Ilustrasi perbandingan tampilan citra radar (SAR) sebelum dan setelah dilakukan proses speckle filtering

Wilayah Indonesia yang berada pada daerah tropis menjadi salah satu kendala dalam menggunakan data citra optik. Pada musim hujan, awan menjadi kendala dalam menggunakan data citra optik. Sedangkan pada musim kemarau, yang menjadi kendala adalah asap yang disebabkan oleh kebakaran hutan dan lahan. Adanya awan dan asap sangat mengganggu dalam proses identifikasi dan pemantauan obyek di permukaan bumi, hal ini seringkali membuat informasi terbaru di bawah awan atau asap tidak tersedia. Untuk mengatasi kelemahan dari citra optik maka saat ini telah tersedia suatu sistem penginderaan jauh aktif berbasis radar.

Synthetic Aperture Radar (SAR) merupakan sistem radar koheren yang membentuk citra penginderaan jauh resolusi tinggi. SAR dapat digunakan pada siang maupun malam hari pada segala jenis kondisi cuaca, hal ini dikarenakan sistem SAR menggunakan gelombang radio (microwave) untuk pengamatan permukaan bumi. Proses yang ada di dalamnya antara lain mengirimkan pulsa energi gelombang mikro pada permukaan bumi dan kemudian merekam beda fase dan itensitas energi dari pantulan gelombang dari permukaan bumi tersebut.

Salah satu karakteristik citra SAR adalah timbulnya speckle, yang tampak sebagai tekstur bintik-bintik terang gelap yang terdistribusi secara random dalam citra. Noise tersebut timbul akibat interferensi konstruktif dan destruktif diantara sinyal-sinyal hamburan balik dari berbagai obyek secara random dalam suatu area tertentu yang diamati, dan dengan adanya speckle ini dibutuhkan suatu proses untuk mereduksinya sehingga diperoleh citra SAR yang lebih ‘bersih’ (lebih banyak informasi yang bisa didapat).

Pada tulisan kali ini saya akan memperkenalkan dan mengilustrasikan berbagai macam filter yang umumnya digunakan untuk mereduksi efek dari speckle tersebut. Sehingga saya tidak akan menjelaskan persamaan matematika yang rumit di sini. Untuk sample data saya menggunakan citra SAR dari satelit Sentinel-1 (GRD) di wilayah Ogan Komering Ilir yang bisa diunduh gratis di website Scihub.

Citra SAR yang masih asli tanpa adanya proses filtering
Unfiltered SAR Images

Citra SAR di atas menampilkan pabrik Pulp & Paper terbesar di Asia dan di sini sangat terlihat jelas speckle (salt and pepper effect) yang cukup mengaburkan informasi yang ada. Untuk mengurangi efek dari speckle tersebut saya akan menguji-coba 4 jenis spatial filter + 1 spatio-temporal filter sebagai pembanding untuk memvisualisasikan tipe filter yang paling baik dalam mereduksi speckle dengan tetap mempertahankan detail objek yang ada.

Mean Filter

Mean filter adalah filter yang cukup sederhana dan mudah untuk diimplementasikan untuk ‘menghaluskan’ citra (mereduksi variasi antar pixel, red: speckle). Cara kerja filter ini cukup sederhana yaitu cukup mengganti nilai pixel pada citra dengan nilai rata-rata pixel di sekitarnya. Hal ini akan menimbulkan efek eliminasi nilai pixel yang tidak representatif dengan sekitarnya. Mean filter bekerja dalam ‘jendela’ yang umumnya berbentuk persegi dengan ukuran umumnya 3 × 3, namun 5 × 5 dapat digunakan untuk meningkatkan smoothing effect, namun nilai jendela yang semakin besar akan semakin meningkatkan efek blur atau smoothing pada citra.

Hasil citra setelah dilakukan mean filtering dengan ukuran window 5×5
Penggunaan mean filter (5 × 5) pada citra SAR

Median Filter

Median filter biasanya digunakan untuk mengurangi speckle pada citra seperti mean filter namun seringkali filter ini bekerja lebih baik untuk tetap mempertahankan detail dari citra jika dibandingkan dengan mean filter. Cara kerja filter ini pun sama dengan mean filter hanya saja kalkulasi statistik yang digunakan adalah nilai tengah dari suatu pixel dan pixel-pixel lain disekitarnya.

Hasil citra setelah dilakukan median filtering dengan ukuran window 5×5
Penggunaan median filter (5 × 5) pada citra SAR

Adaptive Filter

Adaptive filter menggunakan nilai deviasi standar pada pixel-pixel dalam suatu window. Umumnya, nilai pixel asli diganti dengan nilai pixel baru yang dihitung berdasarkan nilai pixel yang valid yang berada disekitarnya (memenuhi kriteria standar deviasi). Tidak seperti mean filter, adaptive filter bekerja dengan mereduksi noise namun tetap mempertahan detail dan ketajaman citra yang menurut saya kualitasnya lebih baik daripada median filter. Berikut ini salah satu penerapan adaptive filter, yaitu Lee Filter dan Frost Filter.

Hasil citra setelah dilakukan Lee filtering dengan ukuran window 5×5
Penggunaan lee filter (5 × 5) pada citra SAR
Hasil citra setelah dilakukan Frost filtering dengan ukuran window 5×5
Penggunaan frost filter (5 × 5) pada citra SAR

DeGrandi Spatio-Temporal Filter

Filter ini bekerja dengan memanfaatkan lebih dari satu citra SAR pada lokasi yang sama namun diakuisi pada waktu yang berbeda. Citra-citra tersebut kemudian dilakukan proses cooregistration yang merupakan proses penyamaan geometri (ukuran dan resolusi) dari setiap pixel pada setiap akuisisi. Karena reflektansi yang terekam oleh satelit dapat berubah pada setiap akuisisi akibat perubahan parameter dielektrik dan geometri dari permukaan bumi yang diindera, namun seharusnya tidak akan berubah lokasinya. Korelasi nilai pixel dari waktu ke waktu inilah digunakan untuk mengurangi speckle secara signifikan (dengan perataan nilai dalam domain waktu). Adapun dalam tulisan ini saya menggunakan 10 citra SAR yang diakuisisi dari Bulan Februari – Juli 2020 untuk dapat menghasilkan citra di bawah ini:

Hasil citra setelah dilakukan DeGarandi spatio temporal filter dengan menggunakan 10 citra multitemporal
Penggunaan DeGrandi Spatio-temporal filter pada citra SAR

DeGrandi Spatio temporal filter bekerja dengan sangat baik dalam mereduksi speckle dan sambil tetap mempertahankan detail objek, seperti detail kanal, alur sungai, bangunan pabrik semuanya dapat dengan jelas terlihat (bahkan hampir seperti versi hitam-putih dari citra optik). Saya belum pernah mencoba melakukan filtering dengan jumlah citra temporal > 10, namun dari sisi perspektif saya sendiri hasil inipun sudah cukup sangat baik.

Penutup

Dari penjelasan dan beberapa contoh yang telah saya berikan di atas, maka dapat terlihat jelas bahwa spatio-temporal filter lah yang menghasilkan output yang paling bebas speckle dan juga memiliki ketajaman serta detail yang sangat baik. Namun filter ini membutuhkan banyak resources dalam pengolahannya karena menggunakan input data yang lebih banyak dan pengolahannya juga lumayan kompleks. Saya akan membuat tutorial pengolahannya pada tulisan saya selanjutnya.

Sumber:
https://www.harrisgeospatial.com/docs/ConvolutionMorphologyFilters.html
https://www.harrisgeospatial.com/docs/AdaptiveFilters.html
http://www.sarmap.ch/tutorials/Basic.pdf
http://www.asprs.org/a/publications/proceedings/sandiego2010/sandiego10/Ozdarici.pdf

Speckle Filtering Pada Synthetic Aperture Radar
Bagikan tulisan ini:
Tagged on:                         

21 thoughts on “Speckle Filtering Pada Synthetic Aperture Radar

  • January 23, 2021 at 8:20 pm
    Permalink

    There is obviously a bunch to realize about this. I assume you made various nice points in features also. Gwenneth Monroe Medardas

    Reply
  • January 29, 2021 at 10:33 pm
    Permalink

    Good article. I am facing some of these issues as well.. Raeann Maximilianus Cesaro

    Reply
  • January 30, 2021 at 8:15 am
    Permalink

    Way cool! Some extremely valid points! I appreciate you penning this write-up plus the rest of the site is also very good. Kelcy Kerwinn Corey

    Reply
  • January 31, 2021 at 7:53 pm
    Permalink

    It’s very straightforward to find out any matter on web as compared to
    books, as I found this post at this web page.

    Reply
  • February 1, 2021 at 8:55 am
    Permalink

    You really make it seem so easy with your presentation but I find
    this topic to be actually something that I think I would never understand.
    It seems too complicated and extremely broad for me. I’m looking forward for your next post, I’ll try to get the hang of it!

    Reply
  • February 2, 2021 at 8:50 pm
    Permalink

    Hello to all, how is everything, I think every one is getting more from this web site,
    and your views are good designed for new people.

    Reply
  • February 2, 2021 at 8:58 pm
    Permalink

    hello there and thank you for your information –
    I’ve definitely picked up anything new from right here.
    I did however expertise a few technical points using this web site, as I experienced to reload the
    website many times previous to I could get it to load
    correctly. I had been wondering if your web host is OK? Not that
    I’m complaining, but sluggish loading instances times will often affect your placement in google and can damage your high-quality score if ads and marketing with Adwords.
    Anyway I’m adding this RSS to my email and can look out for a lot more of your respective
    exciting content. Ensure that you update this again soon.

    Reply
  • February 3, 2021 at 5:18 pm
    Permalink

    I enjoy reading through an article that will make people
    think. Also, thank you for allowing me to comment!

    Reply
  • February 6, 2021 at 8:14 pm
    Permalink

    I like this post, enjoyed this one thanks for putting up. Donny Deck Mehalick

    Reply
  • February 7, 2021 at 10:37 am
    Permalink

    I like it whenever people come together and share ideas. Great blog, keep it up! Jenelle Lezley Zilla

    Reply
  • February 7, 2021 at 4:37 pm
    Permalink

    Thank you for your comment. It seems like your dad would appreciate a Chemex coffeemaker. I am pleased that I have provided a proposal for you to consider for a birthday present or similar. Adriena Trefor Ferrel

    Reply
  • February 7, 2021 at 6:28 pm
    Permalink

    What an interesting article! The shoes of a cartoon superhero. Poison Ivy is definitely my favourite. You have written a very eloquent and informative article here. The research you have done shows in this piece. I agree with you when it comes to Penelope Pitstop. she would be unstoppable in those italian boots. Marjy Luciano Matthei

    Reply
  • February 7, 2021 at 9:11 pm
    Permalink

    Kalo didemo bisa kalah,itu tanda aplikasinya bukan scam.. Dan bisa dicek berita mata uang tiap harinya.. Persis apa tidak naik turunnya tren saat itu juga.. Kalo sama berarti real.. Cuman dikemas dalam aplikasi yang terbilang ringkas.. Josie Roderick Wulf

    Reply
  • February 7, 2021 at 10:31 pm
    Permalink

    You certainly deserve a round of applause for your post and more specifically, your blog in general. Very high quality material! Kettie Carroll Cynera

    Reply
  • February 7, 2021 at 11:46 pm
    Permalink

    Thanks for any other fantastic article. The place else may just anybody get that kind of info in such an ideal approach of writing? I have a presentation subsequent week, and I am on the search for such info. Flo Ric Subak

    Reply
  • February 10, 2021 at 6:10 am
    Permalink

    This sort of thing needs to happen! Really its a must to take a look past everything and get upset. This will help you stay above the curve. Audrie Izzy Jago

    Reply
  • February 10, 2021 at 11:18 am
    Permalink

    Just wanna say that this is very useful , Thanks for taking your time to write this. Remy Antone Skeie

    Reply
  • February 10, 2021 at 7:05 pm
    Permalink

    Asking questions are truly pleasant thing if you are not understanding something fully, but this piece of writing provides nice understanding yet. Eddie Gideon Coombs

    Reply
  • February 10, 2021 at 11:39 pm
    Permalink

    I all the time used to study article in news papers but now as I am a user of internet therefore from now I am using net for articles or reviews, thanks to web.| Gwen Otto Liddie

    Reply
  • February 11, 2021 at 1:01 am
    Permalink

    There is definately a great deal to know about this issue. I like all of the points you made. Fifine Terry Pinette

    Reply
  • February 12, 2021 at 11:38 am
    Permalink

    Great goods from you, man. I have understand your stuff previous to
    and you’re just extremely fantastic. I actually like
    what you have acquired here, really like what you’re saying and the way in which you say it.
    You make it enjoyable and you still take care of
    to keep it smart. I cant wait to read far more from you.
    This is actually a great website.

    Reply

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *