i

IMPLEMENTASI MEDIAN FILTER dan METODE

HISTOGRAM EQUALIZATION DALAM PERBAIKAN CITRA

(IMAGE ENHANCEMENT)

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Tugas dan Syarat-syarat Guna Memperoleh Gelar

Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh:

RICKY APRIAS SHOLIHIN

D 400 090 035

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2013

ii

iii

iv

v

MOTTO

“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah

bersama orang-orang yang sabar”

(Q.S Al-Baqarah: 153)

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu

telah selesai (dari suatu urusan) kerjakan dengan sungguh-sungguh

(urusan) yang lain, dan hanya kepada Tuhanmulah kamu berharap”

(Q.S Al Insyirah : 6-8)

“Sejahat-jahatnya dusta adalah bila seseorang mengaku kedua matanya

melihat apa yang tidak dilihatnya"

(HR Bukhari-Muslim)

“Sesungguhnya dengan tujuan yang jelas akan membuat kemajuan

walaupun melewati jalan yang sulit, seseorang yang tanpa tujuan tidak

akan membuat kemajuan walaupun ia berada di jalan yang mulus”

(Thomas Charlyle)

“Tugas kita adalah untuk mencoba, karena dalam mencoba itulah kita

menemukan dan belajar membangun kesempatan untuk berhasil

(Mario Teguh)

vi

PERSEMBAHAN

Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT, Dia yang memiliki seluruh jiwa,

dan karena rahmat serta karuniaNyalah karya sederhana ini dapat terselesaikan.

Karya ini penulis persembahkan untuk:

Bapak dan ibu tercinta, dengan segala hormat dan baktiku terima kasih atas

pengorbananmu yang tak pernah henti, rangkaian doa yang tiada pernah putus

mengiringi langkahku…. Semoga ini menjadi awal untuk bisa membahagiakan

bapak dan ibu. . .

Mas Joni, Mas Ajib, Mbk Tri, dan Danny Fajar yang selalu memberikan,

semangat, doa, dukungan dan keceriaan dalam hidupku.

Temen-temen seperjuanganku, Tri Haryono, Jimmy,Triyanto, Fite, Mbk

Anin, Endah, Annas dan Mas Dhanar, perjuangan bersama kalian menjadi

hal yang tak terlupa. Semoga tali silaturahmi ini berlanjut tanpa pernah ada

akhirnya. . .

Temen-temen kost Patriot, Heru, Fathurrochman, Agung, Juang, Husin,

Asran, Mas Huda, Mas Fendy Prihantoro, Mas Bagas, dan keluarga besar

Mbah Suto terima kasih untuk kebersamaannya . . .

Temen-temen Teknik Elektro, khususnya angkatan2009 yang telah banyak

berbagi ilmudengansaya. Terimakasih atas ilmu dan semuanya.

vii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Puji syukur, Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan segala rahmat, hidayah dan karunia-Nya, sholawat serta salam

terjunjung kepada Nabi Besar Muhammad SAW. Penulis sangat bersyukur karena

dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan sesuai yang diharapkan.

Tugas akhir ini disusun guna memenuhi sebagian persyaratan untuk

memperoleh gelarsarjana Strata I Pada jurusan Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Penulis menyadari tanpa bantuan, bimbingan, dan dorongan tidak akan

mampu menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Untuk itu pada kesempatan ini dengan

rasa hormat penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada:

1. Prof.Dr. Bambang Setiaji selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Ir. Agus Riyanto, M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

3. Ir. Jatmiko, M.T. selaku Ketua Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

4. Muhammad Kusban,S.T., M.T. selaku Pembimbing I yang telah memberikan

bimbingan dan pengarahan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas

akhir ini.

viii

5. Ir. Bambang Hari P., MT. selaku Pembimbing II yang telah memberikan

nasehat, bimbingan, dorongan, dan pengarahan kepada penulis sehingga dapat

menyelesaikan tugas akhir ini.

6. Kedua orang tuaku tercinta (Ibu dan Bapak), terima kasih atas semua doa,

semangat dan perjuangan yang tiada hentinya, juga atas curahan kasih sayang

yang tiada pernah surut dalam setiap langkah kehidupanku.

7. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Elektro UMS angkatan 2009 serta semua pihak

yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.

Akhir kata, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari

kesempurnaan. Saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan. Semoga

karya ini dapat bermanfaat untuk rekan-rekan mahasiswa dan pihak-pihak yang

berkepentingan.

Wassalamu’alaikum, wr. wb

Surakarta, Oktober 2013

Penulis

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN ....................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN......................................................................... iii

PERNYATAAN KEASLIAN……………………………………………… iv

MOTTO ...................................................................................................... v

HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................. vi

KATA PENGANTAR ................................................................................. vii

DAFTAR ISI ............................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ....................................................................................... xiv

DAFTAR KONTRIBUSI............................................................................ xv

ABSTRAKSI ............................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ……………………………………………………. . 1

1.2. Perumusan Masalah ....................................................................... 4

1.3. Batasan Masalah ............................................................................. 4

1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................... 5

1.5. Manfaat Penelitian ......................................................................... 5

1.6. Sistematika Penulisan ..................................................................... 6

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1. Telaah Penelitian………………………………………………….. .. 8

2.2. Landasan Teori …………………………………………………….. 11

x

2.2.1. Pengertian Citra……………………………………………. ... 11

2.2.2. Citra Digital………………………………………………… .. 12

2.2.3. Konsep Warna……………………………………………… .. 14

2.2.4. Kontras Citra……………………………………………….. .. 16

2.2.5. Derajat Keabuan (Grayscale) dan Histogram Citra………. .... 17

2.2.6. Derau atau Noise…………………………………………... ... 19

2.2.7. Definisi Digital Image Processing…………………………… 19

2.2.8. Image Enhancement………………………………………...... 21

2.2.9. Penapisan Citra Secara Spasial……………………………… 25

2.2.10. Histogram Equalization (Perataan Histogram) …………….. 28

2.2.11. MSE, PSNR, dan Running-Time ............................................ 35

2.2.11.a). Mean Square Error (MSE) ……………………..... 35

2.2.11.b). Peak Signal to Noise Rasio (PSNR) ……………... 35

2.2.11.c). Running-Time …………………………………..... 36

2.2.12. Tentang Matlab ............................................................ ......... 37

BAB III IMPLEMENTASI DAN PERANCANGAN

3.1.Waktu danTempat ............................................................................. 40

3.2. Bahan dan Peralatan............................................................................. 41

3.3.Tahap Perancangan............................................................................... 41

3.3.1. Studi Literature........................................................................... 41

3.3.2. Alur Penelitian............................................................................ 42

3.3.3. Flowchart Perancangan Model Sistem....................................... 43

3.4.Tahap Pembuatan Program……………………………………...... .... 44

xi

3.4.1. Diagram Perancangan Program ……………………………… 44

3.4.2. Penggunaan GUI (Graphical User Interface) dalam Matlab… 45

3.4.3. Membuat Tampilan Utama Program .................................. .... 47

3.4.4. Membuat Tampilan Menu Bantuan .......................................... 49

3.4.5. Membuat Tampilan Menu Biodata........................................... 50

3.4.6. Pembuatan Aplikasi Perbaikan Citra (Image Enhancement).. 51

3.4.7. Tahapan dan Proses yang Terdapat Dalam Sistem .................. 59

BAB IV PENGUJIAN PROGRAM DAN ANALISA HASIL

4.1. Pengujian Program ........................................................................... 65

4.2. Analisa Hasil……………………………………………………….. . 70

4.2.1 Data UjiCoba .................................................................... 70

4.2.2 Analisa Data Hasil Pengujian Sistem ................................. 71

4.2.3 AnalisaHasil Proses Enhancement Citra ……………..… .. 71

4.2.4 Hasil Perhitungan nilai MSE, PSNR, dan Time ………….. 77

4.2.5 Pengujian Subjektif (Mean Opinion Score (MOS)) ……… 78

4.2.6 Pengujian program untuk citra ber-noise Gaussian, salt

and pepper, dan localvar ………………………………… 81

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan …………………………………………………………. 86

5.2. Saran ………… …………………………………………………….. 88

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………… 89

LAMPIRAN ……………………………………………………………… ... 90

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pixel Matrik ........................................................................... 12

Gambar 2.2 RGB Color Cube ................................................................... 15

Gambar 2.3 Pemetaan RGB cube dengan sumbu x,y,z .............................. 15

Gambar 2.4 Pencampuran Warna Dasar RGB…………………………….. 16

Gambar 2.5 Informasi pallet pada citra skala keabuan ............................... 17

Gambar 2.6 Macam-macam aplikasi dari image enhancement. .................. 25

Gambar 2.7 Fungsi Transformasi .............................................................. 31

Gambar 2.8 Histogram citra semula sebelum perataan .............................. 32

Gambar 2.9 Histogram citra hasil perataan ................................................ 34

Gambar 3.1 Flowchart Penelitian .............................................................. 42

Gambar 3.2 Flowchart Perancangan Sistem .............................................. 43

Gambar 3.3 Model Alur Perancangan Program ......................................... 44

Gambar 3.4 Guide Quick Start .................................................................. 46

Gambar 3.5 Guide layout editor ................................................................ 46

Gambar 3.6 GUI menu utama dengan nama Halaman_Depan.fig ............... 47

Gambar 3.7 Tampilan dari Menu Utama .................................................... 48

Gambar 3.8 Tampilan rancangan GUI menu bantuan. ................................ 49

Gambar 3.9 Tampilan menu bantuan. ........................................................ 50

Gambar 3.10 Tampilan rancangan GUI menu biodata.................................. 50

Gambar 3.11 Tampilan menu biodata........................................................ 51

Gambar 3.12 Tampilan GUI Aplikasi Perbaikan Citra.............................. 52

xiii

Gambar 3.13 Tombol Input Citra untuk Memasukkan Gambar ................. 52

Gambar 3.14 Gambar sourcecode untuk button input citra ........................ 53

Gambar 3.15 ButtonEnhancement untuk Memproses Gambar .................. 53

Gambar 3.16 Tampilan GUI untuk button simpan ..................................... 56

Gambar 3.17 Tampilan source code button simpan ..................................... 56

Gambar 3.18 Tampilan GUI untuk buttonreset.......................................... 57

Gambar 3.19 Source code untuk button reset .............................................. 57

Gambar 3.20 Tampilan GUI untuk buttonkeluar ........................................ 58

Gambar 3.21 Source code untuk button keluar …………………………… 58

Gambar 3.22 Matrik untuk median filtering ……………………………… 60

Gambar 3.23 Matrik untuk median filtering setelah diurutkan.................... 61

Gambar 4.1 Tampilan aplikasi image enhancement ……………………… 67

Gambar 4.2 Tampilan untuk menginput citra……………………………... 67

Gambar 4.3 Tampilan aplikasi setelah terinput citra ……………………... 68

Gambar 4.4 Tampilan aplikasi setelah proses enhancement ……………... 69

Gambar 4.5 Tampilan pilihan untuk keluar dari aplikasi ……………….... 70

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Derajat keabuan citra ..................................................................... 18

Tabel 2.2 Nilai-nilai rk jika L = 8.................................................................. 30

Tabel 2.3 Nilai-nili rk, nk, dan Pr(rk) sebelum ditransformasi ....................... 32

Tabel 2.4 Hasil nilai dari transformasi........................................................... 33

Tabel 2.5 Jumlah pixel hasil transformasi……………………………………. 34

Tabel 3.1 Perincian Kegiatan Penelitian ........................................................ 40

Tabel 4.1 Citra yang digunakan dalam pengujian .......................................... 70

Tabel 4.2 Citra Lena dengan jenis noise yang berbeda………………………. 71

Tabel 4.3 Citra hasil pengujian program enhancement .................................. 72

Tabel 4.4 Nilai MSE, PSNR dan Time citra hasil uji ..................................... 78

Tabel 4.5 Skala penilaian MOS ……………………………………………… 81

Tabel 4.6Penilaian sejumlah responden terhadap masing-masing citra hasil

yang telah diujikan ........................................................................... 82

Tabel 4.7 Pengujian citra Lena ber-noise gaussian, salt and pepper

dan localvar……………………………………………………….. 84

Tabel 4.8 Nilai PSNR dan MSE citra ber-noise………………………………. 85

Tabel 4.9 Nilai PSNR dan MSE citra seteleh proses enhancement ………….. 86

xv

DAFTAR KONTRIBUSI

Dalam tugas akhir ini dirancang sebuah program aplikasi image

enhancement dengan metode median filter dan histogram equalization pada citra

digital, berawal dari ketertarikan penulis saat mendapat tawaran dari bapak

Muhammad Kusban, S.T., M.T. untuk membuat sebuah program perbaikan citra

menggunakan software Matlab. Pembuatan aplikasi citra ini tidak murni dari hasil

pemikiran sendiri, melainkan mendapatkan referensi dari beberapa sumber. Berikut

ini daftar kontributor yang berhubungan dengan tugas akhir saya.

1. Penulis berterus terang bahwa kemampuan dalam memahami bahasa

pemrograman yang menggunakan Matlab masih kurang, oleh karena itu penulis

mencoba belajar dari teman, buku, internet dan berbekal dukungan dari banyak

pihak. Kemudian penulis kembangkan sesuai dengan keinginan dan kebutuhan

dalam pembuatan program aplikasi pada Tugas akhir ini.

2. Untuk perancangan program aplikasi kompresi citra, penulis menggunakan Matlab

versi 7.9.0.529 (R2009b) dengan sistem operasi Windows 7.

3. Penulis membangun sendiri penggunaan antarmuka berupa GUI (GeneralUser

Interface) dengan menggunakan toolbox image processing yang sudah tersedia

di matlab yang dipelajari dari buku dan internet.

4. Penulis menggunakan median filter dan metode histogram equalization yang

digunakan dalam proses perbaikan citra.

5. Penulis mengerjakan sendiri laporan Tugas Akhir ini, jika ada yang kurang

paham akan penulis konsultasikan dengan pembimbing.

6. Penulis menggunakan software snipping tools untuk mengedit gambar pada

laporan.

xvi

xvii

ABSTRAKSI

Sebuah citra kaya akan informasi, namun seringkali citra yang kita

miliki mengalami penurunan mutu (degradasi) citra yaitu penurunan kualitas

citra, misalnya karena mengandung cacat atau derau (noise), warnanya terlalu

kontras, kurang tajam, kabur (blurring), dan sebagainya. Image enhancement

adalah cara yang umum digunakan dalam meningkatkan kualitas citra.

Perbaikan citra (image enhancement) bertujuan untuk mendapatkan tampilan

citra dengan bentuk visualisasi yang lebih baik. Banyak teknik atau metode yang

digunakan dalam perbaikan citra (image enhancement). Antara lain

menggunakan metode penapis median (median filtering) dan perataan histogram

citra (histogram equalization).

Median filter yang menitik beratkan pada nilai median atau nilai tengah

dari jumlah total nilai keseluruhan pixel yang ada di sekelilingnya. Proses

pemilihan median ini diawali dengan terlebih dahulu mengurutkan nilai-nilai

pixel tetangga, baru kemudian dipilih nilai tengahnya. Median filter ini berguna

untuk mengurangi noise yang terdapat pada sebuah citra dengan cara

memfilternya. Histogram equalization adalah suatu metode yang mana terjadi

perataan histogram citra, dimana distribusi nilai derajat warna pada suatu citra

dibuat rata. Dengan histogram equalization ini sebuah citra akan memiliki

kontras yang seragam dan derajat atau tingkatwarna yang merata.

Dari penelitian yang penulis lakukan, dapat disimpulkan bahwa

penerapan median filter dan metode histogram equalization dalam image

enhancement (perbaikan citra), mampu memperbaiki citra yang telah diujikan.

Pemrosesan citra menggunakan median filter mampu mengurangi derau atau

noise pada citra terutama noise Gaussian .Dari pengujian citra diperoleh nilai

PSNR dan MSE.NilaiPSNR yang paling tinggiyaitu 40.5904 dB dan nilai

terendah adalah 25.9874 dB. Sedangkan utuk nilai MSE diperoleh nilai tertinggi

yaitu 163.8085 dan terendah adalah 74.634. Berdasarkan penilain subjektif

yang diambil dari sejumlah responden, citra yang dihasilkan dalam penelitian

ini yaitu masuk dalam kategori cukup dan kategori baik dengan nilai rata-rata

terendah 3,2 dan nilai rata-rata paling tinggi yaitu 4,8. Dalam pengujian ini

sistem bekerja paling paling bagus untuk mereduksi noise gaussian yang

menghasilkan PSNR 36.3543 dB dan MSE paling kecil yaitu 15.0539. Nilai MSE

yang paling adalah yang mendekati 0 (nol).

Kata Kunci: Citra, Image Enhancement, Median filter, Noise, PSNR, MSE