BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Banyak peralatan mikroskop elektron walaupun sudah berupa citra digital tetapi belum

seluruhnya dilengkapi perangkat penunjang untuk melakukan pengolahan dan analisis citra

secara kuantitatif. Umumnya analisis dilakukan secara visual dan pengukuran dilakukan secara

manual. Perkembangan metoda matematika baik untuk analisis bentuk maupun untuk

pengenalan pola, memungkinkan dapat dilakukan analisis citra mikroskopik secara otomatis

menggunakan komputer. Program pengolahan citra dapat digunakan untuk analisis tekstur atau

struktur periodik dari citra dengan menggunakan transformasi Fourier. Untuk memperjelas

tampilan obyek terhadap latar belakang dapat dilakukan dengan mengubah histogram citra.

Dengan berkembangnya bahan-bahan komposit, analisis Fourier dalam domain frekuensi

menjadi penting yaitu untuk mengukur orientasi kristalograti Analsis struktur periodik dan

orientasi kristal adalah kunci untuk memahami banyak sifat-sifat material seperti kekuatan

mekanik, kelenturan, konduktivitas panas, resistansi, kapasitansi dan sifat-sifat listrik dan

magnit bahan lainnya. Dalam makalah ini akan ditunjukkan aplikasi dari program pengolahan

dan analisis citra digital pada citra mikroskopik.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah yang akan dibahas dalam makalah ini antara lain :

1. Apa pengertian citra mikroskopik ?

2. Apa saja yang dapat di analisis pada citra mikroskopik ?

3. Langkah apa yang perlu dilakukan ?

1.3 Tujuan

1. Mengetahui pengertian dari citra mikroskopik

2. Mengetahui cara-cara melakukan analisis citra mikroskopik.

3. Memahami materi tentang citra mikroskopik.

1.4 Manfaat

1. Pembaca dapat mengetahui tentang citra mikroskopik

2. Pembaca dapat mengetahui mengenal cara-cara melakukan analisis citra mikroskopik.

3. Pembaca dapat melakukan langkah-langkah analisis dengan benar.

1

1.5 Batasan Masalah

Dalam hal ini saya batasi permasalahan yang di bahas yaitu sebatas tentang analisis

citra mikroskopik, kegunaan, bagian-bagian, cara serta fungsinya.

2

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Umum

Mikroskop adalah alat yang memungkinkan perbesaran citra obyek untuk mengamati

rincian dari obyek tersebut. Perkembangannya mulai dari mikroskop optik yang menggunakan

satu seri lensa gelas untuk membelokkan gelombang cahaya tampak agar menghasilkan citra

yang diperbesar, mikroskop petrografik, mikroskop medan-gelap, mikroskop rasa, mikroskop

ultraviolet, mikroskop medan dekat dan mikroskop elektron yang menggunakan berkas electron

untuk mengiluminasi obyek. Jenis mikroskop optic umuoulya tidak dapat membentuk citra yang

lebih kecil dari pada panjang gelombang cahaya yang digunakan, jadi kekuatan perbesaran

mikroskop optik dibatasi oleh panjang gelombang cahaya. Elektron memiliki panjang

gelombang yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya, jadi mikroskop elektron

dapat melihat struktur yang lebih kecil. Panjang gelombang cahaya tampak terkecil adalah

4.000 angstroms, sedangkan panjang gelombang elektron yang digunakan pada mikroskop

elektron biasanya dalam orde angstrom tergantung tegangan pemercepat yang digunakan (λ =

√150/V ).

Dengan mikroskop elektron dapat diperoleh perbesaran obyek dengan resolusi tinggi

sampai ratusan ribu kali dibandingkan mikroskop optic yang maksimum hanya dua ribu kali

perbesaran dengan rincian obyek kurang terlihat dengan jelas. Daya pemisah yang besar pada

mikroskop elektron dapat diturunkan dari persamaan limit resolusi suatu lensa: D = 0,61 λ) / (n

sin θ) . Ada dua jenis mikroskop elektron: mikroskop eletron transmisi (TEM - transmission

electron micro scope) dan mikroskop elektron sapuan (SEM – scanning electron microscope).

Setiap mikroskop electron memiliki senapan elektron yaitu sumber filamen yang dipercepat

oleh suatu pelat anoda yang memancarkan berkas elektron untuk mengiluminasi lembaran

cuplikan. Lensa magnetik silinder dibuat untuk mengfokuskan elektron sehingga diperoleh citra

obyek pada sistem penyimpan alau penampil. Pada TEM, berkas electron dipancarkan langsung

melalui obyek yang akan diperbesar, sebagian diserap dan sebagian lainnya dilewatkan. Obyek

tersebut harus dipotong sangat tipis agar dapat dilihat dengan TEM yaitu tebalnya harus lebih

kecil dari beberapa ribu angstrom. Biasanya pelat fotografi atau layar flouresensi ditempatkan

dibelakang cuplikan untuk menangkap citra dan perbesaran yang dihasilkan bisa mencapai satu

juta kali. Sedangkan pada SEM, berkas elektron difokuskan tajam dan digerakkan sepanjang

3

cuplikan. Berkas electron tersebut dihamburkan langsung oleh cuplikan membentuk elektron

pantulan balik (backs-cattereda) tau menghasilkan pancaran elektron sekunder.

Pancaran elektron sekunder dan backscattered ini dihimpun dan dicacah oleh detektor

sekunder atau detektor backs-caller yang diletakkan dekat cuplikan, kemudian diubah menjadi

tegangan dan dikuatkan oleh rangkaian penguat. Formasi citra pada SEM tidak secara langsung

jika dibandingkan dengan TEM. Sapuan pada cuplikan membetuk elemen gambar (pixel) pada

monitortelevisi. Jurnlah cacah akan memberikan keterangan dari pixel. Citra permukaan

cuplikan sebagai hasil sapuan elektron terlihat diperbesar pada layar tabung televisi. Sifat yang

menarik pada SEM adalah memberikan tingkat perbesaran yang tinggi dan kedalaman fokus

yang besar. Tidak seperti pada TEM, SEM dapat memperlihatkan rincian dari permukaan obyek

dalam kualitas tiga-dimensi. Karena umumnya basil yang diperoleh dari pengamatan mikroskop

berupa gambar fotografi, analisis biasanya dilakukan secara visual. Walaupun sistem pencitraan

mikroskop elektronik sudah bempa citra digital tetapi belum seluruhnya dilengkapi perangkat

penunjang untuk melakukan pengolahan dan analisis citra secara kuantitatif. Pada peralatan

tersebut, umumnya analisis dilakukan secara visual dan pengukuran, misalnya luas dan keliling

obyek dilakukan secara manual.

Kesulitan akan dihadapi jika jumlah obyek besar, bentuknya tidak beraturan dan acta

pula yang saling bertindihan. Jika dapat dilakukan otomatisasi pengukuran parameter obyek

tentu akan sangat membantu kecepatan analisis dan ketepatan interpretasinya. Oleh karena itu

perlu dikembangkan sistem pengolahan citra serbaguna yang andal dan murah dengan

menerapkan berbagai metoda matematika baru untuk pengolahan, analisis dan interpretasi citra

digital dari suatu sistem pencitraan. Transformasi Fourier merupakan perangkat matematika

penting dalam pengolahan sinyal dan analisis citra digital, yaitu untuk menghubungkan antara

domain spasial dengan domain frekuensi. Pada domain frekuensi dapat dilakukan peIbaikan

kualitas penampilan citra dan beberapa koreksi linear yang menjadi somber degradasi seperti

kurang fokusnya gambar yang menyebabkan kekaburan. Transformasi Fourier dua dimensi

dipergunakan untuk menghitung spektrum energi citra pada domain frekuensi. Perbaikan

penampilan citra dan koreksi linear dapat dilakukan dengan filter komponen-komponen

frekuensi. Pilihan jenis filter tergantung pada frekuensi guling dari peralatan sistem optik dan

factor linear yang menyebabkan kualitas citra mengalami degradasi. Setelah itu transformasi

Fourier balik pada komponen-komponen frekuensi akan mengembalikan citra terkoreksi ke

domain spasial. Karena data citra digital sangat besar maka untuk meningkatkan waktu

perhitungan algoritma transformasi Fourier cepat (FFT),

4

2.2 Prinsip Pembentukkan Citra Pada Mikroskop Elektronik

Gambar 1 memperlihatkan bahwa lensa proyektor dan lensa obyektif memperbesar

citra obyek. Dengan memperlakukan elektron sebagai gelombang rnaka dapat kita sederhanakan

ada tiga bidang pada mikroskop elektronik yang kita gunakan untuk menghitung amplituda

kompleks dari gelombang medan elektron.

Senapan Elektron

Gambar. 1 Prinsip pembentukan citra pada mikroskop electron

2.2.1 Bidang obyek

Untuk mengetahui gelombang medan yang keluar dari pennukaan obyek maka hams

kita ketahui sifat – sifat fisik dari interaksi antara elektron tersebut dengan obyek Menurut

Cowley dan Moodie (1957) interaksi antara suatu berkas elektron dengan obyek dapat

digambarkan dengan pendekatan mullislice dimana elektron menjalar melalui lapisan-lapisan

obyek dan dihamburkan oleh potensial kristal. Hamburan elektron ini dapat dinyatakan dengan

fungsi fasa-kisi (fungsi transmisi obyek), fungsi kompleks dari proyeksi potensial dan fungsi

propagasi elektron.

5

2.2.2. Bidang fokal lensa obyektif

Gelombang medan elektron pada bidang fokal dari lensa dapat diturunkan dengan

menggunakan transformasi Fourier dari medan gelombang yang keluar dari permukaan obyek.

Hasilnya adalah distribusi amplitudo difraksi dari pembuka obyektif.

2.2.3 Bidang citra

Medan gelombang elektron pada bidang citra diturunkan dari medan gelombang pada

bidang fokal lensa obyektif dengan memperhitungkan pengarnh dari lubang lensa obyektif dan

perubahan rasa yang diakibatkan oleh lensa obyektif. Jadi untuk menghitung amplitudo citra

harns ditentukan fungsi tranfer lensa dan fungsi lubang lensa terlebih dahulu. Masalah untuk

mensimulasi citra mikroskop elektron menjadi masalah untuk menghitung medan gelombang

elektron pada tiga bidang mikroskop diatas. Elektron sangat peka terhadap potensial kristal

sehingga mikroskop elektron resolusi tinggi sangat terkait dengan distribusi potensial di dalam

kristal. Akibatnya besarnya hamburan elektron-elektron oleh bahan tergantung pada ketebalan

kristal. Sistem pencitraan mikroskop electron dapat dikarakterisasikan oleh fungsi transfer yang

mengubah amplitudo dan rasa komponen-komponen Fourier. Artinya citra-citra mikroskop

elektron resolusi tinggi sangat tergantung pada ketebalan cuplikan dan fungsi transfer

mikroskop (defokus).

2.3 Fungsi Transfer Mikroskop

Fungsi transfer mikroskop adalah tanggap frekuensi dalam bentuk frekuensi spasial dari

suatu sistem yang berhubungan dengan distribusi sinusoida dari intensitas cahaya pada bidang

obyek. Gambar 3 memperlihatkan fungsi transfer modulasi dari suatu sistem optik yang

mengalami defokalisasi tanpa adanya aberasi yang dihitung dengan metoda analitis oleh

Hopkins.

6

2.4 Analisis Spektrum Energi

Penggunaan analisis Fourier terutama untuk mengoreksi pola-pola gangguan yang

bersifat periodik. Misalnya pola-pola pita horizontal yang diakibatkan oleh perbedaan intensitas

latar belakang pada waktu penyapuan kamera. Pola pola pita periodik pada spektrorn frekuensi

identik dengan transformasi Fourier jendela segi-empat yang hasilnya berupa sinus kardinal

sempit.

Hasilnya terlihat pada spektrum frekuensi berupa titik-titik terang vertikal. Jika titik -

titik terang vertikal tersebut dihilangkan, maka akan diperoleh citra awal tanpa gangguan pola-

pola pita horizontal dari latar belakang. Gambar 4a meperlihatkan citra obyek dengan Latar

belakang pita-pita horizontal. Kemudian dilakukan transformasi Fourier sehingga menghasilkan

spectrum frekuensi citra pada gambar 4b. Filter dilakukan pada spektrum frekuensi dari titik-

titik vertikal yang berhubungan dengan pola pita-pita horizontal (Gambar 4c). Akhirnya dengan

transformasi Fourier inverse diperoleh citra tanpa pola-pola pita (Gambar 4d). Analisis Fourier

dapat digunakan untuk mengukur posisi, area dan parameter partikel lainnnya dari suatu citra.

Gambar 5 memperlihatkan bahwa elemen-elemen periodik partikel ernas dalam daerah

pengamatan segi-empat adalah mempunyai struktur periodik dari kanan atas ke kiri bawah.

7

Perhitungan jarak garis alfa dua posisi batas spektra ditunjukkan pada kotak control yaitu 8,71

(I/nm). Maka jarak ruang dari partikel adalah 4,35 (I/nm) atau 0,23 nm, yang berhubungan

dengan bidangkisi [1,1,1].

Gambar 4. Filter untuk menghilangkan pola-pola pita pada citra awal.

Gambar 5. Analisis metrik spektrum frekuensi citra partikel emas.

8

BAB III

PENUTUP

3.1 Simpulan

Perkembangan metoda matematik baik untuk analisis bentuk maupun untuk pengenalan

pola, memungkinkan dapat dilakukannya analisis citra secara otomatis menggunakan komputer.

Program pengolahan citra tersebut dapat digunakan untuk analisis tekstur dan struktur periodik

dalam digital mikrografi dengan menggunakan transformasi Fourier.

Penggunaan analisis Fourier terutama untuk mengkoreksi pola-pola gangguan yang

bersifat periodik. Dengan berkembangnya bahan-bahan komposit, analisis kuantitatif untuk

mengukur jumlah orientasi kristalografi menjadi sangat penting. Analisis struktur periodik dan

orientasi kristal adalah kunci untuk memahami banyak sifat-sifat material seperti kekuatan

mekanik dan kelenturan, konduktivitas panas, resistensi dan kapasitansi listrik, dan sifat-sifat

listrik dan magnit bahan.

9