Volume 2, Nomor 1, September 2020 e-ISSN 2685-998X DOI 10.30865/json.v2i1.2156

## Penerapan Metode Iteratif Lanczos–Hybrid Regularization Pada Restorasi Citra Digital Hasil Scan

## Sumarni
Program Studi Teknik Informatika, Universitas Budi Darma, Medan, Indonesia Email: anisumarni409@gmail.com
Submitted: 20/05/2020 ; Accepted: 27/09/2020 ; Published: 30/09/2020
Abstrak –Pengelolaan citra digital secara umum menunjuk pada pemrosesan gambar dua dimensi menggunakan komputer dalam konteks lebih luas.  Restorasi citra adalah pemugaraan citra dengan penghilangan atau pengurangan degradasi pada citra yang terjadi karena proses akuisisi citra. Citra hasil scan adalah proses pemindahan gambar (citra) menggunakan scanner yang seringkali  mengalami  penurunan  kualitas  citra  (terdegradasi).  Hal  ini  menyebabkan  hasil  yang  tidak  akurat  dalam  proses pengolahan citra digital seperti blur/ kabur, bintik-bintik, dual image, over saturated color, dan pixel error. Yang disebabkan dari faktor luar (derau). Metode Iteratif lanczos- Hybrid Reqularization adalah salah satu pilihan metode yang efektif dalam menyelesaikan permasalahan blur atau noise yang menyebabkan kualitas citra  menjadi turun atau tidak sesuai dengan citra aslinya. Pada proses restorasi citra digital hasil scan yang mengalami degradasi dapat dimaksimalkan dengan baik dari citra aslinya, dalam penelitian ini metode Iteratif lanczos- Hybrid Reqularization restorasi citra yang digunakan dapat memberikan hasil yang lebih optimal dengan waktu yang lebih efektif dan efesien.
Kata Kunci: Restorasi,  Iteratif Lanczos Bidiagonalization, Citra Hasil Scan.
Abstract– Digital image management generally refers to processing two-dimensional images using a computer in a broader context. Image restoration is image pemamangan by eliminating or reducing degradation of the image that occurs due to the process  of  image  acquisition.  The  scanned  image  is  the  process  of  moving  images  (images)  using  a  scanner  which  often experiences a decrease in image quality (degraded). This results in inaccurate results in digital image processing such as blur / blur, spots, dual images, over saturated colors, and pixel errors. Caused by external factors (noise). Iterative lanczos-Hybrid Reqularization method is one of the choices of effective methods in solving the blur or noise problem that causes the image quality to decrease or not match the original image. In the process of digital image restoration scan results that have degraded can be maximized well from the original image, in this study the Iterative lanczos-Hybrid Reqularization method of image restoration used can provide more optimal results with more effective and efficient time.
Keywords: Restoration, Iterative Lanczos Bidiagonalization, Image Scan Results.

## 1. PENDAHULUAN
Citra  digital  saat  ini  menjadi  hal  yang  sangat  berperan  dalam  akses  berbagai  bidang  kehidupan  sehingga  citra digital ini semakin banyak dan dalam proses pengiriman citra digital baik itu melalui satelit maupun melalui kabel akan  mengalami  interferensi  atau  gangguan  dari  luar  yaitu  masuknya  berbagai  macam  bentuk  noise  pada  citra digital yang dikirim, baik berupa additive noise, blur maupun yang lainnya, sehingga menyebabkan kualitas citra yang diterima menjadi turun atau tidak sesuai dengan citra aslinya.
Pengelolaan  citra  digital  secara  umum  menunjuk  pada  pemrosesan  gambar  dua  dimensi  menggunakan komputer dalam konteks lebih luas pengelolaan citra digital merupakan sebuah larik (array) yang berisi nilai-nilai real  maupun  komplek  yang  direpresentasikan  dengan  deretan  bit  tertentu.  Perbaikan  kualitas  citra  merupakan proses penajaman fitur tertentu dari suatu citra baik wilayah maupun maupun kontras. Perbaikan citra dilakukan tentunya untuk menghasilkan citra yang lebih bagus dari sebelumnya. Restorasi  citra merupakan sebuah proses untuk  memperbaiki  atau  merekonstruksi  citra  yang  sebelumnya  terdegradasi  sehingga  dapat  menyerupai  citra aslinya[1].  Restorasi  citra  berkaitan  dengan  penghilangan  atau  pengurangan  degradasi  pada  citra  yang  terjadi karena proses akuisisi citra.
Citra digital hasil scanner adalah proses pemindahan gambar (citra) menggunakan scanner yang seringkali mengalami  penurunan  kualitas  citra  (terdegradasi)  Hal  ini  menyebabkan  hasil  yang  tidak  akurat  dalam  proses pengolahan citra digital seperti blur/ kabur, bintik-bintik, dual image, over saturated color, dan pixel error. Yang disebabkan  dari  faktor  luar  (derau)  dari  citra  yang  kabur  dapat  disebabkan  oleh  berbagai  sebab,  misalnya pergerakan selama pengambilan gambar oleh alat optik pada scanner, penggunaan alat optic pada scanner yang tidak  fokus,  pengguanaan  lensa  pada  scanner  dengan  sudut  yang  lebar,  gangguan  atmosfir,  pencahayaan  yang singkat sehingga mengurangi jumlah citra yang ditangkap oleh alat optik pada scanner, dan sebagainya. Dengan demikian  proses  peningkatan  citra  juga  harus  menggunakan  teknik-teknik  pengolahan  citra  digital  dengan merestorasi citra. Maka diperlukan proses peningkatan kualitas citra yang bertujuan untuk menghasilkan citra yang lebih baik dibandingkan dengan citra sebelumnya.
Ada  beberapa  teknik  lain  yang  yang  dikenal  dalam  perbaikan  citra  untuk  mengurangi  noise  diantaranya dengan image restoration, dimana pada teknik ini dicari terlebih dahulu penyebab kerusakan citra setelah itu baru mengaplikasikan  teknik  –  teknik  yang  ada  untuk  memperbaikinya.  Sehingga  teknik  restorasi  berorientasi  pada pemodelan degradasi dan melakukan proses kebalikan dari degradasi dalam memperbaiki citra aslinya. Beberapa contoh kerusakan yang bisa di restorasi seperti: blur/ kabur ,bintik-bintik, dual image, over saturated color, dan pixel error.
Volume 2, Nomor 1, September 2020 e-ISSN 2685-998X DOI 10.30865/json.v2i1.2156
Metode  Iteratif  lanczos-  Hybrid  Reqularization  adalah  salah  satu  pilihan  metode  yang  efektif  dalam menyelesaikan permasalahan blur atau noise yang menyebabkan kualitas citra  menjadi  turun atau tidak sesuai dengan citra aslinya. Pada perhitungan matematis, metode iteratif akan menyelesaikan system persamaan linear dengan  cara  mencari  nilai  aproksimasi  dari  solusi  secara  berulang-ulang  dan  dimulai  dari  tebakan awal  (initial guess)[2].  Dalam  menerapkan  algoritma  Iteratif  Lanczos  Hybrid  Reqularization  merupakan  representase permasalahan  restorasi  citra  akan  dapat  dengan  mudah  diselesaikan  dengan  metode  ini.  Blur  atau  noise  yang lainnya menyebabkan kualitas citra  menjadi turun atau tidak sesuai dengan citra aslinya. Restorasi citra adalah proses merentruksi atau mendapatkan kembali citra asli dari sebuah citra yang cacat atau terdegradasi agar dapat menyerupai citra aslinya[3].
.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Citra Digital
Citra digital merupakan sebuah larik (array) yang berisi nilai-nilai real maupun komplek yang direpresentasikan dengan deretan bit tertentu. Suatu citra dapat didefinisikan sebagai fungsi f (x,y) berukuran M baris dan N kolom, dengan x dan y koordinat spasial, dan intensitas f di titik koordinat (x,y) dinamakan intensitas atau tingkat keabuan dari citra pada titik tersebut. Sebuah citra dapat didefenisikan sabagai fungsi dua dimensi [4].

## 2.2. Scanner
Scanner adalah sebuah alat untuk memindai sesuatu. Crowther (1995: 1047) mendefinisikan Scanner adalah “a device that passes electronic waves through something in order to produce a picture of what is inside it”. Scanner adalah sebuah alat yang melewat-kan gelombang elektronik melalui sesuatu untuk menghasilkan gambar tentang apa yang ada di dalamnya. [5]

## 2.3. Restorasi Citra
Restorasi  citra  adalah  proses  merekonstruksi  atau  mendapatkan  kembali  citra  asli  dari  sebuah  citra  yang cacat/terdegradasi agar dapat menyerupai citra aslinya. Restorasi citra berbeda dengan peningkatan kualitas citra (image enhancement) meskipun keduanya sama-sama bertujuan untuk memerbaiki kualiats citra [1].
Image  enhancement  lebih  banyak  berhubungan  dengan  penajaman  dari  fitur  tertentu  dalam  citra,  sedangkan restorasi  citra memanfaatkan pengetahuan tentang proses terjadinya degradasi  untuk  memperoleh kembali  citra asal. Restorasi merupakan peningkatan citra agar lebih baik dari sudut pandang pengelolahnya. Hal ini dilakukan misalnya melalui perubahan kontras pada kecerahan, restorasi citra proses membuat citra yang kualitasnya turun akibat adanya tmbahan dearu agar menjadi mirip dengan keadaan aslinya.

## 2.4. Histogram
Histogram  adalah  grafik  yang  menunjukkan  frekuensi  kemunculan  setiap  nilai  gradasi  warna.  Misalkan  citra digital memiliki L derajat keabuan,yaitu dari nilai 0 sampai L – 1 (misalnya pada citra dengan kuantisasi derajat keabuan  8-bit,  nilai  derajat  keabuan  dari  0  sampai  255).    Histogram  citra  menunjukkan  banyak  hal  tentang kecerahan (brightness) dan kontas (contrast) dari sebuah gambar.

## 2.5 Metode Iteratif Lanczos – Hybrid Regularization
Metode  Iteratif    lanczos-  Hybrid  Reqularization  menjadi  salah  satu  pilihan  metode  yang  efektif  dalam menyelesaikan  permasalahan  ill-posed  dalam  skala  besar.    Metode  tersebut  adalah  dapat  memproyeksikan permasalahan ill-posed berskala besar pada sub ruang dengan dimensi yang lebih kecil. Kemudian permasalahan ill-posed  dari  hasil  proyeksi  tersebut  bisa  diselesaikan  dengan  mudah   melalui  teknik regularisasi  biasa  karena skala  permasalahannya  menjadi  lebih  kecil.  Pada  perhitungan  matematis,  metode  iteratif  akan  menyelesaikan sistem persamaan linear dengan cara mencari nilai aproksimasi dari solusi secara berulang-ulang dan dimulai dari tebakan awal (initial guess).[2]
Teknik  restorasi  citra menggunakan metode Iteratif  Lanczos  Hybrid  Regularization. Permasalahan utama yang  sering  muncul  pada  restorasi  citra  adalah  proses  rekonstruksi  citra  awal  yang  telah  didegedrasi  dan terkontaminasi oleh blur serta additive noise.Yang dimaksud dari citra yang terdegradasi tersebut yaitu citra yang telah terkontaminasi oleh blur dan noise. Proses degradasi dari citra tersebut dapat direpresentasikan melalui model dengan mencari nilai δi yang merupakan akumulasi dari selisih nilai pixel ke- i dengan nilai pixel lainnya dalam window , yang dihitung dengan rumus :
𝛿 𝑖 ∑ ∆(𝑥 𝑖 , 𝑥 𝑖 ) 𝑛 𝑗=1 (1)
Di mana: 𝛿 𝑖 = akumulasi selisih nilai pixel ke- i xi = nilai pixel i ; (1 ≤ i ≤ n )
Volume 2, Nomor 1, September 2020 e-ISSN 2685-998X DOI 10.30865/json.v2i1.2156
xj = nilai pixel j ; (1 ≤ j ≤ n ) n = jumlah pixel dalam window Δ (xi , xi ) = aturan pengukuran selisih xi dan xj Untuk aturan pengukuran selisih (Δ( xi , xj )) digunakan City Block Distance , dengan rumus:
Δ( 𝑥𝑖𝑥𝑗 ) = | 𝑥𝑖 − 𝑥𝑗 | (2)
xi = nilai pixel i xj
= nilai pixel j

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Perbaikan kualitas citra merupakan suatu proses yang dilakukan untuk membuat citra yang kualitasnya turun akibat adanya gangguan degradasi seperti noise, over saturated color, blur bintik-bintik noise pada gambar diperbaiki agar dapat menghaluskan citra digital hasil scan menjadi lebih baik dari citra aslinya . Dari analisis tersebut penulis mencoba mencari suatu solusi yang menarik minat mahasiswa. Hal ini bertujuan untuk memudahkan mahasiswa untuk  memperbaiki kualitas citra. Proses  restorasi citra dalam penelitian ini terdiri dengan proses input  gambar dan membaca PSF ( Point Spread Function ) dengan menerapkan metode iteratif pada citra digital hasil scan yang dilakukan menggunakan tools matlab.
Sebelum  mengolah  citra  digital  serta  menerapkan  algoritma  pada  restorasi  citra  sebagai  media pengolahannya, maka harus dilakukan analisa terhadap intensitas koordinat citra Pada format JPG dengan ukuran 2480 x 3508 pixel dan perkecil menjadi 3 x 3 untuk proses analisa. Hal ini dilakukan untuk mengetahui apakah algortima pada penerapan restorasi  citra digital hasil scan dengan metode iteratif lanczos hybrid  regularization dapat diterapakan dan mendapatkan hasil yang maksimal mengurangi degradasi yang ada pada citra hasil scan. Maka penulis menggunakan tools matlab sabagai media penerapan algoritma yang digunakan.
Citra yang digunakan adalah citra Grayscle yang terdegredasi oleh , noise, over saturated color, blur dan bintik-bintik . Citra yang digunakan memiliki ukuran 2480 x 3508 pixel dan perkecil menjadi 3 x 3 untuk proses analisa, kemudian dikonversi kedalam bentuk matriks 3 x 3 = 9, contoh citra yang digunakan dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Citra input merupakan citra yang memiliki intensitas warna berkisar antara 0 sebagai nilai minimum sampai 255 yang merupakan nilai maksimum. Citra input yang memiliki ukuran 3 x 3 pixel kemudian dikonversi  ke  dalam  bentuk  matriks  3  x  3  =  9,  untuk  masing-masing  citra.  Berikut  ini  nilai  dari  citra grayscle dengan image size 3 x 3 pixel yang  dikonversi kedalam bentuk matriks sebagai berikut:
Gambar 1. Citra Hasil Scan ani 2480 x 3508 di Transformasi Menjadi 3 x 3.
Metode Iteratif    lanczos-  Hybrid  Reqularization menjadi  salah  satu  pilihan  metode  yang  efektif  dalam menyelesaikan  permasalahan ill-posed dalam  skala  besar.    Metode  tersebut  adalah  dapat  memproyeksikan permasalahan ill-posed berskala besar pada sub ruang dengan dimensi yang lebih kecil. Kemudian permasalahan ill-posed dari  hasil  proyeksi  tersebut  bisa  diselesaikan  dengan  mudah   melalui  teknik regularisasi  biasa  karena skala  permasalahannya  menjadi  lebih  kecil.  Pada  perhitungan  matematis,  metode  iteratif  akan  menyelesaikan sistem persamaan linear dengan cara mencari nilai aproksimasi dari solusi secara berulang-ulang dan dimulai dari tebakan awal (initial guess). Dalam  menerapkan  algoritma Iteratif  Lanczos  Hybrid  Reqularization merupakan  representase permasalahan  restorasi  citra  akan  dapat  dengan  mudah  diselesaikan  dengan  metode  ini .  Blur atau noise yang lainnya menyebabkan kualitas citra  menjadi turun atau tidak sesuai dengan citra aslinya. Restorasi citra adalah proses merentruksi atau mendapatkan kembali citra asli dari sebuah citra yang cacat atau terdegradasi agar dapat menyerupai citra aslinya.[2]
Pada bab ini penulis akan melakukan analisa tentang tahapan-tahapan pada  sub bab ini hanya perhitungan untuk satu kali proses yaitu hanya digeser 1 pixel ke kanan hingga mencapai lebar citra, kemudian digeser 1 pixel ke bawah hingga mencapai tinggi dari citra. Pengambilan 9 buah pixel ini dikarenakan ukuran kernel filter yang akan digunakan adalah berukuran 3 x 3, dengan kernel 3 x 3 sehingga pixel yang diproses berjumlah 9 buah kernel .
Volume 2, Nomor 1, September 2020 e-ISSN 2685-998X DOI 10.30865/json.v2i1.2156
Tabel 1. Nilai Intensitas Piksel 70 67 64 68 69 69 66 70 72
Tabel di atas adalah nilai intensitas pixel yang mengandung noise, maka dari itu akan dilakukan proses reduksi noise  dengan  menggunakan  metode Iteratif  Lanczos  Hybird  Regularization . Sehingga  proses  perhitungan akumulasi selisih antar vektor tiap pixel adalah sebagai berikut :
1. Tempatkan kernel pada sudut tengah, lalu hitung nilai pixel pada posisi (0,0) dari kernel.
Tabel 2. Nilai Intensitas Piksel kernel 1 70 67 64 68 69 69 66 70 72 Hasil image restorasi 𝛿 1  = |x1 - x2| + |x1 - x3| + |x1 - x4| + |x1 - x5| + |x1 – x6| + |x1 – x7| + |x1 – x8| +|x1 – x9|
= | 69 – 70| +| 69 – 67| +| 69 – 64| +| 69 – 68| +| 69 – 69| + | 69 – 66| +| 69 – 70| +| 69 – 72| = 1 + 2  +5 + 1  + 0 + 3 + 1 + 3 = 16
Tabel 3. Piksel citra pada tahap proses I restorasi
16
2. Tempatkan kernel pada sudut kiri atas, lalu hitung nilai pixel pada posisi (0,0) dari kernel.
Tabel 4. Nilai Intensitas Piksel kernel 1 70 67 64 68 69 69 66 70 72 Hasil image restorasi 𝛿 1  = |x1 - x2| + |x1 - x3| + |x1 - x4| + |x1 - x5| + |x1 – x6| + |x1 – x7| + |x1 – x8| +|x1 – x9|
= |64 – 70| +| 64 – 67| +| 64 – 64| +| 64 – 68| +| 64 – 69| + | 64 – 68| +| 64 – 70| +| 64 – 72| = 6 + 3  + 0 + 4  + 5 + 4 + 6 + 8 = 36
Tabel 4. Piksel citra pada tahap proses I restorasi
36
Lakukan hal yangsama sampai keseluruhan nilai diproses Dan hingga hasil akhir citra 3 x 3 Iteratif Lanczos Hybird Regularization sebelum dan sesudah proses restorasi tampak pada Tabel. 5 dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Tabel 5. Nilai Intensitas Sesudah restorasi 16 18 36 16 16 16 22 17 30
Volume 2, Nomor 1, September 2020 e-ISSN 2685-998X DOI 10.30865/json.v2i1.2156
Adapun hasil restorasi menghasilkan nilai MSE sebesar 11311,111 dan PSNR 1,97013486. Hasil perhitungan nilai MSE dan PSNR dari proses restorasi  citra yang terdegradasi  noise, over saturated color, blur, dan bintik-bintik yang digunakan

## 4. KESIMPULAN
Setelah tahapan analisis dan penerapan metode serta pengujian pada implementasi metode Iteratif Lanczos Hybird Regularization untuk merestorasi citra digital hasil scan, maka diperoleh kesimpulan yaitu:
1.  Metode restorasi citra yang baik digunakan untuk menghilangkan derau dan degradasi adalah Iteratif Lanczos Hybird Regularization dengan nilai rata-rata Mean Square Error(MSE) sebesar 11311,111 dan Peak Signal to Noise Ratio(PSNR) sebesar 1,97013486 dB.
2.  Alur kerja metode Iteratif Lanczos Hybird Regularization merestorasi  citra dengan cara menggantikan nilai intensitas pixel awal  dengan pixel yang memiliki nilai  akumulasi  selisih  terkecil yang berada dalam kernel, dalam merestorasi citra dengan nilai window size yang berpengaruh pada kualitas citra yang dihasilkan.
3.  Tampilan  titik  histogram  dari  restorasi  citra  digital  telah  selesai  diterapkan  dan  dapat  dijadikan  interpretasi citra digital sebagai hasil untuk memperbaiki kualitas citra digital hasil scan.

## REFERENCES
[1] R. Citra, K. Dengan, and A. L. Dan, “Restorasi citra kabur dengan algoritma,” vol. 2006, no. Snati, 2006.
[2] A. W. M. F. O. R. L. Regularization, “A weighted-gcv method for lanczos-hybrid regularization,” vol. 28, pp. 149–167, 2008.
[3] H.  Effendi  et  al.,  “RESTORASI  CITRA  KABUR  (  BLUR  )  MENGGUNAKAN  ALGORITMA  WIENER,”  no. November 2009, 2017.
[4] D. Putra, “Pengolahan Citra Digital,”Yogyakarta, Andi, 2010.
[5] E. Prasetyo, “Pengolahan Citra Digital dan Aplikasinya Menggunakan Matlab,”Yogyakarta, Andi, 2011.
[6] Away Gunaidi Abdia, “The Shortcut Of Matlab Programming,” Yogyakarta, Informatika, 2014.
[7] T. Sutoyo, “Teori Pengolahan Citra Digital,” Yogyakarta, Andi, 2009.
[8] Komputer Wahana,”Ragam Aplikasi Pengelolaan Image dengan matlab”, Jakarta, Elex Media Komputindo,2013.
[9] D. A. N. Prestasi and B. Siswa, “PENGGUNAAN EFI SCANNER SEBAGAI MEDIA PEMBELAJARAN USING EFI SCANNER AS A TEACHING MEDIUM FOR INCREASING STUDENTS ’ INTEREST , MOTIVATION ,” vol. 3, pp. 192–209.