bab ii sistem radio 433 mhz dan aplikasi telemetri 2.1...
TRANSCRIPT
BAB II
SISTEM RADIO 433 MHZ DAN APLIKASI TELEMETRI
2.1 Dasar Radio Frekuensi
Gelombang didefinisikan sebagai getaran atau gangguan yang merambat.
Elektromagnetik adalah gejala listrik yang diakibatkan oleh gerak mekanik
magnet. Magnet adalah benda yang dapat menghasilkan gaya tarik atau gaya tolak
terhadap benda lain (yang mungkin juga bersifat magnet) [1]. Radio frekuensi
merupakan gelombang elektromagnetik yang perambatannya diruang angkasa dan
sebagai dasar untuk banyak sistem komunikasi yang berbeda. Dikarenakan
karekteristik bervariasi mereka, gelombang radio dari frekuensi yang berbeda-
beda digunakan tidak hanya untuk broadcasting tetapi juga pada perangkat tanpa
kabel, transmisi telepon, televisi, radar, sistem navigasi, dan bentuk lain dari
komunikasi yang mirip seperti sistem telemetri.
Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik.
Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi,
atau tenaga per foton. Bagian spektrum elektromagnetik banyak di kenali oleh
manusia adalah cahaya, yang merupakan bagian spektrum elektromagnetik yang
terlihat oleh mata. Cahaya berada pada kira-kira frekuensi 7.5 x 1014 Hz dan 3.8 x
1014 Hz, atau kira-kira panjang gelombang 400 nm (violet/biru) sampai 800 nm
(merah). Faraday menyatakan bahwa perubahan medan magnetik menyebabkan
muatan listrik mengalir dalam loop kawat atau sebanding dengan bangkitnya
medan listrik. Maxwell mengusulkan proses kebalikan bahwa suatu perubahan
medan listrik akan membangkitkan medan magnetik. Inti dari teori Maxwell
mengenai gelombang elektromagnetik adalah [2]:
1. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.
2. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang
elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas (ε) dan permeabilitas (µ)
zat.
Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi.
Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan
(ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1.
𝜆𝜆 = 𝑐𝑐𝑓𝑓
(2.1)
Dimana :
λ = panjang gelombang (m)
c = cepat rambat cahaya (m/s)
ƒ = frekuensi (Hz)
Kecepatan bergantung pada medium. Frekuensi adalah besaran yang lebih
mendasar dan tidak bergantung pada medium. Medium rambat adalah hampa
udara (free space) dengan kecepatan rambatan c = 3 x 108 m/s. Spektrum
frekuensi radio adalah sumber daya alam yang dapat digunakan untuk
meningkatkan efisiensi dan produktivitas serta dapat meningkatkan kualitas
masyarakat suatu bangsa. Spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik dapat
ditunjukkan pada Tabel 2.1 [2].
Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Elektromagnetik.
Nama Band Singkatan Band ITU Frekuensi (f) Panjang
Gelombang (λ) Extremely Low
Frequency ELF 1 3-30 Hz
100.000 km - 10.000 km
Super Low Frequency
SLF 2 30-300 Hz 10.000 km-1000
km Ultra Low Frequency
ULF 3 300 – 3000 Hz 1000 km – 100
km Very Low Frequency
VLF 4 3 – 30 KHz 100 km – 10 km
Low Frequency LF 5 30 – 300 KHz 10 km – 1 km Medium
Frequency MF 6 300 – 3000 KHz 1 km – 100 m
High Frequency HF 7 3 – 30 MHz 100 m – 10 m Very High Frequency
VHF 8 30 – 300 MHz 10 m – 1 m
Ultra High Frequency
UHF 9 300 – 3000 MHz 1 m – 100 mm
Super High Frequency
SHF 10 3 – 30 GHz 100 mm – 10
mm Extremely High
Frequency EHF 11 30 – 300 GHz 10 mm – 1 mm
Pada umumnya sebuah sistem komunikasi radio memiliki dua komponen
utama, yaitu sebuah transmitter, dan sebuah receiver. Perangkat transmitter
membangkitkan sinyal listrik yang berosilasi pada sebuah frekuensi radio yang
disebut sebagai frekuensi carrier. Amplitudo, frekuensi, atau phasa dari frekuensi
carrier akan dimodulasi dengan informasi yang dikirimkan. Sinyal modulasi
amplitudo (AM) dari frekuensi carrier menghasilkan penambahan dua sidebands
dari modulasi tersebut. Modulasi frekuensi (FM) dan modulasi phasa (PM)
menghasilkan pasangan sidebands untuk setiap modulasi. Ini menghasilkan
variasi kompleks yang muncul sebagai pembicaraan atau suara lain di siaran
radio, perubahan cahaya dan kegelapan dalam siaran televisi, dan data telemetri
dalam sistem telemetri.
2.2 Propagasi Gelombang Radio
Propagasi gelombang radio adalah perambatan gelombang radio melalui
medium udara bebas dari sisi pengirim ke sisi penerima. Propagasi dibagi dua
macam yaitu propagasi gelombang tanah (Groundwave) dan propagasi gelombang
langit (Skywave).
2.2.1 Propagasi Gelombang Tanah (Ground Wave Propagation).
Propagasi Gelombang tanah adalah propagasi di mana sinyal/gelombang
radio yang terpancar dari suatu antena merambat di atas permukaan bumi sampai
dengan batas maksimum lapisan atmosfer terendah troposfer (sekitar 10 - 11 km)
diatas permukaan bumi. Propagasi gelombang tanah beroperasi pada frekuensi
sangat tinggi (VHF) dan ultra tinggi (UHF) serta sebagian komunikasi frekuensi
tinggi (HF) [1].
Propagasi Groundwave digunakan untuk komunikasi jarak pendek sampai
sedang. Rugi-rugi propagasi (propagation loss) sangat besar terutama pada band
VHF dan UHF. Demikian pula faktor serapan bumi (ground absorption) untuk
VHF dan UHF sangat besar, terutama untuk jenis permukaan tanah tertentu,
sehingga pada band frekuensi tersebut tidak efisien untuk komunikasi jarak jauh
secara point to point. Propagasi Gelombang tanah terdiri dari 4 komponen
gelombang [3]:
1. Direct wave (gelombang langsung). Adalah komponen groundwave dimana
sinyal dari antena pemancar merambat lurus dan langsung diterima oleh
antena penerima. Gambar 2.1 memperlihatkan ilustrasi gelombang langsung.
Tx Rx
Arah Propagasi
Gambar 2.1 Ilustrasi Direct wave
Komponen ini merupakan komponen yang paling dominan pada sistem
komunikasi VHF dan UHF, apalagi bila digunakan antena terarah (directional).
Sehingga komponen ini jangan sampai mengalami hambatan/ halangan medan
selama proses rambatannya, itulah sebabnya antena dipasang dengan ketinggian
tertentu di atas menara atau pada ketinggian medan tertentu, untuk mendapatkan
hubungan Line of Sight.
A. Sifat Gelombang Langsung.
1. Sinyal merambat lurus, tidak boleh terhalang obstacle (bukit, gunung,
bangunan dan sebagainya).
2. Rugi-rugi propagasi berbading lurus dengan jarak komunikasi dan
frekuensi sinyal, sehingga pemilihan frekuensi yang paling rendah sangat
dianjurkan.
B. Faktor yang mempengaruhi.
1. Resapan bumi.Upaya mengurangi besarnya faktor resapan bumi tersebut
antara lain dengan meninggikan antena.
2. Ketinggian antena. Menentukan radius/jangkauan pancaran Sinyal.
Semakin tinggi antena semakin jauh jangkauan yang mungkin dapat
dicapai.
C. Penggunaan. Karena komponen gelombang langsung adalah komponen
terbesar (dominan), maka gelombang langsung merupakan acuan yang
mendasari instalasi peralatan komunikasi radio. Untuk memperoleh
komponen gelombang langsung yang lebih besar biasanya digunakan
antena- antena terarah, seperti : parabola, long periodik, yagi, helix.
2. Surface Wave (gelombang permukaan). Adalah komponen groundwave
dimana sinyal merambat diatas permukaan bumi. Sinyal merambat dan
mencapai jangkauan tertentu, tergantung konduktifitas permukaan tanah yang
dilewati. Gambar 2.2 memperlihatkan ilustrasi gelombang permukaan.
B U M I
Arah PropagasiTx
Gambar 2.2 Rambatan Sinyal pada Permukaan Bumi
Komunikasi radio pada band frekuensi HF atau yang lebih rendah, yang
digunakan untuk komunikasi jarak dekat, menggunakan rambatan jenis surface
wave ini untuk perambatan gelombangnya.
A. Sifat Gelombang Permukaan. Komunikasi radio pada band frekwensi HF
atau yang lebih rendah, yang digunakan untuk komunikasi jarak dekat,
menggunakan rambatan jenis surface wave ini untuk perambatan
gelombangnya.
B. Faktor yang mempengaruhi. Konduktifitas relatif setiap jenis tanah akan
menentukan jarak capai jangkauan sinyal. Permukaan tanah dengan
konduktifitas baik, akan menghantarkan gelombang lebih jauh sehingga
memungkinkan sinyal dari sebuah pesawat dapat mencapai jangkauan lebih
jauh dari kemampuan/karakteristik pesawat itu sendiri. Contoh beberapa
konduktifitas dari berbagai macam permukaan tanah terlihat seperti pada
Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Daftar Jenis Permukaan dan Konduktivitas
No Jenis Permukaan Konduktifitas Relatif
1 Air Laut Baik
2 Tanah basah, rawa Cukup
3 Tanah kering, pasir Buruk
4 Tanah kapur, hutan lebat, terutama hutan karet Buruk sekali
C. Frekuensi kerja akan menentukan besarnya serapan bumi. Sehingga Surface
wave ini tidak efektif untuk komunikasi VHF dan UHF, karena Ground
absorption akan sangat besar. Oleh sebab itulah penggunaan VHF dan UHF
dengan antena-antena pendek lebih efisien untuk komunikasi jarak dekat.
3. Reflected Wave (gelombang pantul). Adalah komponen groundwave dimana
gelombang memantul terlebih dahulu kesuatu obyek sebelum diterima antena
penerima. Pemantulan dapat terjadi secara horizontal maupun vertikal
terhadap bidang datar (ground). Gelombang pantulan dapat menyebabkan
masalah komunikasi (interferensi). Karena lintasan gelombang pantul akan
lebih jauh dari gelombang langsung (direct wave) maka gelombang pantul
akan sampai ke antena penerima setelah gelombang langsung. Bila kedua
gelombang “sefase”, resultannya saling memperkuat, tetapi bila berbeda phasa
bahkan sampai 180°, akan menimbulkan “Cancelling effect”, yaitu tidak
adanya sinyal pada antena penerima, meskipun antena pemancar jelas terlihat
(Line of Sight). Untuk mengatasi interferensi ini cobalah dengan menggeser
kedudukan antena atau mengatur ketinggiannya.
4. Tropospheric Wave (Gelombang Tropospherik). Adalah komponen Ground
wave sinyal dari suatu antena pemancar terperangkap pada medium di
troposfer, yang di kenal dengan istilah “Tropospheric duct” Perangkap ini
menyebabkan sinyal dapat merambat jauh, beberapa kali jangkauan
normalnya. Gambar 2.3 mmperlihatkan ilustrasi dari “Trophosperic duct”.
B U M I
Troposferic Duct
Tx Rx
Tropospher
Gambar 2.3 Ilustrasi “Trophosperic duct”
Fenomena ini bersifat eksidensial, tidak bisa kita duga/prediksi bilamana
terjadinya, apalagi untuk dimanfaatkan.
Disamping ke 4 komponen ground wave diatas, masih ada fenomena
perambatan ground wave yang lain, yaitu refraksi dan defraksi [1].
1. Defraksi, merupakan proses pembelokan dan penyebaran sinyal, apabila
seberkas sinyal mengenai ketinggian sehingga memungkinkan komunikasi
pada daerah lembah, dibalik ketinggian tersebut. Gambar 2.4 memperlihatkan
proses defraksi gelombang.
Obstacle
Arah gelombang
Gambar 2.4 Ilustrasi Defraksi Gelombang
Gejala ini memungkinkan penerima menangkap sinyal dari pemancar
meski tidak Line of Sight (terhalang ketinggian), dan makin rendah frekuensi
makin mudah didefraksikan dibanding frekuensi yang lebih tinggi.
2. Refraksi, merupakan proses pembelokan sinyal, akibat sinyal tersebut
melewati beberapa medium dengan kerapatan berbeda pada lapisan bawah
atmosfer. Gejala ini menungkinkan jarak Line of Sight komunikasi lebih besar
dari jarak Visual Line of Sight-nya. Gambar 2.5 memperlihatkan ilustrasi
proses refraksi gelombang. .
Tx Rx
Arah gelombang
Gambar 2.5 Ilustrasi Refraksi Gelombang
2.2.2 Propagasi Gelombang Langit (Sky Wave Propagation).
Propagasi gelombang langit adalah perambatan gelombang radio yang
diarahkan ke angkasa dan dengan bantuan lapisan ionosfer, dipantulkan kembali
ke bumi.
1. Sifat propagasi gelombang langit. Jenis rambatan ini mempunyai sifat
lintasan gelombang yang cukup jauh, maka kualitas sinyal yang mempunyai
jenis rambatan ini menjadi banyak berkurang.
2. Faktor yang mempengaruhi. Sejumlah faktor akan mempengaruhi
lintasan/jarak capai komunikasi, antara lain Penggunaan Frekuensi Kerja,
Instalasi Antena, Kondisi dan variasi Ionosfer.
A. Penggunaan Frekuensi Kerja.
Pemilihan frekuensi kerja merupakan faktor penting dalam menentukan
lintasan/jangkauan komunikasi. Pemilihan frekuensi yang terlalu tinggi,
bisa jadi tidak dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer yang diharapkan.
Sebaliknya terlalu rendah kemungkinan tidak sampai. Oleh sebab itu di
perlukan pemilihan frekuensi yang tepat untuk waktu-waktu tertentu
dalam penyelenggaraan komunikasi.
B. Instalasi Antena.
Instalasi antena, misalnya antena dipole, ketinggiannya dari atas tanah
akan menentukan “Take off angle” pancaran sinyalnya. Besarnya sudut
pancar (take off angle) akan menentukan jarak capai komunikasi. Gambar
2.6 memperlihatkan sudut pancar antena terhadap bumi. θ2 < θ1 ⇒ antena
2 dipasang lebih tinggi dari antena 1 dengan asumsi frekuensi yang
digunakan sama.
θ2 θ1
BUMI
Tx
Ionosfer
Gambar 2.6 Sudut Pancar Antena terhadap Bumi
C. Kondisi dan Variasi Ionosfer.
Ionosfer adalah lapisan atmosfer yang berperan memantulkan kembali
gelombang radio ke bumi. Ionosfer sendiri terdiri dari beberapa layer yang
memiliki kerapatan ion berbeda dan muncul pada saat tertentu. Pada siang
hari akibat pemanasan sinar matahari, terjadi ionisasi partikel ionosfer,
sehingga terjadi 4 lapisan berturut-turut : lapisan D, E, F1 dan F2. Gambar
2.7 memperlihatkan 4 lapisan ionosfer.
F2
Ionosfer
DEF1F2
Arah gelombang
Gambar 2.7 Lapisan-lapisan Ionosfer
Karakteristik setiap lapisan adalah sebagai berikut :
1) Lapisan D.
a. Tinggi 48 - 88,5 km di atas permukaan bumi.
b. Meredam sinyal HF, sehingga tidak mendukung untuk komunikasi
HF.
c. Digunakan untuk komunikasi LF dan VLF.
d. Hilang di malam hari.
2) Lapisan E.
a. Tinggi 88,5 - 145 km.
b. Digunakan untuk komunikasi HF jarak pendek/sedang, terutama
lapisan paling bawahnya.
c. Muncul/ada di siang hari.
d. Terkadang muncul sporadic E
3) Lapisan F1.
a. Ketinggian 145 - 242 km.
b. Hanya ada di siang hari.
c. Sinyal yang tembus pada lapisan E, tembus juga di F1.
d. Meredam sinyal.
4) Lapisan F2.
a. Ketinggian 242 - 402 km.
b. Tingkat ionisasi tertinggi dan maksimum saat siang hari.
c. Merupakan lapisan terpenting untuk propagasi sinyal HF.
Pada malam hari terjadi proses rekombinasi, sehingga hanya menyisakan
lapisan F pada ketinggian 225-354 km (penggabungan F1 dan F2). Karena lapisan
F paling tinggi, maka untuk frekuensi sinyal HF yang sama akan memiliki
lintasan lebih jauh dibanding siang hari. Sehingga untuk frekuensi yang sama,
lintasan skywave malam hari lebih jauh dibanding siang hari. Karena penggeseran
lintasan ini dapat menyebabkan masalah komunikasi, maka frekuensi kerja untuk
malam hari harus diatur kembali (diturunkan) dari harga frekuensi siang hari.
Gambar 2.8 memperlihatkan ilustrasi pemantulan gelombang pada malam hari
oleh ionosfer.
A B
C
Lapisan F
TxA
B
A : Gelombang pada siang hariB : Gelombang pada malam hari
Arah gelombang
Gambar 2.8 Ilustrasi Pemantulan Gelombang pada Malam Hari
2.3 Pemanfaatan frekuensi 433 MHz
Frekuensi 433 MHz termasuk dalam spesifikasi kanal Industrial, scientific
and medical (ISM) yang ditujukan untuk aplikasi lokal dalam dunia industri,
pengujian ilmu pengetahuan, dan aplikasi kedokteran [4]. Rentang frekuensi ISM
dimulai dari beberapa kHz sampai beberapa ratus GHz dengan variasi penggunaan
yang beragam, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.2 [4].
Tabel 2.3. Frekuensi ISM dan aplikasinya
Tugas Akhir ini menggunakan frekuensi ISM 433 MHz disebabkan oleh
beberapa hal, antara lain : Sistem perambatan gelombang frekuensi 433 MHz
tidak sensitif terhadap fenomena refleksi, terutama pada hambatan dinding,
struktur logam dan air. Operasi narrowband dari radio 433 MHz yang berada
pada sub-GHz memungkinkan rentang jarak transmisi mencapai jarak dalam orde
beberapa kilometer dengan kebutuhan daya kecil. Hal ini lebih baik jika
dibandingkan dengan frekuensi 2.45 GHz yang menghasilkan jarak lebih rendah
dengan anggaran daya yang sama. Ditinjau dari konsumsi daya, frekuensi 433
MHz memerlukan energi lebih rendah setiap bitnya dibanding frekuensi yang
lebih tinggi. Selain itu, biaya pembangunan sistem rendah, serta tidak
membutuhkan repeater. Sistem 433 MHz juga menggunakan antena yang
berukuran kecil, frekuensi 433 MHz memiliki atenuasi yang relatif lebih rendah
dibandingkan frekuensi ISM lain [5].
Ditinjau dari ketersediaan perangkat, sistem radio 433 MHz umum
digunakan di banyak negara, seperti Eropa, Amerika, Cina, Australia, Selandia
Baru dan Jepang. Pita-pita frekuensi 433 MHz di kawasan pengguna diatur oleh
regulasi ITU, contohnya, 433 MHz dan 868 MHz digunakan di Eropa, 433 MHz
dan 902-928 MHz di Amerika Serikat, 433 MHz di Cina, 433 MHz di Australia,
dan 426 MHz di Jepang [4]. Hal ini menyebabkan kemudahan memperoleh modul
pesawat radio 433 MHz. Dukungan perangkat radio 433 MHz dijabarkan dalam
bagian berikut ini.
2.4 Sistem Pemancar/Penerima Modular
Sistem pemancar/penerima yang disebut sebagai Transceiver pada
dasarnya berfungsi sebagai transmitter (pemancar) dan receiver (penerima).
Pemancar mengirimkan data hasil pengolahan gambar dengan citra keabuan yang
terenkapsulasi oleh protokol komunikasi serial ke sistem ground segment. Pada
saat ground segment mengirimkan perintah untuk melakukan pengambilan data
gambar, maka transceiver pada sisi ground segment berfungsi sebagai penerima.
Transceiver yang diimplementasikan pada penelitian ini adalah sebuah modul
radio 3DR 433 MHz yang diproduksi oleh 3D Robotics.
Beberapa jenis modul radio dapat berkomunikasi dengan peralatan lainnya
melalui port yang tersedia pada modul radio tersebut. Modul radio yang
digunakan sebagai transceiver pada penelitian ini memiliki port serial sebagai
jalur komunikasi ke ground segment. Media penghubung antara keduanya dengan
transceiver tersebut adalah RS-232 to USB serial. Melalui komunikasi ini, ground
segment dapat menerima data dan memerintahkan perangkat modul radio tersebut.
Hal ini lah yang memungkinkan kita untuk mengirimkan data gambar melalui
modul radio tersebut.
2.4.1 Sistem Antena Mini
Antena mini yang digunakan pada sistem radio 433 MHz kebanyakan
bertipe helix. Antena helix memiliki bentuk geometri seperti pegas (Gambar 2.1)
dengan diameter lilitan serta jarak antar lilitan berukuran tertentu. Jika D adalah
diameter dari helix, C adalah circumference (keliling) dari helix: C = πD, S adalah
jarak antara lilitan, α sudut jepit (pitch angle): α = arctan S/πD, L adalah panjang
dari 1 lilitan, n jumlah lilitan, A merupakan axial length: A= n.S, dan d adalah
diameter konduktor helix, maka gain (G) antenna diberikan oleh [6]:
G=11,8 + 10log(C2A) (2.2)
Diameter dan keliling menentukan gain antenna helix. Makin panjang
antenna helix maka makin besar pula gainnya. Antena helix biasanya dipasang
diatas sebuah ground plane seperti pada Gambar 2.9 [6].
Gambar 2.9 Bentuk geometri antenna helix.
2.4.2. Konektor Mini
SMA (SubMiniature versi A) konektor semi-presisi konektor coaxial RF
dikembangkan pada tahun 1960 sebagai konektor antarmuka minimal untuk kabel
koaksial dengan mekanisme kopling tipe sekrup. Konektor ini memiliki impedansi
50 Ω. Konektor ini dirancang untuk bekerja pada sinyal DC sampai 18 GHz. SMA
(miniatur A) konektor dirancang oleh Bendix Scintilla Corporation dan
merupakan salah satu yang paling umum digunakan konektor RF / microwave [7].
Hal ini dimaksudkan untuk digunakan pada kabel semi-rigid dan komponen yang
terhubung renggang. Dibutuhkan dielektrik kabel langsung ke antarmuka tanpa
celah udara. Beberapa ratus siklus interkoneksi yang mungkin jika dilakukan
dengan hati-hati dan perawatan harus diambil untuk digabungkan dengan
konektor lurus-on. Sebelum membuat koneksi adalah bijaksana untuk memeriksa
akhir konektor female untuk memastikan bahwa soket pusat dalam kondisi baik
(jari tidak bengkok atau hilang). Konektor SMA adalah jenis umum dan murah,
tetapi kurangnya presisi mempengaruhi daya tahan dan kinerja mereka, dan dapat
menyebabkan keausan meningkat ketika dipasangkan dengan lainnya (presisi)
konektor. SMA konektor hanya dinilai untuk jumlah yang sangat terbatas dari
siklus koneksi dan harus diperiksa sebelum setiap penggunaan. Untuk lebih
mengerti mengenai konektor tersebut dapat ditunjukkan pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Bentuk Konektor SMA.
Modul 3DR Radio 433 MHz memiliki antena bawaan berupa antena helix
yang sesuai dengan frekuensi 433 MHz. Antena ini menggunakan konektor SMA
tipe male yang telah berpasangan dengan konektor SMA tipe female yang ada
pada modul 3DR Radio 433 MHz pada sisi penerima dan pengirim.
2.4.3 Komunikasi Serial
Komunikasi serial adalah komunikasi yang pengiriman datanya per-bit
secara berurutan dan bergantian. Komunikasi ini mempunyai suatu kelebihan
yaitu hanya membutuhkan satu jalur dan kabel yang sedikit dibandingkan dengan
komunikasi paralel. Pada prinsipnya komunikasi serial merupakan komunikasi
dimana pengiriman data dilakukan per bit sehingga lebih lambat dibandingkan
komunikasi parallel, atau dengan kata lain komunikasi serial merupakan salah
satu metode komunikasi data di mana hanya satu bit data yang dikirimkan melalui
seuntai kabel pada suatu waktu tertentu. Pada dasarnya komunikasi serial adalah
kasus khusus komunikasi paralel dengan nilai n = 1, atau dengan kata lain adalah
suatu bentuk komunikasi paralel dengan jumlah kabel hanya satu dan hanya
mengirimkan satu bit data secara simultan.Hal ini dapat disandingkan dengan
komunikasi paralel yang sesungguhnya di mana n-bit data dikirimkan bersamaan,
dengan nilai umumnya 8 ≤ n ≤ 128 [8].
Komunikasi serial ada dua macam, asynchronous serial dan synchronous
serial. Synchronous serial adalah komunikasi dimana hanya ada satu pihak
(pengirim atau penerima) yang menghasilkan clock dan mengirimkan clock
tersebut bersama-sama dengan data. Contoh pengunaan synchronous
serial terdapat pada transmisi data keyboard. Asynchronous serial adalah
komunikasi dimana kedua pihak (pengirim dan penerima) masing-masing
menghasilkan clock namun hanya data yang ditransmisikan, tanpa clock. Agar
data yang dikirim sama dengan data yang diterima, maka kedua frekuensi clock
harus sama dan harus terdapat sinkronisasi. Setelah adanya sinkronisasi, pengirim
akan mengirimkan datanya sesuai dengan frekuensi clock pengirim dan penerima
akan membaca data sesuai dengan frekuensi clock penerima. Contoh penggunaan
asynchronous serial adalah pada Universal Asynchronous Receiver Transmitter
(UART) yang digunakan pada serial port (COM) komputer.
Antarmuka Kanal serial lebih kompleks/sulit dibandingkan dengan
antarmuka melalui kanal paralel, hal ini disebabkan karena [8]:
1. Dari Segi perangkat keras: adanya proses konversi data pararel menjadi serial
atau sebaliknya menggunakan piranti tambahan yang disebut UART (Universal
Asynchronous Receiver/Transmitter).
2. Dari Segi perangkat lunak: lebih banyak register yang digunakan atau terlibat.
Namun di sisi lain antarmuka kanal serial menawarkan berapa kelebihan
dibandingkan secara paralel, antara lain [8]:
1. Kabel untuk komunikasi serial bisa lebih panjang dibandingkan dengan
parallel, data-data dalam komunikasi serial dikirim-kan untuk logika ‘1’ sebagai
tegangan -3 s/d -25 volt dan untuk logika ‘0’ sebagai tegangan +3 s/d +25 volt,
dengan demikian tegangan dalam komunikasi serial memiliki ayunan tegangan
maksimum 50 volt, sedangkan pada komunikasi paralel hanya 5 volt. Hal ini
menyebabkan gangguan pada kabel-kabel panjang lebih mudah diatasi
dibandingkan pada parallel.
2. Jumlah kabel serial lebih sedikit, kita bisa menghubungkan dua perangkat
komputer yang berjauhan dengan hanya 3 kabel untuk konfigurasi null modem,
yaitu TXD (saluran kirim), RXD(saluran terima) dan Ground, bayangkan jika
digunakan teknik paralel akan terdapat 20 – 25 kabel. Namun pada masing-
masing komputer dengan komunikasi serial harus dibayar “biaya” antarmuka
serial yang agak lebih mahal.
3. Banyaknya piranti saat ini (palmtop, organizer, hand-phone dan lain-lain)
menggunakan teknologi infra merah untuk komunikasi data, dalam hal ini
pengiriman datanya dilakukan secara serial. IrDA-1 (spesifikasi infra merah
pertama) mampu mengirimkan data dengan laju 115,2 kbps dan Konsep
Komunikasi Serial 2 dibantu dengan piranti UART, hanya panjang pulsa
berkurang menjadi 3/16 dari standar RS-232 untuk menghemat daya.
4. Untuk teknologi embedded system, banyak mikrokontroler yang dilengkapi
dengan komunikasi serial (baik seri RISC maupun CISC) atau Serial
Communication Interface (SCI); dengan adanya SCI yang terpadu pada 1C
mikrokontroler akan mengurangi jumlah pin keluaran, sehingga hanya dibutuhkan
2 pin utama TxD dan RxD (di luar acuan ground).
2.5 Sistem Telemetri
Telemetri berasal dari akar bahasa Yunani, yakni: tele = jarak jauh,
dan metron = pengukuran. Telemetri adalah proses pengukuran parameter suatu
obyek (benda, ruang, kondisi alam), yang hasil pengukurannya dikirimkan ke
tempat lain melalui proses pengiriman data, baik dengan menggunakan kabel
maupun tanpa kabel (wireless) [9]. Data yang ditransmisikan bisa berupa data
pengukuran maupun gambar. Sistem telemetri yang yang dikembangkan pada
penelitian ini merupakan sistem telemetri tanpa kabel, menggunakan gelombang
radio sebagai medium transmisi data, dan data yang dikirimkan adalah gambar
periodik.
Fotogrametri adalah suatu metode pemetaan objek-objek dipermukaan
bumi yang menggunakan foto udara sebagai media, dimana dilakukan penafsiran
objek dan pengukuran geometri untuk selanjutnya dihasilkan peta garis, peta
digital maupun peta foto. Secara umum fotogrametri merupakan teknologi geo-
informasi dengan memanfaatkan data geo-spasial yang diperoleh melalui
pemotretan udara. Teknologi ini merupakan salah satu dari sistem telemetri yang
mengambil gambar sebagai data informasinya [10].
Konfigurasi pada subsistem transmit menjelaskan bahwa pengiriman pada
sistem telemetri menjadi sederhana atau kompleks tergantung pada kebutuhan
perancang dan analis yang menggunakan data. Konfigurasi disediakan untuk
membantu mengidentifikasi persoalan utama dalam membuat rancangan
perangkat telemetri yang pada akhirnya akan ditentukan oleh sejumlah faktor,
termasuk jumlah aliran data, karakteristik pengujian, ketersediaan ruang untuk
pemasangan pemancar dan antena, dan lokasi perangkat penerima data. Perangkat
pengirim digunakan pada berbagai aplikasi sistem telemetri yang bertugas untuk
menyampaikan data melalui metode digital atau analog ke stasiun penerima. Data
yang dikirimkan dapat mencakup data diskrit atau analog, video, radar maupun
data komputer. Perangkat pengirim umumnya menggunakan frekuensi
termodulasi yang menghasilkan sinyal keluaran dengan daya tidak berubah ada
atau tanpa modulasi.
Perangkat pengkopling merupakan komponen coupler dan kabel yang
digunakan dalam perancangan perangkat telemetri bervariasi sesuai dengan
ketentuan perancang. Aspek ini sangat berpengaruh pada sistem telemetri dan
biasanya diremehkan oleh para perancang. Beberapa komponen yang sering
ditemukan dalam subsistem perangkat pengirim dan menjadi karakteristik penting
untuk dipertimbangkan saat membeli dan menggunakan komponen tersebut.
Kabel coaxial adalah salah satu diantaranya yang menjadi komponen utama yang
digunakan pada perangkat pengirim yang mampu membuat antena, komponen RF
dan semua subsistem RF telemetri agar saling terhubung. Antena merupakan
komponen paling dasar untuk membangun perangkat telemetri. Antena sangat
berpengaruh pada perancangan sistem telemetri, adapun parameter utama dalam
menentukan antena yang sesuai dengan perangkat telemetri kita, diantaranya
adalah : Operating Frequency, Impedance, Voltage Standing Wave Ratio (VSWR),
Power Capability, Connector Types, Polarization, Radiation Efficiency, Antenna
Pattern and Gain. Parameter mekanik, aerodinamis, dan lingkungan juga
termasuk paramaeter penting lain yang perlu dipertimbangkan ketika memilih
antena [6].
Telemetry bands merupakan salah satu hal yang harus dipahami sebelum
merencanakan setiap kali merancang maupun melakukan pengujian setiap sistem
telemetri yang baru, guna mematuhi peraturan frekuensi alokasi yang berlaku
disetiap negara yang ada didunia ini. Di Amerika Serikat, ada pita frekuensi
tertentu yang dialokasikan untuk penggunaan telemetri dan pemanfaatan spektrum
tertentu yang tercatat oleh IRIG Standard 106 sebagai badan yang mengalokasi
frekuensi dinegara tersebut. Karakteristik Lintasan Radio Frekuensi dapat menjadi
masalah yang besar pada sistem komunikasi nirkabel ketika terjadi gangguan
Multipath yang disebabkan oleh signal fading dan signal outage [11].
Subsistem receive memberikan gambaran tentang karakteristik sistem
yang penting untuk memperoleh data telemetri dari sumber radiasi perangkat
pengirim. Pada hal ini lebih difokuskan pada sistem penerima RF yang
dimasksudkan sebagai panduan untuk memastikan bahwa kinerja sistem penerima
dioptimalkan untuk cukup menerima signal to noise (S/N) pada tingkat bit
tertentu. Sistem penerimaan data yang diperoleh melalui sinyal carier yang telah
termodulasi. Data yang diterima harus high fidelity dan sebisa mungkin serupa
dari data yang dikirimkan dan bebas dari gangguan maupun error. Adapun
pemodelan sistem telemetri radio ditunjukkan pada Gambar 2.11 [1].
Gambar 2.11 Pemodelan sistem telemetri radio frekuensi.
2.6 Single Board Computer
Sesuai namanya, single board microcomputer adalah komputer dalam
sebuah board. Artinya apapun yang bisa dilakukan oleh komputer bisa dilakukan
oleh SBC. SBC saat ini memiliki memori yang besar (128 MB-2 GB, bahkan
sebagian sudah lebih), memiliki external storage (SD Card/USB disk), dan
memiliki prosessor dalam dengan kecepatan ratusan megahertz sampai gigahertz,
sebagian bahkan sudah quad core. Sebuah SBC biasanya memiliki sebuah sistem
operasi (biasanya Linux, FreeBSD, atau OS open source lain), dan kita bisa
menjalankan program dalam bahasa apapun di situ (misalnya: C, Python, bahkan
Lisp atau prolog) [12]. Meskipun biasanya punya sistem operasi, kita bisa saja
memprogramnya tanpa sistem operasi. Kemampuan komputasi sebuah SBC
biasanya sangat besar, bisa memproses audio, foto dan bahkan video (misalnya
mengenali wajah dalam video). Ini adalah contoh hal-hal yang tidak bisa
dilakukan oleh microcontroller (walaupun dalam batas tertentu microcontroller
bisa memproses data yang cukup rumit). Jika SBC ini kemampuannya sama
dengan PC menjadi sebuah pertanyaan kenapa tidak memakai PC saja yang sudah
jelas kemampuannya. SBC ini memiliki penggunaan daya yang sangat rendah (<5
watt) dibanding dengan PC (desktop biasanya > 70 watt, sedangkan HTPC > 30
watt), dengan pengunaan daya yang sangat kecil, maka kita bisa memakai baterai
sebagai sumber power nya. Ukuran SBC juga sangat kecil dan ringan (misalnya
bisa diterbangkan dengan balon udara).
Perbedaan lain SBC dengan PC biasa adalah : ada pin-pin GPIO (General
Purpose Input Output) yang bisa dihubungkan dengan device “apapun” (ada
batasan kecepatan, jadi sebenarnya tidak 100% apapun). PC lama memiliki port
serial, parallel, game port, dan sebagainya yang bisa dihubungkan dengan banyak
hardware eksternal, tapi PC baru biasanya hanya memiliki konektor tampilan,
ethernet, dan USB. Dalam banyak kasus USB ini terlalu rumit dan
memiliki latensi yang terlalu tinggi untuk berkomunikasi dengan device eksternal
[12]. Ketika menggunakan sistem operasi biasa (non-realtime) di SBC, perilaku
sistem terkadang tidak bisa diprediksi dalam masalah timing, misalnya: sistemnya
terlalu lama dalam menyalakan LED sejak tombolnya ditekan dan ternyata
sistemnya sedang sibuk karena ada proses lain yang dikerjakan. Ketika mulai
mengalami masalah seperti ini, saatnya untuk mulai menggunakan real-time
operating system untuk SBC. Sebagai catatan : hampir semua SBC saat ini
menggunakan prosessor ARM, tapi ada juga yang memakai Intel, dan sedikit
sekali yang memakai MIPS. Sebuah SBC memiliki banyak komponen, dan
diproduksi secara khusus. Oleh karena itu diperlukan hardware dan keahlian
untuk membuat sebuah SBC. Chip yang digunakan umumnya menggunakan
packaging BGA (Ball Grid Array) yang tidak bisa disolder dengan solder biasa.
Dalam banyak kasus, kita tidak perlu tahu mengenai proses produksi ini, tapi
ketika kita sudah menyelesaikan sebuah prototipe dan ingin merilis produk,
komponen-komponen ekstra yang tidak dipakai akan menambah biaya dan
penggunaan daya. Ini sebabnya mengapa beberapa SBC memiliki beberapa versi,
misalnya Raspberry Pi memiliki dua versi : dengan dan tanpa ethernet card (yang
harganya berbeda 10 USD). Raspberry Pi yang memiliki 2 port USB untuk
keyboard dan mouse dan juga memiliki port HDMI untuk dapat dikoneksikan
dengan monitor. Monitor saat ini masih banyak menggunakan port VGA lain
halnya dengan Raspberry Pi. Raspberry Pi menggunakan port HDMI yang telah
dikonversikan ke DVI untuk digunakan sebagai output dalam bentuk visual
Raspberry Pi juga dapat dikombinasikan dengan alat lainnya seperti
mikrokontroller. Dengan sebuah Raspberry Pi seseorang dapat membuat proses
computing yang hampir tidak terpikirkan menjadi mungkin terwujud. Salah
satunya adalah penelitian Pi In The Sky yang dapat mangambil gambar permukaan
bumi dari luar angkasa.
Mempelajari single board computer berarti kita sedang mempelajari
embedded system dengan metode belajar yang lebih mudah. Belajar embedded
system merupakan cara yang baik untuk lebih mengenal arsitektur komputer. Pada
PC/Tablet/Smartphone, ada begitu banyak “layer” yang mempersulit pemahaman
kita tentang hardware, tapi dengan mempelajari embedded system kita bisa
langsung berinteraksi dengan hardware, bahkan tanpa menggunakan sistem
operasi sama sekali. Sebenarnya tidak hanya single board computer yang
digunakan sebagai jalur untuk belajar embedded system, ada satu lagi jalur
alternatif untuk belajar embedded system dengan mudah dan praktis tanpa
menggunakan sistem operasi sama sekali yaitu single board microcontroller dan
beberapa versi yang sering kita temui dipasaran, seperti : Arduino, Parallax
Propeller, LaunchPad MSP430, dan sebagainya. Sedangkan versi lain dari single
board computer yang ada dipasaran selain Raspberry Pi seperti yang dijelaskan
sebelumnya, yaitu : BeagleBoard, BeagleBone Black, Cubie Board, RadXa dan
lain sebagainya [12].
2.7 Computer Vision
Python dikembangkan oleh Guido van Rossum pada tahun 1990 di CWI
Amsterdam sebagai kelanjutan dari bahasa pemrograman ABC. Versi terakhir
yang dikeluarkan CWI adalah 1.2. Tahun 1995, Guido pindah ke CNRI sambil
terus melanjutkan pengembangan Python. Versi terakhir yang dikeluarkan adalah
1.6. Tahun 2000, Guido dan para pengembang inti Python pindah ke BeOpen.com
yang merupakan sebuah perusahaan komersial dan membentuk BeOpen
PythonLabs. Python 2.0 dikeluarkan oleh BeOpen. Setelah mengeluarkan Python
2.0, Guido dan beberapa anggota tim PythonLabs pindah ke DigitalCreations.
Nama Python itu sendiri dipilih oleh Guido karena kecintaan guido pada suatu
acara televisi Monty Python’s Flying Circus [13]. Oleh karena itu seringkali
ungkapan-ungkapan khas dari acara tersebut seringkali muncul dalam
korespondensi antar pengguna Python. Gambar 2.12 menunjukkan idle icon dari
python dan Gambar 2.13 menunjukkan idle window Python 2.75 [13].
Gambar 2.12 Idle icon Python.
Python merupakan sebuah bahasa pemrograman berupa scripting. Didunia
bahasa pemrograman scripting, Python relatif datang dari sisi scene yang
membuat banyak orang yakin dan percaya. Dikembangkan pada akhir tahun 1980,
kemungkian 15 tahun setelah konsep dari Unix yang dipelopori oleh Guido Van
Rossum [13]. Python adalah bahasa pemrograman dinamis yang mendukung
pemrograman berorientasi obyek. Python dapat digunakan untuk berbagai
keperluan pengembangan perangkat lunak dan dapat berjalan di berbagai platform
sistem operasi. Seperti halnya bahasa pemrograman dinamis, python seringkali
digunakan sebagai bahasa skrip dengan interpreter yang teintergrasi dalam sistem
operasi. Saat ini kode python dapat dijalankan pada sistem berbasis:
1. Linux / Unix
2. Windows
3. Mac OS X
4. Java Virtual Machine
5. Symbian
Gambar 2.13 Python 2.75 Idle Window
Computer Vision adalah ilmu dan teknologi mesin yang melihat, di mana
mesin mampu mengekstrak informasi dari gambar yang diperlukan untuk
menyelesaikan tugas tertentu. Sebagai suatu disiplin ilmu, visi komputer berkaitan
dengan teori di balik sistem buatan bahwa ekstrak informasi dari gambar. Data
gambar dapat mengambil banyak bentuk, seperti urutan video, pandangan dari
beberapa kamera, atau data multi-dimensi dari scanner medis. Sedangkan sebagai
disiplin teknologi, computer vision berusaha untuk menerapkan teori dan model
untuk pembangunan sistem computer vision. Computer Vision didefinisikan
sebagai salah satu cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari bagaimana
komputer dapat mengenali obyek yang diamati. Cabang ilmu ini bersama
Artificial Intelligence akan mampu menghasilkan Visual Intelligence System.
Perbedaannya adalah Computer Vision lebih mempelajari bagaimana komputer
dapat mengenali obyek yang diamati. Namun komputer grafik lebih ke arah
pemanipulasian gambar (visual) secara digital. Bentuk sederhana dari grafik
komputer adalah grafik komputer 2D yang kemudian berkembang menjadi grafik
komputer 3D, pemrosesan citra, dan pengenalan pola. Grafik komputer sering
dikenal dengan istilah visualisasi data [14].
Gambar 2.14 Hubungan kombinasi computer vision.
Computer Vision memiliki hubungan kombinasi yang ditunjukkan pada Gambar
2.14 dan diantara kombinasi tersebut adalah [14]:
1. Pengolahan Citra (Image Processing), bidang yang berhubungan dengan
proses transformasi citra/gambar (image). Proses ini bertujuan untuk
mendapatkan kualitas citra yang lebih baik.
2. Pengenalan Pola (Pattern Recognition), bidang ini berhubungan dengan
proses identifikasi obyek pada citra atau interpretasi citra. Proses ini bertujuan
untuk mengekstrak informasi/pesan yang disampaikan oleh gambar/citra.
Untuk menunjang tugas Computer Vision, terdapat beberapa fungsi pendukung ke
dalam sistem ini [14], yaitu :
1. Proses penangkapan citra (Image Acquisition)
a. Image Acqusition pada manusia dimulai dengan mata, kemudian informasi
visual diterjemahkan ke dalam suatu format yang kemudian dapat
dimanipulasi oleh otak.
b. Senada dengan proses di atas, computer vision membutuhkan sebuah mata
untuk menangkap sebuah sinyal visual.
c. Umumnya mata pada computer vision adalah sebuah kamera video.
d. Kamera menerjemahkan sebuah scene atau image.
e. Keluaran dari kamera adalah berupa sinyal analog, dimana frekuensi dan
amplitudonya (frekuensi berhubungan dengan jumlah sinyal dalam satu
detik, sedangkan amplitudo berkaitan dengan tingginya sinyal listrik yang
dihasilkan) merepresentasikan detail ketajaman (brightness) pada scene.
f. Kamera mengamati sebuah kejadian pada satu jalur dalam satu waktu,
memindainya dan membaginya menjadi ratusan garis horizontal yang
sama.
g. Tiap‐tiap garis membuat sebuah sinyal analog yang amplitudonya
menjelaskan perubahan brightness sepanjang garis sinyal tersebut.
h. Kemudian sinyal listrik ini diubah menjadi bilangan biner yang akan
digunakan oleh komputer untuk pemrosesan.
i. Karena komputer tidak bekerja dengan sinyal analog, maka sebuah
analog‐to‐digital converter (ADC), dibutuhkan untuk memproses semua
sinyal tersebut oleh komputer.
j. ADC ini akan mengubah sinyal analog yang direpresentasikan dalam
bentuk informasi sinyal tunggal ke dalam sebuah aliran (stream) sejumlah
bilangan biner.
k. Bilangan biner ini kemudian disimpan di dalam memori dan akan menjadi
data raw yang akan diproses.
2. Proses pengolahan citra (Image Processing)
a. Tahapan berikutnya computer vision akan melibatkan sejumlah manipulasi
utama (initial manipulation) dari data binari tersebut.
b. Image processing membantu peningkatan dan perbaikan kualitas image,
sehingga dapat dianalisa dan di olah lebih jauh secara lebih efisien.
c. Image processing akan meningkatkan perbandingan sinyal terhadap noise
(signal‐to‐noise ratio = s/n).
d. Sinyal‐sinyal tersebut adalah informasi yang akan merepresentasikan
objek yang ada dalam image.
e. Sedangkan noise adalah segala bentuk interferensi, kekurangan
pengaburan, yang terjadi pada sebuah objek.
3. Analisa data citra (Image Analysis)
a. Image analysis akan mengeksplorasi scene ke dalam bentuk karateristik
utama dari objek melalui suatu proses investigasi.
b. Sebuah program komputer akan mulai melihat melalui bilangan biner yang
merepresentasikan informasi visual untuk mengidentifikasi fitur‐fitur
spesifik dan karekteristiknya.
c. Lebih khusus lagi program image analysis digunakan untuk mencari tepi
dan batas‐batasan objek dalam image.
d. Sebuah tepian (edge) terbentuk antara objek dan latar belakangnya atau
antara dua objek yang spesifik.
e. Tepi ini akan terdeteksi sebagai akibat dari perbedaan level brightness
pada sisi yang berbeda dengan salah satu batasnya.
4. Proses pemahaman data citra (Image Understanding)
a. Ini adalah langkah terakhir dalam proses computer vision, yang mana
sprsifik objek dan hubungannya diidentifikasi.
b. Pada bagian ini akan melibatkan kajian tentang teknik-teknik artificial
intelligent.
c. Understanding berkaitan dengan template matching yang ada dalam
sebuah scene.
d. Metoda ini menggunakan program pencarian (search program) dan teknik
penyesuaian pola (pattern matching techniques).
SimpleCV merupakan sebuah framework berbasis open source yang
digunakan untuk membangun aplikasi berbentuk computer vision [15]. Dengan
menggunkannya memungkinkan kita untuk mengakses beberapa fungsi tertentu
yang terdapat pada library computer vision seperti halnya yang terdapat pada
OpenCV yang dijalankan pada bahasa pemrograman Python. Tanpa perlu belajar
terlebih dahulu mengenai bit depths, file formats, color spaces, buffer
management, eigenvalues, atau matrix versus bitmap storage kita sudah bisa dan
mudah untuk membuat aplikasi tersebut. Hal ini yang membuatnya menjadi lebih
popular dibandingkan framework computer vision lainnya. SimpleCV adalah
kumpulan dari banyak library dan software yang dapat digunakan untuk
membangun aplikasi vision. SimpleCV juga memperbolehkan kita bekerja secara
streaming gambar atau video yang diperoleh dari kamera webcam, Kinects,
FireWire, dan IP kamera atau mobile phones. Hal inilah yang membantu kita
membangun software untuk membuat variasi teknologi yang berbeda yang tidak
hanya dilihat oleh dunia tetapi juga dapat dimengerti dan dipahami. SimpleCV
yang ditulis pada bahasa pemrograman Python dan gratis untuk digunakan
menjadi kelebihan yang luar biasa dan dapat dijalankan pada Mac, Windows, dan
Ubuntu Linux, dan lisensinya berada dibawah naungan BSD license.
2.8 Konsep Dasar Pengolahan Citra Digital
Citra digital adalah sebuah fungsi 2D, f(x,y), yang merupakan fungsi
intensitas cahaya, dimana nilai x dan y merupakan koordinat spasial dan nilai
fungsi di setiap titik (x,y) merupakan tingkat keabuan citra pada titik tersebut.
Citra digital dinyatakan dengan sebuah matriks dimana baris dan kolomnya
menyatakan suatu titik pada citra tersebut dan elemen matriksnya (yang disebut
sebagai elemen gambar atau pixel) menyatakan tingkat keabuan pada titik
tersebut. Matriks dari citra digital berukuran NxM (tinggi x lebar) [16], dimana:
N = jumlah baris 0 < y ≤ N – 1
M = jumlah kolom 0 ≤ x ≤ M – 1
L = derajat keabuan 0 ≤ f(x,y) ≤ L – 1
Pixel adalah dasar membangun blok-blok untuk sebuah gambar digital.
Sebuah pixel dapat dikatakan warna atau nilai-nilai kecerahan menempati wilayah
spesifik pada sebuah gambar. Kamu dapat berpikiran tentang sebuah gambar
sebgai sebuah big grid, dengan tiap kotak pada tiap grid yang mengandung satu
warna atau pixel. Grid ini terkadang disebut sebagai sebuah bitmap. Sebuah
gambar dengan resolusi 1024 x 768 merupakan sebuah grid dengan 1024 kolom
dan 768 baris, yang mengandung 1024*768 = 786,432 pixel. Ketahuilah
bagaimana banyak pixel yang berada pada sebuah gambar tidak dapat
menjelasakan kepada kita gambaran dimensi fisk dari gambar tersebut, meskipun
begitu sebuah pixel bukan patokan unit dari ukurannya. Hal tersebut mengatakan,
1 pixel tidak sama dengan 1 milimeter, 1 micrometer, atau 1 nanometer.
Meskipun, betapa besar sebuah pixel akan bergantung pada pixel per inchi (ppi)
yang menmpengaruhi ukuran file dari gambar tersebut. Gambar 2.15
menunjukkan pixel dan koordinat pada sebuah gambar. Dimana indeks baris (x)
dan indeks kolom (y) menyatakan suatu koordinat titik pada gambar tersebut,
sedangkan f(x,y) merupakan intensitas (derajat keabuan) pada titik (x,y) [15].
Gambar 2.15 Pixel dan Koordinat pada sebuah gambar.
Tiap pixel dipresentasikan oleh sebuah angka atau sebuah jumlah angka
dan cakupan rentang dari tiap angka-angka ini disebut color depth atau bit depth.
Dengan kata lain, color depth tersebut diindikasikan sebagai nilai maximum dari
potensial warna yang akan digunakan pada sebuah gambar. Senilai 8-bit color
depth mengunakan nilai angka antara 0-233 (atau 8-bit adalah 1 byte) untuk tiap
warna kanal pada sebuah pixel. Ini berarti 1024 x 78 gambar dengan sebuah kanal
tunggal (hitam dan putih) 8-bit color depth akan menciptakan sebuah gambar
dengan ukuran 768 kB. Banyak gambar dewasa ini menggunakan 24-bit color
maupu lebih tinggi lagi, hal ini diikutkan dengan 3 nilai 0-255 setiap kanalnya.
Hal ini akan meningkatkan ukuran dari data pada warna tersebut yang mana tiap
pixel mengartikan 1024 x 768 gambar yang akan berukuran 2.25 MB. Sebagai
hasil dari substantial memory yang diperlukan, banyak gambar file format tidak
menyimpan pixel-by-pixel informasi warnanya. File gambar seperti GIF, PNG,
dan JPEG menggunakan perbedaan forms of compression guna menefisienkan
gambar yang dipresentasikan.
Banyak pixel datang dari 2 jenis, yaitu : grayscale dan berwarna. Pada
sebuah gambar grayscale, tiap pixel hanya memiliki sebuah nilai tunggal yang
direpresentasikan dengan nilai kecerahan, dengan 0 sebagai hitam dan 255 sebgai
putih. Banyak pixel berwarna mamiliki 3 nilai yang dipresentasikan menjadi
merah, hijau, dan biru (RGB). Banyak jenis file gambar dengan format lain tetapi
merepresentasikan hal yang sama, tetapi RGB merupakan format yang lebih
popular. Ketiga warna tersebut merepresentasikan oleh 1 byte, atau senilai 0
sampai 255, yang mengindikasikan ukuran dari setiap warna yang terkandung.
Hal inilah yang umumnya mengkombinasikan kedalam sebuah RGB triplet pada
sebuah format (merah, hijau, biru). Sebagai contoh (125, 0, 125) mengartikan
bahwa pixel tesebut memiliki beberapa warna merah, tanpa hijaum dan beberapa
biru, yang merepresentasikan sebuah warna shade of purple. Beberapa contoh
dasar dari warna tersebut adalah [15]:
1. Red : (255, 0, 0)
2. Green : (0, 255, 0)
3. Blue : (0, 0, 255)
4. Yellow : (255,255,0)
5. Brown : (165, 42, 42)
6. Orange : (255, 165, 0)
7. Black : (0, 0, 0)
8. White : (255, 255, 255)