007). Citra foto akan selalu bernilai bulat karena ukuran citra berdasarkan banyaknya

piksel yang digunakan, piksel pada citra memiliki koordinat sesuai dengan posisinya.

7

7

Koordinat pada piksel umumnya menggunakan bilangan bulat untuk menyatakannya,

yang dimulai dari angka 0 atau 1 tergantung sistem yang digunakan. Nilai angka digital

pada setiap piksel merepresentasikan informasi yang diwakilinya pada sebuah citra

digital. Penggunaan citra digital untuk keperluan secara visual dipengaruhi oleh nilai

data digital yang merepresentasikan warna dari foto yamg diolah. Citra digital memiliki

beberapa format yang berpengaruh pada warna, beberapa format yang umum

digunakan adalah Citra Warna (true color), Citra Biner (monokrom), Citra Warna

Berindeks dan Citra Skala Keabuan (gray scale) (Munir, 2004).

2.1.3. Format Citra Digital

Citra foto digital agar dapat disimpan dan dibuka kembali pada layar komputer

harus disimpan dalam bentuk file pada alat penyimpanan data, untuk menyimpan citra

digital digunakan fortmat citra, setiap jenis format memiliki karakteristik yang berbeda.

Format yang banyak digunakan saat ini untuk menyimpan citra digital adalah jpeg

(.jpg), portable network graphics (.png), bitmap (.bmp) dan sebagainya (Putra, 2010).

a. Bitmap File format (BMP)

BMP sering disebut format file DIB adalah salah satu format file untuk

menyimpan citra foto digital dengan ekstensi bmp. Kelemahan format ini kurang

baik dari segi ukuran file, akan tetapi format ini memiliki kualitas visual yang lebih

baik bila dibandingkan dengan format JPG ataupun GIF. Hal ini karena format bmp

tidak memampatkan dan mengompresi citra sehingga tidak ada informasi pada citra

digital yang hilang (Murni, 1992).

8

8

b. Portable Network Graphic (PNG)

PNG adalah format file untuk menyimpan sebuah citra digital pada sebuah

perangkat penyimpanan data, format PNG banyak digunakan untuk grafis website

di internet karena gambar dapat ditransparansi dalam browser. Format PNG juga

disebut sebagai gabungan dari dua format yaitu GIF dan JPG. Citra dengan format

PNG memiliki keunggulan gradasi warna yang lebih banyak dan hasil kompres

citra yang lebih baik dibandingkan format GIF, kekurangan dari format PNG

ukuran file lebih besar.

c. Joint Photographic (JPG)

JPG adalah format untuk menyimpan citra digital yang dikembangkan oleh

JPEG (Joint Photographic Expert Assemble). Keunggulan format JPEG adalah

sistem kompres citra dengan cara mengurangi beberapa bagian citra untuk

memblok pixelnya. Format ini menjadi standar citra yang digunakan di internet

karena dapat di kompres sehingga ukuran file menjadi lebh kecil, kelemahan

format JPEG adalah kualitas citranya menurun (lossy compression) akibat

dikompres dan permanen.

d. Tagged Image File Format (TIFF)

TIFF adalah format yang fleksibel yang biasanya disimpan sebagai 8 bits

atau 16 bits per warna (merah, hijau, biru) untuk 24-bit dan total 48-bit, masing-

masing, menggunakan nama file TIFF atau TIF. TIFF adalah lossy dan lossless;

sebagian menawarkan kompresi lossless yang baik untuk citra bi-level (hitam dan

putih). Beberapa kamera digital bisa menyimpan dengan format TIFF,

menggunkan algoritma kompresi LZW untuk penyimpanan lossless. Format citra

9

9

TIFF tidak di dukung oleh kebanyakan browser web. TIFF tetap diterima sebagai

sebuah standar file fotografi dalam bisnis percetakan.

2.2. Akusisi Data Citra Foto Udara Dengan UAV

Akuisisi data citra foto udara melalui UAV akan berhasil jika sensor dan standar

oprasional prosedur (SOP) dapat berjalan dengan baik. Sensor berfungsi untuk

menerima dan memancarkan energi kesuatu objek dan menerima pantulannya sebagai

data untuk dianalisis. SOP berfungsi sebagai pedoman UAV untuk mengerjakan tugas

pekerjaan sesuai dengan fungsi dan alat yang sudah ditentukan (Suryadi et al., 2015).

2.2.1. Sensor UAV

Sensor memiliki peran penting pada UAV untuk mendapatkan data selama

proses penerbangan dan selanjutnya dianalisis untuk berbagai kepentingan. Sensor

dibagi menjadi dua jenis yaitu sensor pasif dan sensor aktif (Hidayat, 2016). Sensor

pasif akan mendeteksi energy alami yang dipancarkan oleh objek yang diamati

sedangkan sensor aktif akan mengelauarkan energy sendiri yang dipancarkan ke objek

pengamatan dan hasil pantulan energy disimpan serta diolah menjadi data. Berikut ini

beberapa sensor dalam UAV:

a. Sensor Inertia Measuring Unit (IMU) MPU6050

Sensor MPU6050 merupakan sensor yang terintegrasi dengan 6 sumbu

motion tracking dengan menggabungkan beberapa perangkat seperti 3 sumbu

gyroscope, sebuah Digital Motion Processor (DMP) dan 3 sumbu accelerometer.

10

10

b. Sensor Accelerometer Microelectro Mechanical System (MEMS)

MEMS merupakan sensor mekanik yang berbentuk Integrated Circuit (IC)

dengan komponen utamanya berupa silicon dan berukuran Micron. Sensor MEMS

ini biasanya digunakan untuk mengukur posisi, percepatan, dan kejutan.

c. Sensor Barometer (Digital Pressure Sensor)

Sensor barometer ini akan bertindak sebagai transduser untuk

menghasilkan sinyal dari tekanan udara yang mengenainya. Dalam penggunaan

sensor barometer ini untuk mengetahui ketinggian wahana terbang terhadap

permukaan bumi. Wahana yang biasanya menggunakan sensor tekanan udara ini

adalah pesawat terbang, satelit, roket dan helikopter.

d. Sensor Magnetometer

Magnetometer adalah sensor yang digunakan untuk mengukur arah atau

kuat dan lemahnya medan magnet secara absolut. Sensor ini banyak diaplikasikan

dalam banyak bidang militer dan komersial seperti pesawat terbang, kapal selam

dan bidang arkeologi. PNI,inc merupakan perusahaan pertama yang menciptakan

teknologi sensor magnetometer ini untuk kepentingan militer Amerika Serikat.

Kemampuan sensor sangat tergantung dengan pengenalan lokasi. Sensor

magnetometer mengacu pada magnetik bumi, pergeseran arah dari magnet bumi.

2.2.2. Standar Operasional Prosedur (SOP) Penerbangan UAV

Suryadi et al. (2015) Dalam pengoprasian UAV ada berbagai hal yang perlu

dipersiapkan demi keberhasilan dan keamanan penerbangan sehingga tujuan

11

11

menerbangkan UAV bisa dicapai dengan maksimal. Langkah awal sebelum

menerbangkan UAV harus memastikan semua bagian utama UAV dalam kondisi baik

dan bekerja sebagaimana mestinya. Berikut ini bagian-bagian utama UAV adalah body

utama, baling-baling, radio transreceiver, motor (dinamo), baterai, flight controller

board, electronic speed controller, kamera dan gimbal axis, joystick,

smartphone/tablet/laptop untuk monitor dan control saat menerbangkan UAV, dan

kartu memori dengan kecepatan tinggi.

Keberhasilan mempersiapkan UAV dengan baik akan mengurangi resiko

kegagalan dalam misi penerbangan, sebab apabila UAV jatuh dari ketinggian dapat

mengakibatkan wahana tidak dapat digunakan kembali. Berikut ini persiapan yang

harus dilakukan sebelum menerbangkan UAV:

a) Mempersiapkan UAV: Cek semua kondisi komponen UAV dan pastikan

semuanya dalam kondisi normal, baling-baling terpasang dengan benar, baterai

dalam kondisi full charge, koneksi dan transreciever dalam kondisi yang normal.

b) Pre Flight, memastikan lingkungan terbang aman dan tidak berbahaya, seperti

cuaca dalam kondisi cerah dan kecepatan angin yang dapat ditoleransi, tidak ada

bangunan dan pohon yang tinggi atau menggangu proses penerbangan, jauhkan

UAV dari barang-barang yang menggangu frekuensi radio misalnya listrik dan

logam.

c) Kalibrasi Kompas dan gimbal UAV, hal ini akan sangat membantu UAV untuk

terbang stabil dalam kondisi tertentu dan dapat melakukan safety landing apabila

dalam kondisi darurat.

12

12

2.2.3. Alat-Alat Bantu UAV

Nugroho et al. (2015) UAV memerlukan alat bantu untuk menjaga komponen

utama UAV terlindungi dalam mobilisasi dari satu tujuan ke tujuan lain dan

memperlancar didalam melaksanakan penerbangan baik untuk monitoring dan

pembuatan misi penerbangan karena alat bantu memiliki peran penting dalam merawat

dan menjaga UAV dalam kondisi prima. Alat-alat bantu UAV yang wajib dimiliki

sebagai berikut :

a. Tas Pesawat UAV, alat ini bermanfaat untuk melindungi UAV saat dalam proses

mobilisasi dari benturan dan kerusakan, selain itu akan melindungi UAV saat

disimpan dari kotoran dan debu yang dapat merusak panel elektronik.

b. Laptop dan Smartphone, alat ini berfungsi untuk mengolah dan memproses data

yang dihasilkan oleh UAV, selain itu perangkat ini juga berfungsi dalam

mempersiapkan misi dan memonotoring UAV saat menjalankan penerbangan.

c. Card Rider dan Hardisk, alat ini berguna untuk menyimpan dokumen atau berkas

yang dihasilkan UAV berupa citra foto udara dan hasil dari memproses data.

2.4. Memproses Citra Digital

Mengolah citra foto udara menjadi data tinggi tanaman membutuhkan beberapa

proses pengolahan citra digital, pertama citra foto udara diolah menggunakan

perangkat lunak Structure from Motion (SfM) yang memungkinkan membuat model

tiga dimensi (3D) dari susunan beberapa gambar 2D dalam hal ini adalah citra foto

udara yang diperoleh dari UAV yang sudah berisi informasi spasial, salah satu software

13

13

yang bisa digunakan adalah Agisoft Metashape professional melalui proses align

photos, proses ini akan menghasilkan point cloud yang menyusun model 3D dari citra

foto udara. Pemrosesan kedua melalui perangkat lunak Geographic Information System

(GIS) untuk menganalisis gambar yang dihasilkan untuk berbagai kepentingan, salah

satunya adalah untuk mengestimasi tinggi tanaman (Panagiotidis et al., 2016).

2.4.1. Perangkat Lunak Pengolahan Citra Foto Udara

Perangkat lunak untuk pengolah data citra foto udara ada beberapa jenis

berdasarkan fungsinya, diantaranya adalah perangkat lunak SfM dan GIS. Adapun

beberapa perangkat lunak SfM yang bisa digunakan sebagai berikut: Agisoft

Metashape, Pix4D Mapper, Drone Deploy, COLMAP. Produk yang dihasilkan dari

perangkat lunak SfM diolah kembali menggunakan perangkat lunak berbasis GIS

untuk kepentingan analisis data, salah satunya untuk mengestimasi tinggi tanaman.

Berikut ini beberapa perangkat lunak berbasis GIS yang dapat digunakan adalah

Quantum GIS (QGIS), SAGA GIS, GRASS GIS, OrbisGIS (Nyimbili et al., 2016).

2.3.2. Produk Hasil Olah Citra Foto Udara

Irsyad (2017) Citra foto udara bermanfaat untuk berbagai kepentingan

masyarakat dan ilmu pengetahuan diantaranya untuk pemetaan lahan, pengelolaan

lahan pertanian, pemantauan kondisi lingkungan, penggunaan sumber daya alam,

mitigasi bencana alam, kehutanan, geologi, pertanian, perencanaan, pengelolahan

wilayah dan lain sebagainya. Terlepas dari itu salah satu produk yang dihasilkan dari

citra foto udara yang cukup penting adalah dibidang pertanian. Citra foto udara

14

14

memiliki peran penting dalam revolusi pertanian modern karena dapat mempermudah

dalam menganalisis kondisi lahan dan tanaman budidaya. Tinggi tanaman budidaya

saat ini dapat diestimasi menggunakan citra foto udara dengan melalui beberapa proses

digitasi di komputer. Berikut ini bebera produk digitasi yang dihasilkan dari citra foto

udara:

a. Digital Elevation Model (DEM)

DEM adalah model elevasi digital permukaan bumi dimana semua objek

selain tanah yang berada di atasnya akan dielemininasi, DEM juga bias dikatakan

sama dengan Digital Terrain Model (DTM) data ini bermanfaat untuk membuat

perencanaan lahan dan pengukuran vegetasi.

b. Digital Surface Model (DSM)

DSM adalah model permukaan bumi digital dimana semua objek yang ada

diatas bumi tidak dieliminasi sehingga memberikan gambaran ketinggian objek

yang ada diatas ground termasuk bangunan dan tumbuhan.

DSM dan DEM diperoleh melalui pengolahan citra foto udara dari UAV

menggunakan perangkat lunak SfM, salah satunya adalah Agisoft Metashape

Professional. Data ini bisa digunakan untuk mengestimasi tinggi tanaman dengan

mengurangi DSM dari DEM, untuk melakukan hal itu diperlukan perangkat lunak

berbasis GIS yang salah satunya adalah QGIS. Hasil pengurangan DSM dengan DEM

akan dihasilkan Canopy Height Model (CHM). CHM adalah model ketinggian kanopi

yang mewakili tinggi pohon, dengan nilai jarak antara tanah dengan bagian puncak

15

15

tanaman, dari jarak ini bisa diestimasi tinggi suatu tanaman yang ada pada citra foto

udara (Neveed et al., 2017).

2.3.3. Metode Pengolahan Citra Foto Udara

Terdapat beberapa metode dalam mengolah citra foto udara agar menjadi data

tinggi tanaman, berikut ini metode yang dapat digunakan:

a. Panagiotidis et al. (2016) mengestimasi tinggi tanaman dari citra foto udara

dengan membuat DTM dan DSM melalui perangkat lunak Agisoft Photoscan

dengan parameter a) max angle, b) max distance, dan c) cell size, selanjutnya DTM

dan DSM diproses menggunakan ArcGIS 10.3.1 by ESRI untuk membuat CHM.

CHM adalah selisih dari DSM dan DTM yang bisa digunakan untuk mengestimasi

tinggi tanaman dengan local maxima filtering dan watershed segmentatioan.

b. Birdal et al. (2017) mengolah citra foto udara menjadi parameter pengamatan

tanaman menggunakan perangkat lunak PIX4D yang mampu mendeteksi citra foto

Gambar 2. Ilustrasi perbedaan DEM dan DSM (Sumber: zonaspasial, 2018)

16

16

yang mirip atau serupa sehingga dapat tersususn secara otomatis menjadi model

3D yang kemudian dapat diolah menjadi berkas DEM dan DSM dan selanjutnya

diproses kembali pada perangkat lunka ArcGIS untuk membuat CHM.

c. Iizuka et al. (2018) citra foto udara yang diperoleh melalui UAV diproses dengan

perangkat lunak berbasis SfM dalam hal ini agisoft metashape professional untuk

membangun model 3D berupa DEM dan DSM. Selanjutnya DEM dan DSM

diproses menggunakan software berbasis GIS yaitu QGIS untuk mengukur tinggi

tanaman.

2.4 Pisang Ambon

Pisang ambon memiliki nama spesies Musa paradisiaca var. sapientum.

Keunggulan pisang ambon dibandingkan dengan pisang jenis lain adalah pada

rasa buah yang manis saat sudah matang dan beraroma harum karena mengandung

komponen senyawa ester seperti isoamil asetat yang khas untuk aroma pisang

(Tressl, 1972). Kusumo dan Farid (1994) Menjelaskan bahwa pisang ambon termasuk

pada kelompok triploid (AAA). Tinggi tanaman sekitar 2,5- 3 m, bertandan lebat,

bentuk buah panjang dengan panjang 15-17 cm, beraroma dan bila masak kulitnya

berwarna kuning

Menurut Nakasone et al, (1998) Batang pisang adalah batang semu karea

terbentuk dari pelepah daun yang membesar di pangkal dan mengumpul

berselangseling secara kompak sehingga tanpak seperti batang (pseudo stem). Batang

pisang yang sebenarnya ada pada bagian yang terbenam tanah dan kadang muncul

dipermukaan tanah sebagai umbi yang tumbuh tunas dan berakar. Secara umum batang

17

17

pisang tersusun atas epidermis berkutikula dan kadang terdapat stomata. Berkas

pembuluh terdiri dari floem dan xylem yang tersusun tersebar.

2.5. Penelitian Terdahulu

Penelitian Shokirov et al. (2016) pengukuran melalui foto udara untuk

mendeteksi perubahan hutan menghasilkan data ketinggian kanopi pohon dengan

akurasi hingga 88,5%, sedangkan untuk delenasi kanopi per pohon nilai akurasinya

75,2%. Saat ini satelit dan wahana terbang tanpa awak bertekenologi canggih mampu

memberikan informasi spasial dan spektral yang akurat tentang kondisi permukaan

bumi, ini dapat digunakan untuk mengambil data tanaman dengan tepat (Yilmaz et al.,

2017). Tinggi tanaman dapat diperkirakan menggunakan model 3D tanaman dari foto

udara yang diproses dengan structurefrom motion (SfM) untuk membangun model 3D

(Iizuka et al., 2017). Dalam penelitian Birdal et al. (2017) metode rekonstruksi citra,

pengolahan dan lokal maximum filter berbasis UAV digunakan untuk mendapatkan

ketinggian tanaman. UAV atau drone memungkinakn untuk mengambil citra foto udara

beresolusi tinggi untuk diproses menjadi orthophoto, DEM dan DSM. Kelebihan dari

pengkuran parameter tanaman menggunakan citra foto udara adalah dapat dengan

mudah mendeteksi tanaman secara individu khususnya untuk tanaman besar, namun

keterbatasan teknologi ini kadang tidak dapat mendeteksi tanaman kecil (Dong et al.,

2020). Sedangkan menurut Liu et al. (2018) Keakuratan DSM dan DEM dipengaruhi

oleh kualitas pengambilan foto dari udara, sehingga perlu adanya perbaikan dan

peningkatan agar mendapatkan gambar orthophoto dengan presisi tinggi sehingga

akurasi data dan pendeteksian tanaman menjadi lebih baik.

18

18

UAV dengan kamera tinggkat konsumen yang tidak mahal juga dapat

digunakan untuk pengamatan tanaman dari udara dan menghasilkan citra foto udara

untuk estimasi parameter tanaman dengan akurasi yang tinggi (Ramon et al., 2015).

Selain dapat mengukur tinggi tanaman, citra foto udara yang ambil oleh wahana

pesawat terbang tanpa awak juga bisa digunakan untuk menilai efek dari ketersediaan

tanah yang berbeda pada pertumbuhan kanopi. Tantangan dalam mengubah data citra

foto udara menjadi data tanaman seperti tinggi tanaman adalah mengidentifikasi secara

otomatis setiap puncak tanaman dengan akurat (Wang et al., 2004).