Tugas 2 Citra Digital

Sampling & Quantization

•          Resolusi spatial (sampling)

–        Menentukan detail citra terkecil yg masih perceivable

•          Resolusi gray-level (quantization)

–        Perubahan visible/noticeable harga graylevel

Resolusi Gray-Level (Quantization)

Ada beberapa hal yang penting didalam pengolahan citra digital, antara lain teknik-teknik pengambilan citra,  model citra digital, sampling dan kua ntitasi, histogram, proses filtering, perbaikan citra sampai pada pengolahan citra digital yang lebih lanjut seperti segmentasi, image clustering dan ekstrasi ciri.Ada perbedaan yang sangat mendasar mengenai citra digital dan citra analog yang terlihat pada gambar dibawah :

Sebuah sinyal mengandung informasi tentang amplitudo, frekuensi dan sudut fasa. Pengolahan sinyal biasanya digunakan untuk mendapatkan informasi dari sebuah sinyal. Mendapatkan informasi dari sebuah sinyal menggunakan perangkat analog adalah rumit dan kurang akurat. Karena itu kita gunakan metode pengolahan yang lebih sederhana, fleksibel dan akurat, yaitu pengolahan sinyal digital (DSP). Untuk pengolah sinyal analog dengan perangkat digital, yang pertama dilakukan adalah mengubah sinyal analog menjadi sederetan angka yang mempunyai keakuratan tertentu. Langkah ini disebut konversi analog ke digital, menggunakan alat yang disebut ADC (Analog to Digital Converter). Supaya sinyal digital ini cukup akurat untuk dikembalikan lagi menjadi sinyal analog maka perlu diperhatikan masalah jumlah sampling yang dipilih oleh ADC dan besarnya angka yang dipakai untuk mewakili tiap sampling. Teori sampling membantu kita untuk menentukan jumlah sampling yang diperlukan untuk menghasilkan kembali sinyal analog berdasarkan frekuensi maksimum pada sinyal analog yang diolah.

Sampling

Proses pencuplikan secara sederhana ditunjukkan oleh gambar 2. Apabila saklar ditutup sebentar kemudian dibuka kembali maka kapasitor C akan terisi muatan yang sama dengan besar sinyal x(t) saat saklar ditutup. Buffer ditambahkan agar muatan kapasitor tetap terjaga saat digunakan oleh proses berikutnya. Perhatikan saklar, apabila saklar ditutup dan dibuka dengan kecepatan tetap sebesar fs maka akan didapatkan titik-titik yang berjarak sama seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.

Kuantisasi

Sinyal digital merupakan sebuah deretan angka (sampling) yang diwakili oleh beberapa digit dengan jumlah tertentu (menentukan keakuratan). Proses melakukan konversi sinyal yang telah dicuplik menjadi sinyal digital yang diwakili oleh sebuah nilai dengan jumlah digit tertentu disebut kuantisasi.

Gambar 4 adalah contoh proses kuantisasi yang menggunakan empat level. Anda dapat melihat pada level 4 terdapat empat buah sinyal yang menempati level yang sama, artinya keempat sinyal tersebut dikelompokkan menjadi level yang sama walaupun tingginya berbeda. Demikian pula pada level 1. Selisih antara nilai kuantisasi dengan sinyal sebenarnya disebut kesalahan kuantisasi (error quantization). Maka eq(n) = xq(n) – x(n) Jarak antara level kuantisasi disebut resolusi. Kuantisasi merupakan proses yang tidak dapat dibalik sehingga menyebabkan distorsi sinyal yang tidak dapat diperbaiki.Pada gambar 4, untuk mengurangi kesalahan kuantisasi, dengan kata lain agar ADC mempunyai ketelitian yang tinggi maka resolusi harus ditingkatkan. Memperbanyak level kuantisasi. Jadi harus berapa level? 8? 10? 12? 24? Bilaanda mendisain sebuah ADC anda juga harus mempertimbangkan faktor harga dan aplikasi yang akan menggunakan.

Pengkode

Proses pengkodean dalam ADC menetapkan bilangan biner tertentu pada tiap level kuantisasi. Bila kita mempunyai level kuantisasi sejumlah L, maka kita membutuhkan bilangan biner paling tidak sejumlah L. Anda membutuhkan digit yang diperlukan sebanyak b-bit sehingga 2b≥L. Untuk gambar 4, terdapat empat level kuantisasi sehingga dibutuhkan 2-bit saja. Jadi kode biner untuk gambar 4 adalah 00, 01, 10, 11.

Teori Sampling

Kecepatan pengambilan sampel (frekuensi sampling) dari sinyal analog yang akan dikonversi haruslah memenuhi kriteria Nyquist yaitu: Fs > 2 Finmax dimana frekuensi sampling (Fs) minimum adalah 2 kali frekuensi sinyal analog yang akan dikonversi (Finmax). Misalnya bila sinyal analog yang akan dikonversi mempunyai frekuensi sebesar 50Hz maka frekuensi sampling minimum dari ADC adalah 100Hz. Atau bila dibalik, bila frekuensi sampling ADC sebesar 100Hz maka sinyal analog yang akan dikonversi harus mempunyai frekuensi maksimum 50Hz. Apabila kriteria Nyquist tidak dipenuhi maka akan timbul efek aliasing yang diilustrasikan oleh gambar 3. Disebut aliasing karena frekuensi tertentu terlihat sebagai frekuensi yang lain (menjadi alias dari frekuensi lain).

Codec merupakan kepanjangan dari coder-decoder. Coder bertugas untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital dan dekoder bertugas untuk mengubah sinyal digital menjadi  sinyal analog kembali. Codec secara sederhana merupakan sebuah ADC-DAC yang dikemas dalam sebuah chip. Pada DSK, pekerjaan codec dilakukan oleh IC TLC320AD50. Gambaran audio codec pada DSK secara sederhana ditunjukkan oleh gambar 4. Sinyal masukan audio maksimum yang diijinkan sebesar 500mV. Pada board DSK terdapat preamplifier dengan penguatan 10dB sebelum memasuki IC codec. IC codec ini mempunyai PGA (Programmable Gain Amplifier) yang dapat diatur secara software. Sinyal masukan audio dapat dikuatkan dari +0dB sampai +12dB dengan step 6dB. Sedangkan sinyal keluaran audio dapat dilemahkan dari +0dB sampai -12dB dengan step 6dB.

Berikut sedikit keterangan tentang bagian-bagian didalam IC codec TLC320AD50. ADC didalam codec menggunakan modulator sigma-delta dengan 64x oversampling. Dengan teknik oversampling ini ADC mempunyai sifat resolusi tinggi dan rendah noise. Decimation filtermenurunkan kecepatan data digital dari ADC pada kecepatan sampling dengan cara diturunkan dengan perbandingan 1:64. Data output dari decimation filter mempunyai lebardata 16-bit dalam format 2’s complementyang dikeluarkan pada kecepatan sampling. Frekuensi cut-off dari filter decimation adalah 0.439 x fsamplingdan terskala secara linier terhadap frekuensi sampling yang digunakan. DAC yang digunakan didalam codec menggunakan modulator sigma-delta dengan 256x oversampling agar DAC mempunyai unjuk kerja dengan resolusi tinggi dan rendah noise. Interpolation filter mencuplik ulang data digital yang diterima pada kecepatan 256 kali dari kecepatan data yang diterima. Data berkecepatan tinggi ini akan digunakan oleh DAC. Frekuensi cut-off dari filter interpolasi adalah 0.439 x fsamplingdan terskala secara linier terhadap frekuensi sampling yang digunakan.

Referensi:

·         Tutorial Code Composer Studio 2.

·         Datasheet TLC320AD50C/I, slas131e, Texas Instruments, 2000

Sampling & Kuantisasi Citra

2-D: Comb Function

Spektrum Sampling

Contoh Spektrum Hasil Sampling

MAKALA PERKRMBANGAN TEKNOLOGI NANO

MAKALA PERKEMBANGAN TEKNOLOGI NANO

Ø  Pengertian

Teknologi nano atau yang sering disebut dengan nanotechnology adalah suatu pembelajaran tentang pengendalian sesuatu dalam skala atom atau molekul. Ukuran nano itu sendiri adalah 1 sampai 100 nm (nanometer). Satu nano meter sama dengan 1/1.000.000 milimeter. Teknologi nano berkaitan dengan penciptaan benda-benda kecil, yang didalamnya tergabung beberapa ilmu, diantaranya adalah kimia, fisika, elektro dan biologi molekuler.

Ø  Sejarah Perkembangan

Richard Feynmen adalah orang yang pertama kali mendiskusikan tentang teknologi nano pada tahun 1959 dalam kuliahnya yang berjudul “Masih Banyak Ruang di Bagian Paling Bawah” di pertemuan tahunan American Physical Society. Namun Norio Taniguchi adalah orang yang dianggap menciptakan istilah nanotechnology dalam konferensinya yang berjudul “Konsep Dasar Teknologi Nano” pada tahun 1974.

Sekarang, perkembangan teknologi nano sangat pesat. Semakin kecil ukurannya semakin besar pula kekuatannya. Namun, tidak semua teknologi nano itu benar-benar nano. Sedangkan di beberapa kasus, teknologi nano tersebut bukan merupakan teknologi melainkan merupakan penelitian dasar terhadap struktur-struktur yang berskala nanometer.

Negara-negara maju kini berlomba-lomba dalam pengembangan teknologi nano. Mereka berpendapat bahwa teknologi nano adalah teknologi masa depan yang bernilai ekonomi tinggi, sehingga patut untuk dikembangkan.

Penerapan Teknologi Nano

1. Penahan cahaya pada jendela

Penahan cahaya pada jendela sering disebut dengan kaca film. Gunanya adalah untuk menahan panas sehingga ruangan di dalam tetap sejuk. Kaca film ini biasanya digunakan pada kaca mobil, gedung maupun rumah. Kaca film jenis biasa tidak dapat menahan sinar infra merah dekat, sehingga ruangan masih terasa panas. Dengan menambahkan sedikit partikel nano Lanthanum Hexaborida (LaB6) di polimer kaca film, efisiensi penyerapan sinar infra merah dekat dapat ditingkatkan sehingga ruangan tidak lagi terasa panas.

2. Terapi Fotodinamik

      Terapi fotodinamik adalah suatu terapi yang menggunakan molekul peka cahaya (photosensitizers, PSs) yang cenderung berkumpul pada sel tumor. Jika diradiasi dengan gelombang tertentu akan membentuk spesies oksigen reaktif yang akan membunuh sel kanker di dekatnya. Namun, PSs tidak dapat langsung dimasukkan ke dalam tubuh. Dibutuhkan suatu pembawa PSs ke sel kanker tanpa efek samping yang mengganggu.

Partikel nano keramiklah yang dapat membawa PSs secara aman dan dapat melindungi PSs dari pengaruh pH ataupun temperatur.

3. Alternatif penyimpan data

Jarum nano yang digagaskan oleh Petter Vettiger dan Gerd Binnig dapat digunakan sebagai alat penyimpan data yang disebut Millipede. Sebuah jarum berukuran nano ditempelkan di penyangga yang dipasang di atas lembaran polimer. Jika penyangga dipanaskan pada suhu tinggi, jarum akan membuat identasi pada polimer. Dengan cara ini, data dapat disimpan, dihapus, dan dibaca ulang dengan cepat dan tahan lama.

Ø  Perkembangan Nanoteknologi dalam Bidang Teknologi Informasi
Peran teknologi nano dalam pengembangan teknologi informasi (IT, information technology), sudah tidak diragukan lagi. Bertambahnya kecepatan komputer dari waktu ke waktu, meningkatnya kapasitas hardisk dan memori, semakin kecil dan bertambahnya fungsi telepon genggam, adalah contoh-contoh kongkrit produk teknologi nano di bidang IT. Dalam tulisan ini akan dipaparkan kontribusi teknologi nano pada pengembangan IT secara garis besar, yang sampai saat ini dapat dibagi menjadi tiga.
Pertama, penambahan kepadatan jumlah divais. Gambaran mudahnya, bila ukuran satu buah transistor bisa dibuat lebih kecil maka kepadatan jumlah transistor pada ukuran chip yang sama secara otomatis akan menjadi lebih besar. Dalam pembuatan LSI (large scale integrated), sedapat mungkin jumlah transistor dalam satu chip bisa diperbanyak.
Sebagai contoh, tahun 2005, INTEL berhasil meluncurkan 70 Megabit SRAM (static random access memory) yang dibuat dengan teknologi nano proses tipe 65 nanometer (nm). Pada produk baru ini, di dalam satuchip berisi lebih dari 500 juta buah transistor, dimana lebih maju dibanding teknologi processor tipe 90 nm yang dalam satu chipnya berisi kurang lebih 200 juta transistor. Diperkirakan ke depannya, sejalan dengan terus majunya teknologi nano, ukuran transistor terus akan mengecil sesuai dengan hukum Moore dan processor tipe 45 nm akan masuk pasar tahun 2007, dan selanjutnya tahun 2009 akan diluncurkan processor 32 nm.

Kedua, memungkinkannya aplikasi efek kuantum. Ukuran material jika mencapai satuan nanometer, maka secara otomatis akan muncul fenomena-fenomena baru dalam fisika kuantum yang tidak dijumpai pada fenomena fisika klasik, yaitu efek kuantum. Fenomena unik ini menjadi perhatian yang besar bagi ilmuan sekarang untuk diaplikasikan dalam teknologi elektronika saat ini.
Penggunaan efek kuantum sendiri dalam divais bermacam-macam. Salah satunya adalah divais elektronika yang menggunakan struktur kecil kuantum dot maupun superlatis. Pada divais dengan struktur superlatis inilah yang diproyeksikan bisa dipakai dalam aplikasi divais dengan kecepatan tinggi. Contoh divais dari jenis ini yang sudah diproduksi adalah HEMT (High Electron Mobility Transistor) yang biasa dipakai pada sistem pemancar satelit.

Ketiga, penambahan fungsi baru pada sistem yang sudah ada. Yang dimaksud adalah bukan sebatas membuat material sama dalam ukuran kecil sehingga kepadatannya semakin besar, tetapi lebih pada titik tekan lahirnya fungsi baru ketika atom atau molekul yang berbeda jenis disusun dalam suatu sistem divais.
Sebagai contoh, pembuatan mata buatan yang mempunyai fungsi menangkap cahaya, kemudian sekaligus mentransfer cahaya tersebut menjadi informasi dan kemudian mengolahnya, itu akan lebih mudah dilakukan dengan peran teknologi nano. Bahkan dengan teknologi nano, diharapkan ke depan intelejensi sensor buatan bisa dibuat dengan sensitifitas mendekati apa yang dimiliki manusia.

Teknologi nano atau nanotechnology sekarang makin pesat perkembangannya. Nanometer sendiri artinya satu per satu miliar meter, sehingga teknologi ini juga berkaitan dengan penciptaan benda-benda kecil. Di dalamnya tergabung ilmu fisika, teknik, biologi molekuler, serta kimia. 

ALBERT Einstein sendiri, sebagai bagian disertasi doktornya, mengalkulasi ukuran sebuah molekul gula dari data eksperimen. Hasilnya tiap molekul berukuran sekitar satu nanometer. Hampir seratus tahun kemudian, nanometer pun telah menjadi agenda banyak peneliti.

Tapi, sebenarnya tidak semua teknologi nano tadi benar-benar nano. Ada yang aslinya menangani struktur ukuran mikron atau satu per satu juta meter, seperseribu, dan yang lebih besar daripada nano lainnya. Teknologi nano pada kebanyakan kasus juga bukan benar-benar teknologi. Tapi, lebih berupa penelitian dasar terhadap aneka struktur dengan dimensi satu sampai ratusan nanometer.

Kerancuan lainnya, sejumlah teknologi nano sudah ada sejak dulu. Contohnya partikel karbon hitam ukuran nano sudah dimanfaatkan sebagai pelekat tambahan ban mobil sejak seratus tahun silam. Vaksin yang kerap terdiri dari satu atau banyak protein berdimensi skala nano juga bisa dimasukkan dalam teknologi tersebut.

Alam telah banyak menciptakan struktur nano. Tapi, definisinya yang lebih ketat mungkin seperti yang disampaikan Mihail C Rocco dari National Science Foundation (NSF) di Amerika Serikat. Menurut Mihail dalam situs Sciam.com, teknologi nano memiliki sejumlah unsur penting; dimensinya antara satu sampai 100 nanometer, didesain melalui proses pengontrolan bahan kimia dan fisika, serta bisa digabungkan membentuk struktur lebih besar.

Dan, teknologi yang sesuai definisi tadi benar-benar ada. Misalnya penggabungan beberapa lapis nonmagnetik, tiap lapis tebalnya kurang dari satu nanometer, dapat menghasilkan sensor untuk disk drive yang lebih sensitif. Sejak diperkenalkan 1975, produk magnetik ini sudah menjadi pendorong tumbuhnya industri penyimpanan data.

Semakin kecilnya ukuran cip elektronik juga menjadi faktor yang menumbuhkan minat dalam teknologi nano. Perusahaan komputer yang mempunyai laboratorium besar, misalnya IBM dan Hewlett-Packard, memasukkan program nano dalam kegiatannya. Saat peralatan elektronik silikon konvensional tidak dipakai lagi, mungkin sepuluh atau 25 tahun mendatang, bisa dipastikan peralatan elektronik teknologi nano akan menggantikannya.

Di luar biologi dan elektronik, partikel nano dipakai untuk meningkatkan mutu produk keseharian. Misalnya perusahaan bernama Nanophase Technologies telah membuat partikel zinc oxide untuk produk tabir matahari (sunscreen), sehingga krim yang biasanya berwarna putih berubah transparan

Ø  Teknologi impian

Pihak pemerintah AS sendiri memiliki agenda tersendiri untuk teknologi nano. Mereka ingin menciptakan bahan ukuran nano yang bisa mengurangi ukuran, berat, dan kebutuhan sumber listrik dari pesawat luar angkasa, membuat proses manufaktur ramah lingkungan, serta membentuk dasar bagi pestisida biodegradable.

Tiap penelitian mempunyai risikonya sendiri. Tapi, teknologi nano memiliki masalahnya sendiri. Keinginan mewujudkannya sebagai kaidah ilmu yang terhormat kerap tercampur dengan asosiasi para futuris yang melihat nano sebagai jalan ke techno-utopia, misalnya dunia industri tanpa polusi, kemakmuran tanpa batas, bahkan keinginan mencapai kehidupan abadi.

Tahun 1986 misalnya muncul buku Engines of Creation karya K Eric Drexler yang cukup populer. Buku ini menggambarkan sejumlah mesin nano yang secara virtual mampu memproduksi segala jenis barang, lalu melenyapkan masalah pemanasan global, menyembuhkan penyakit, serta memperpanjang usia hidup secara dramatis.

Bagi kalangan nonilmuwan, angan-angan Drexler terhadap teknologi nano dipandang sebagai jembatan penghubung dunia ilmiah dan fiksi. Ilmuwan yang selalu ingin mencari solusi pasti juga tertarik terhadap pembicaraan mengenai produk penunda ketuaan ataupun mesin penumbuh makanan.

Secara tidak langsung, karya Drexler mungkin juga bisa benar-benar menarik orang terjun ke dunia ilmiah. Sebagai subgenre buku fiksi ilmiah, karya-karya teknologi Drexler layaknya film Star Trek yang mendorong minat para remaja akan luar angkasa sehingga nantinya berkarier dalam astrofisika atau aeronautika.

Di antara para ahli kimia dan ilmuwan yang sekarang menjadi ahli teknologi nano, prediksi Drexler memiliki daya tarik tersendiri. Soalnya sampai sekarang belum dapat diciptakan mesin-mesin nanoskopik yang misalnya mampu menolong membangkitkan kembali otak yang sudah dibekukan.

Zyvex, sebuah perusahaan yang tertarik dengan teknologi nano ala Drexlerian, sudah mengalami betapa sulitnya menciptakan robot berukuran nanometer. Jadi, perusahaan tersebut sekarang lebih puas menangani elemen mikromekanis yang lebih besar.

Di luar masalah tadi, dunia teknologi nano masih bergelut untuk menyatukan pandangan. Beberapa riset akan tetap berjalan apa pun namanya. IBM misalnya akan tetap membangun produk magnetoresistive tanpa memperhitungkan apakah penelitiannya disebut teknologi nano atau bukan.

Misalnya konsep nano ini bisa disatukan, teknologinya dapat menjadi dasar untuk terjadinya revolusi industri terbaru. Supaya sukses, teknologinya tidak hanya perlu membuang mimpi tentang robot nano pembangkit mayat tapi juga menghilangkan retorika yang berlebihan. Lebih penting lagi, ilmu nano dasar harus bergerak mengidentifikasikan jenis teknologi nano yang patut diwujudkan