BIOLOGI: Fotoreseptor

Mata adalah sistem pencitra yang dimiliki oleh manusia. Cahaya yang di pantulkan (atau dipancarkan) oleh sebuah benda ditangkap oleh mata melalui suatu sistem biokamera dengan satu lensa. Di belakang lensa mata akan terjadi bayangan terbalik karena sifat optik dari lensa. Selanjutnya bayangan ini diubah menjadi sinyal-sinyal biolistrik oleh retina untuk disampaikan ke otak. Akhirnya orang mendapatkan kesan melihat benda tersebut setelah otak menangkap dan mengolah sinyal-sinyal tersebut.

Fotoreseptor yang terdapat di retina mats terdiri dari sel batang dan sel kerucut. Sel batang mengandung bahan kimia fotosensitif yang disebut Rhodopsin sedangkan sel kerucut mengandung satu dari beberapa fotopigmen (Photopsin), yang terjrai apabila terkena cahaya. Dalam keadaan gelap rhodopsin di sel batang tidak aktif. Bila ada cahaya maka akan terjadi dekomposisi dari rhodopsin untuk menjadi vitamin A. Pengaktifan rhodopsin akan mengakibatkan fototransduksi yang mencetuskan pembentukan serangkaian zat antara, salah satunya Metarhodopsin II yang merupakan senyawa kunci untuk memulai penutupan saluran Na+. Hal tersebut menyebabkan hiperpotarisasi yang menurunkan kecepatan lepas muatan sel batang ke sel kedua retina, yaitu sel bipolar sehingga inhibisi terhadap sel bipolar lenyap dan sel bipolar mengalami depolarisasi. Depolarisasi sel bipolar menyebabkan munculnya suatu potensial aksi di sel ketiga retina, sel ganglion. Potensial aksi yang dihasilkan sel ganglion dikirim ke otak melalui saraf optikus.

Didalam mata manusia ada dua jenis fotoreseptor, yang dapat dibedakan dari bentuknya, yaitu fotoreseptor berbentuk batang silinder (rods) dan yang berbentuk kerucut (cones). Fotoreseptor batang ukurannya panjang dan tipis, dan jumlahnya sangat banyak hingga mencapai 100 juta buah. Fungsi dari fotoreseptor ini adalah untuk menangkap luminansi citra dan mampu menangkap bayangan meskipun pencahayaannya rendah. Fotoreseptor kerucut bersifat pendek dan tebal. Fotoreseptor ini dimampatkan di suatu daerah pada pusat mata yang disebut fovea (Gb.2.1(b)). Jumlahnya lebih sedikit dibandingkan jensi batang dan bertanggung jawab untuk menangkap warna pada bayangan benda.
Mata manusia dapat melihat karena adanya pantulan cahaya dari benda. Cahaya yang dapat ditangkap oleh mata manusia berada pada daerah optik dengan rentang panjang gelombang 350-780 nm. Intensitas cahaya dinyatakan sebagai sebaran energi I(λ) dan mata manusia sanggup beroperasi pada 10 orde derajat luminansi.
Luminansi atau intensitas adalah suatu ukuran absolut, tidak bergantung pada cahaya disekitarnya. Luminansi pada suatu titik dalam ruang L(x,y) menyatakan sebaran energi pada titik tersebut untuk suatu jangkauan panjang gelombang,
dimana I(x,y,λ) adalah sebaran cahaya spasial dan V(λ) adalah fungsi efisiensi relatif dari sistem visual yang bentuknya ditentukan oleh fungsi transfer dari fotoreseptor. Kecerahan (brightness) berkaitan dengan tingkat luminansi yang diindera. Ini adalah nilai relatif dan harganya bergantung pada luminansi di sekitarnya. Mata manusia lebih sensitif terhadap kontras luminansi daripada nilai absolut luminansi.

Kualitas suatu citra dapat diukur dengan dua cara, yaitu secara subyektif dan secara obyektif. Dalam pengukuran subyektif, pengujian dilakukan oleh manusia dimana suatu tim penilai disajikan gambar yang sama kemudian diminta memberikan skor pada gambar tersebut. Skala kualitas biasanya dalam rentang 1 sampai 5, berkaitan dengan citra yang memiliki kualitas: tidak memuaskan, jelek, rata-rata, baik, dan sangat baik. Secara obyektif, citra diukur dari MSE dan variasi nilai ini. Kelebihan teknik pengukuran ini dibandingkan dengan cara subyektif adalah: sederhana, kurang bergantung opini individu dan mudah ditangani secara matematis. Kekurangannya adalah nilai yang diperoleh tidak selalu mencerminkan apa yg dilihat oleh mata manusia.
Disamping MSE, dua ukuran obyektif yang sering dipakai dalam pengolahan citra adalah SNR dan PSNR. Nilai SNR dan PSNR disukai karena skornya menunjukkan kualitas dari sinyal atau citra, artinya, citra dengan SNR atau PSNR yang tinggi memiliki kualitas yang lebih baik dari pada yang memiliki SNR atau PSNR rendah. Hal ini berlawanan dengan MSE. SNR dan PSNR didefinisikan sebagai berikut:

dalam rumus diatas, 2sσ menyatakan nilai variansi atau energi dari sinyal asal, menyatakan variansi dari sinyal kesalahan dan A adalah nilai puncak-ke-puncak dari sinyal. Nilai ini dinyatakan dalam satuan dB. Nilai PSNR biasanya 12-15 dB lebih tinggi daripada nilai SNR. 2eσ

2 Rerpresentasi Warna
Warna yang dilihat mata bergantung pada kandungan spektral (komposisi panjang gelombang), misalnya cahaya dengan kandungan spektral tinggi pada daerah 700 nm akan menunjukkan warna merah. Jika semua gelombang dalam daerah cahaya tampak memiliki energi seragam, maka akan terlihat warna putih.

Pada tahun 1802, Thomas Young menemukan bahwa sebarang warna dapat dibentuk dengan mencampurkan 3 warna utama secara benar. Ada beberapa cara menyatakan warna dalam citra dijital. Salah satu diantaranya adalah sistem luminansi-krominansi. Luminansi menunjukkan kecerahan, sedangkan krominansi—yang terdiri dari hue dan saturasi, menentukan warna. Hue menentukan “tone” dari warna (kemerahan, kehijauan dst) dan bergantung pada puncak panjang gelombang. Saturasi menggambarkan warna murni dan bergantung pada sebaran (lebar pita) dari spektrum cahaya.

Mata manusia memiliki tiga tipe fotoreseptor kerucut,masing-masing dengan puncak sensitivitas bergantung λ. Spektra serapan Si(λ) dari fotoreseptor ini memiliki puncak disekitar 450 nm (biru), 550 nm (hijau), dan 620 nm (kuning-hijau). Sensasi warna yang digambarkan oleh tanggapan spektralnya.

Sistem warna lain yang juga sering dipakai adalah CIE (Commision Internationale de L’Eclairage/ komite internasional standard warna) yang menyatakan warna dalam spektra primer RGB (Red-Green-Blue). Sumber utama yang dipakai dalam sistem ini adalah cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 700 nm (merah), 546 nm (hijau), dan 435 nm (biru). Sinar putih referensi memiliki spektrum datar dengan komposisi R=G=B=1. Sistem CIE diperlihatkan pada Gambar 2.5.
Satu hal yang sangat penting didalam berbagia sistem warna adalah satu sistem dapat diterjemahkan ke sistem warna lain melalui transformasi, misalnya dengan mengalikan vektor warna dengan suatu matriks

Beberapa sistem warna lainnya adalah YUV untuk sistem PAL, HSI (Hue, Saturation, Intensity) dan CMY (Cyan, Magenta, Yellow) untuk sistem percetakan. CMY adalah komplemen dari sistem RGB. Representasi suatu citra berwarna kedalam tiga jenis sistem; RGB, HSV dan YUV.