Laporan Praktikum Penginderaan Jauh (Acara I: Koreksi Radiometrik)

LAPORAN PRAKTIKUM MATA KULIAH PENGINDERAAN JAUH ACARA I KOREKSI RADIOMETRIK Dosen Pengampu : Purwanto, S.Pd, M.Si Disusun Oleh: Nama : Lia Umi Amaliya Offering/Angkatan : K/ 2017 Tanggal Praktikum : 16 Oktober 2018 Assisten Praktikum : Hetty Rahmawati Sucahyo UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS ILMU SOSIAL JURUSAN GEOGRAFI PROGRAM STUDI PENDIDIKAN GEOGRAFI 2018 ACARA I KOREKSI RADIOMETRIK I. TUJUAN 1. Mahasiswa melakukan koreksi Radiometrik citra Landsat 8 OLI dengan metode Top of Atmospheric. II. ALAT dan BAHAN 1. Alat a. Notebook 2. Bahan a. Citra Landsat OLI b. Software ENVI 4.5 III. DASAR TEORI 3.1 Konsep Penginderaan Jauh Penginderaan jauh atau remote sensing merupakan suatu ilmu atau seni untuk memeroleh data dan informasi dari suatu objek di permukaan Bumi dengan menggunakan alat yang tidak berhubungan langsung dengan objek yang dikajinya (Lillesand dalam Sugandi 2012). Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, penginderaan jauh tidak hanya digunakan dalam lingkup geografi saja. Informasi geografi sangat penting dalam menunjukkan sumberdaya alam dan fenomena spasial, sehingga penggunaan citra sebagai komponen penting dalam penginderaan jauh juga mengalami peningkatan. Data cira penginderaan jauh yang digunakan untuk berbagai keperluan dalam berbagai aspek kehidupan perlu melalui proses awal (pra pengolahan/preprocessing). Proses awal ini sebagai penunjang agar hasil keluaran citra memiliki kualitas yang bagus dikarenakan melalui proses perekaman sensor. Perekaman sensor melakukan pengamatan terhadap kesalahan dan gangguan-gangguan yang terjadi selama proses perekaman. Kesalahan tersebut perlu dikoreksi agar benar-benar dapat mendukung pemanfaatan yang diinginkan sesuai kebutuhan. Hal ini dikarenakan kualitas citra menjadi aspek terpenting pada pengelolaan data penginderaan jauh, dengan memberikan informasi pada hasil suatu citra dalam pemanfaatannya di bidang pemetaan. 3.2. Koreksi Radiometrik Koreksi radiometrik merupakan pengukuran nilai radiasi eletromagnetik pada panjang gelombang tertentu dari sinar ultraviolet, sinar tampak, inframerah hingga radiasi gelombang mikro yang digunakan untuk mendeteksi objek dari pantulan refleksi (Schott dalam Panji 2016). Koreksi radiometrik digunakan untuk mengubah data dari format DN (Digital Number) menjadi radian atau reflektan. Format reflektan terdapat produk luaran citra menghasilkan dua jenis yaitu Top of Atmosphere (ToA) atau reflektan yang tertangkap sensor dan Bottom of Atmosphere (BOA) atau reflektan pada objek yang telah terkoreksi pada atmosfer. Koreksi Top of Atmosphere (TOA) merupakan koreksi yang dilakukan pada citra dengan tujuan untuk menghilangkan distorsi radiometrik yang disebabkan oleh matahari. Waktu perekaman dan lokasi objek yang direkam menyebabkan posisi matahari pada bumi. Penggunaan koreksi TOA dilakukan dengan cara mengubah nilai digital sumber ke reflektansi. Tujuan koreksi TOA untuk menghilangkan kekaburan sehingga data hasil citra yang dihasilkan menjadi lebih tajam dan jelas secara visual. Data yang sudah dikoreksi maka terlepas dari adanya cacat radiometrik dan dapat memberikan kemudahan dalam menginterpretasi dan analisis lebih lanjut, sehingga informasi yang diperoleh jelas dan benar. Kesalahan atau cacat radiometrik merupakan kesalahan yang terjadi karena adanya pergeseran nilai atau derajat keabuan elemen gambar (pixel) pada citra agar hasil yang diperoleh mendekati sebenaranya. Penyebab kesalahan radiometrik disebabkan oleh beberapa hal salah satunya yaitu kesalahan karena pengaruh sudut elevasi matahari. Sudut elevasi matahari memberikan pengaruh dalam perubahan pencahayaan pada permukaan bumi. Hal tersebut disebabkan oleh sifat objek dan kepekaan objek yang memiliki perbedaan dalam menerima cahaya dari luar. Koreksi radiometrik yang disebabkan oleh pengaruh sudut elevasi matahari, sifatnya sangat individual sehingga dalam pengoreksiannya harus berkaitan dengan data pantulan (reflektansi) masing-masing objek. Sudut elevasi matahari akan mempengaruhi irradiasi matahari yang sampai ke objek dan mempengaruhi irradiasi objek yang dipantulkan. Koreksi radiometrik dilakukan dengan tujuan untuk memperbaiki kualitas citra akibat kesalahan pantulan permukaan atau kelengkungan bumi dengan faktor lain, seperti arah sinar matahari, kondisi cuaca, kondisi atmosfer, dan faktor-faktor lainnya, sehingga hasil yang diperoleh lebih akurat. Selain itu, dapat digunakan untuk menganalisis data multit emporal dan multi sensor yang digunakan sebagai interpretasi dan mendeteksi perubahan secara berkelanjutan. Pada umumnya, tujuan koreksi radiometrik yaitu untuk menghilangkan kesalahan-kesalahan radiometrik. Koreksi radiometrik diperlukannya pada data citra dikarenakan berbagai alasan yaitu. 1. Stripping atau banding merupakan fenomena ketidakkonsinstenan perekaman detektor untuk band atau areal perekaman yang sama. Pada umumnya, terjadi pada data citra yang diakibatkan oleh ketidakstabilan detektor. 2. Line dropout terkadang terjadi saat ditektor gagal berfungsi dengan tiba-tiba. Kerusakan pada kasus ini bersifat pada jangka waktu sementara. 3. Efek atmosferik merupakan fenomena yang disebabkan oleh debu, kabut, atau asap. Gangguan ini seringkali menyebabkan efek bias dan pantul pada detektor. Sehingga fenomena di bawahnya tidak dapat terekam secara normal. Kesalahan radiometrik yang perlu dikoreksi salah satu contohnya yaitu saat energi dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan atau dipantulkan ditangkap oleh sensor pada pesawat udara atau pesawat ruang angkasa, maka energi yang ditangkap berbeda dengan energi asalnya. Metode koreksi ToA (Top of Atmosphere) dalam pengelolahannya mengacu pada nilai reflektan dan sudut elevasi matahari yang dapat diketahui melalui metadata citra Landsat 8. Pada proses koreksi, diasumsikan bahwa nilai nol menjadi nilai pixel terendah sesui dengan bit coding sensor. Apabila nilai terendah pixel bukan nol maka perlu nilai penambahan yang dipandang sebagai hamburan atmosfer. Nilai pixel dapat diketahui dengan mengecek melalui statistik citra. Proses koreksi radiometrik dikelompokkan menjadi 3 kelompok utama sebagai berikut. 1. Koreksi radiometrik akibat pengaruh kesalahan faktor internal sensor (koreksi radiometrik sistematik). Pada dasarnya produk standar citra optik resolusi menengah sebelumnya sudah dilalui terlebih dahulu dengan koreksi radiometrik sistematik. Hasil dari koreksi radiometrik sistematik belum sesuai dengan keadaan sebenarnya dikarenakan pada saat radiasi elektromagnetik direkam oleh sensor satelit, radiasi eletromagnetik sudah melewati atas atmosfer bumi sebanyak dua kali, yaitu saat sinar matahari langsung mengenai objek dan pada saat objek merefleksikannya ke sensor. Hal tersebut menyebabkan terjadinya absorpsi dan penghamburan radiasi yang arahnya dapat berubah pada proses ini. Sehingga untuk mengurangi hal tersebut, diperlukan koreksi akibat kesalahan faktor eksternal dan koreksi atmosfer. 2. Koreksi radiometik akibat pengaruh faktor eksternal (reflectance) Koreksi radiometrik akibat pengaruh faktor eksternal (reflectance) merupakan koreksi radiometrik yang disebabkan oleh posisi matahari, sudut perekaman, dan topografi wilayah. 3. Koreksi atmosfer Koreksi atmosfer meliputi koreksi atmosfer atas (Top of Atmosphere), BRDF (Bidirectional Reflectance Difference Function), dan Slope Corrrection. Pada umumnya, hasil dari korekasi radiometrik ini berupa nilai reflektansi objek yang merupakan rasio dan radian terhadap irradiant. Biasanya gangguan atmosfer ini dapat berupa serapan, hamburan, dan pantulan yang menyebabkan nilai pixel pada citra tidak sesuai dengan objek sebenarnya. Terdapat istilah yang sering digunakan dalam melakukan koreksi radiometrik dengan metode ToA yaitu radiance dan reflectance. Radiance merupakan nilai radian spektral yang didefinisikan sebagai fluks radian per unit pada sudut tertentu yang diradiasikan oleh suatu objek ke arah tertentu (Reeves dalam Fawzi 2014). Sedangkan nilai reflectance merupakan rasio energi yang dipantulkan dengan total energi yang mengenai suatu permukaan per unit area (Reeves dalam Fauzi, 2014). IV. LANGKAH KERJA 1. Buka File => Open Image File => Buka citra Landsat OLI (band 1-7) 2. Hasil memasukkan data citra Landsat OLI (band 1-7) 3. Lakukan kalibrasi radiometrik, klik Basic Tools => Band Math 4. Masukkan rumus ToA reflectance yaitu dengan rumus (reflection mult band*b1 + (reflection add band)) misal: band 1 (2.000E-05*b1+(-0.100000) => Add to List => Klik pada band 1 kemudian simpan => Pilih choose untuk membuat file baru dengan nama ToA 1 5. Lakukan koreksi sudut matahari. misal: band 1 (b1 sin (sun elevation))). “cari terlebih dahulu nilai sin (sun elevation) kemudian (b1/0,77003645084856986996426853300597) masukkan rumus sehingga Klik pada ToA 1 kemudian, simpan => Pilih Choose untuk membuat file baru dengan nama SUN 1 6. Lakukan langkah 3-5 untuk band 1-7. 7. Kompositkan (jadikan satu file) hasil ToA Reflectance with solar angel corrections. Klik File => Save File As => pilih ENVI Standard, setelah itu muncul kotak dialog baru klik => Import File => Pilih data 1-7 yang telah diolah menjadi ToA Reflectance with solar angel corrections => Klik Ok => Simpan pada direktori penyimpanan. 8. Lakukan perbandingan statistik antara sebelum koreksi, kalibrasi radiometrik, dan koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari. Klik Basic Tools => Statistics => Compuoter Statistics => Pilih kalibrasi radiometrik => muncul Computer Statistics Parameters => Klik Histogram 9. Ikuti langkah 8 untuk mengetahui perbandingan sebelum koreksi dan koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari. 10. Hasil perbandingan statistik antara sebelum koreksi, kalibrasi radiometrik, dan koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari. V. PEMBAHASAN Berdasarkan hasil yang diperoleh dari gabungan pemrosesan data citra dari band 1-7 yang terdiri dari koreksi radiometrik ToA, koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari, dan sebelum dikoreksi. Diperoleh bahwa band 1 sebelum dikoreksi memiliki nilai min 0 dan max 44316, setelah proses koreksi radiometrik ToA nilai min -0,10000 dan max 0,7686320, serta koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari nilai min 0,129864 dan max 1,021146. Band 2 sebelum dikoreksi memiliki nilai min 0 dan max 46837, setelah proses koreksi radiometrik ToA nilai min -0,10000 dan max 0,827640, serta koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari nilai min -0,129864 dan max 1,086624. Data band 3 sebelum dikoreksi memiliki nilai min 0 dan max 48451, setelah proses koreksi radiometrik ToA nilai min - 0,10000 dan max 0,869020, serta koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari nilai min -0,129864 dan max 1,128544. Selanjutnya, data band 4 sebelum dikoreksi memiliki nilai min 0 dan max 51695, setelah proses koreksi radiometrik ToA nilai min -0,10000 dan max 0,933900, serta koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari nilai min -0,129864 dan max 1,212800. Band 5 sebelum dikoreksi memiliki nilai min 0 dan max 461476, setelah proses koreksi radiometrik ToA nilai min -0,10000 dan max 1,129520, serta koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari nilai min -0,129864 dan max 1,1466840. Band 6 sebelum dikoreksi memiliki nilai min 0 dan max 65535, setelah proses koreksi radiometrik ToA nilai min -0,10000 dan max 1,210700 serta koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari nilai min -0,129864 dan max 1,572263. Dan data band 7 sebelum dikoreksi memiliki nilai min 0 dan max 65355, setelah proses koreksi radiometrik ToA nilai min -0,10000 dan max 1,210700, serta koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari nilai min -0,129864 dan max 1,572263. Berdasarkan data hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa nilai koreksi radiometrik ToA minimum secara keseluruhan sama dengan nilai reflectance minimum dari metadata. Hal ini bahwa data benar dan sesuai dikarenakan reflectance merupakan nilai raiso total energi yaitu dari band 1-7. Dari data tersebut juga dapat terlihat perubahan yang signifikan dalam setiap proses antara ToA dan data sebelum dikoreksi. Dimana contoh pada band 1 dari nilai minimum awal 0 menjadi - 0,10000 sehingga dapat disimpulkan bahwa, ToA memperkecil kemungkinan kesalahan yang terjadi pada perekaman citra tersebut. Pada umumnya kesalahan berasal dari ketidakstabilan detektor pada saat dilakukan perekaman dan terhalangnya objek pada saat perekaman dikarenakan kabut, asap, ataupun debu sehingga tidak dapat terekam secara normal. Sehingga dengan hilangnya kesalahan maka hasil data citra memiliki ketajaman citra dan kejelasan visual. Hal tersebut memberikan kemudahan dalam proses menginterpretasi. Sementara untuk koreksi radiometrik setelah koreksi sudut matahari, bahwa nilai data koreksi sama dengan nilai reflection maximum dari metadata. Hal ini tidak berkaitan karena reflection sebagai total dari nilai data, tetapi nilai data sun elevation berdasarkan data TOA yang diambil dan disesuaikan yaitu bagian maximum. Berdasarkan grafik yang disajikan, bahwa terdapat perubahan yang signifikan antara koreksi radiometrik sudut matahari dengan nilai data sebelum dikoreksi, dimana dari band 1 nilai maximum sebelum dikoreksi yaitu 44316 kemudian berubah setelah dikoreksi radiometrik sudut matahari menjadi 1,021146 maka hasil tersebut sudah benar dan sesuai karena terjadinya kesalahan mengalami pengurangan. Koreksi radiometrik sudut matahari berkaitan dengan penyinaran matahari yang akan berpengaruh terhadap kejelasan data hasil citra yang diperoleh. VI. HASIL PRAKTIKUM 1. Gabungan statistik sebelum dikoreksi, setelah dikoreksi ToA, dan sesudah koreksi sudut matahari/sun elevation. VII. KESIMPULAN Bahwa dalam mengolah sebuah citra menjadi sebuah data diperlukan proses pengoreksian terlebih dahulu agar data yang diperoleh lebih valid dan sesuai dengan keadaan sebenarnya. Salah satu cara pengoreksian yaitu dengan koreksi radiometrik dengan metode Top of Atmosphere (ToA). Metode tersebut memberikan informasi besarnya gangguan yang diperoleh dari data citra tersebut serta untuk mengurangi kesalahan dari data citra asli. Gangguan yang diperoleh biasanya bersal dari asap, debu, ataupun kabut. Semakin berkurangnya kesalahan atau gangguan maka semakin jelas hasil data yang diperoleh. Hal tersebut berlaku juga terhadap koreksi radiometrik sudut matahari atau sun elevation, bahwa koreksi dilakukan untuk mengetahui sudut penyinaran matahari pada hasil data citra yang juga akan berpengaruh terhadap kejelasan data citra yang diperoleh. Oleh karena itu, koreksi ToA dan sun elevation diperlukan untuk membantu dalam membantu mempertajam dan memperjelas visual data citra yang diperoleh, sehingga dapat memudahkan dalam proses penginterpretasian. VIII. LAMPIRAN Gabungan statistik sebelum dikoreksi, setelah dikoreksi ToA, dan sesudah koreksi sudut matahari/sun elevation. IX. DAFTAR PUSAKA Marasabessy, Faisal Achmad. 2016. Pengolahan Citra Digital Koreksi Radiometrik Citra. Institut Tekonologi Nasional: Bandung. Sugendi, Dedi. 2012. Dasar-Dasar Penginderaan Jauh. Univeristas Pendidikan Indonesia: Bandung. Fawsi, Nurul Ihsan. 2014. Koreksi Radiometrik Landsat 8. Universitas Gadjah Mada: Yogyakarta.