BAB 3: SENSOR DAN PLATFORM

Sensor Penginderaan Jauh

Dalam dunia penginderaan jauh, sensor berperan sebagai “kamera atau mata” yang bertugas merekam energi elektromagnetik yang dipancarkan atau dipantulkan oleh objek di permukaan bumi. Seperti halnya mata manusia yang beragam, sensor penginderaan jauh juga hadir dalam berbagai jenis dengan karakteristik dan kemampuan yang berbeda-beda. Pemilihan jenis sensor yang tepat sangat krusial untuk memperoleh data yang optimal sesuai dengan tujuan dan aplikasi yang diinginkan.

Secara umum, sensor penginderaan jauh dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, yaitu  berdasarkan 1). sumber energi, 2) mekanisme perekaman, 3) rentang spektrum elektromagnetik, dan 4) platform. Jika tidak disebutkan dasar kriterianya, maka klasifikasi sensor penginderaan jauh biasanya merujuk pada jenis sumber energi yang digunakan.

Berdasarkan sumber energi yang digunakan, sensor penginderaan jauh dapat dibedakan menjadi dua jenis utama:

• Sensor Pasif: Sensor pasif mengandalkan sumber energi alami yang berasal dari luar sensor itu sendiri. Terdapat dua jenis sumber energi alami yang umum digunakan:
  1. Matahari: Sebagian besar sensor pasif memanfaatkan energi matahari yang dipancarkan ke bumi. Sensor ini merekam energi matahari yang dipantulkan atau dipancarkan oleh objek di permukaan bumi. Contoh sensor pasif yang memanfaatkan energi matahari adalah kamera fotografi, sensor multispektral, dan sensor inframerah termal.
  2. Radiasi Objek: Beberapa sensor pasif dirancang khusus untuk merekam energi yang dipancarkan langsung oleh objek di permukaan bumi. Energi ini, yang dikenal sebagai radiasi termal, dipancarkan oleh semua objek yang memiliki suhu di atas nol mutlak. Sensor inframerah termal merupakan contoh sensor pasif yang memanfaatkan radiasi objek sebagai sumber energi.
• Sensor Aktif: Berbeda dengan sensor pasif, sensor aktif memiliki sumber energi sendiri untuk menyinari objek dan merekam energi yang dipantulkan kembali. Sumber energi ini umumnya berupa gelombang elektromagnetik yang dibangkitkan oleh sensor itu sendiri. Sensor aktif memancarkan gelombang elektromagnetik ke arah target dan kemudian mendeteksi pantulannya. Contoh sensor aktif adalah microwave, radar dan lidar. Sensor microwave, dengan kemampuannya menembus awan, memanfaatkan gelombang mikro untuk memetakan kelembaban tanah, memantau cuaca atau untuk keperluan lainnya. Radar, yang beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi, umumnya digunakan untuk pemetaan topografi, deteksi objek, dan pemantauan bencana. Sementara itu, lidar menggunakan pulsa laser untuk mengukur jarak dan menghasilkan data elevasi yang sangat akurat, sehingga ideal untuk pemetaan 3D, studi vegetasi, dan pemantauan garis pantai. Keunggulan sensor aktif adalah kemampuannya untuk menembus awan dan beroperasi pada siang maupun malam hari, karena tidak bergantung pada cahaya matahari.

Berdasarkan mekanisme perekaman yang digunakan, sensor penginderaan jauh dapat dibedakan menjadi dua jenis utama:

• Sensor Fotografik. Sensor fotografik memanfaatkan medium film yang sensitif terhadap cahaya untuk merekam energi elektromagnetik. Mekanisme perekaman gambar pada sensor ini didasarkan pada reaksi kimia yang terjadi pada emulsi film ketika terpapar cahaya. Meskipun tergolong sebagai teknologi konvensional, sensor fotografik masih diaplikasikan dalam beberapa bidang penginderaan jauh karena keunggulannya dalam hal resolusi spasial. Tingginya resolusi spasial pada sensor fotografik disebabkan oleh kerapatan elemen sensitif cahaya yang tinggi pada film, sehingga memungkinkan perekaman objek dengan detail yang sangat baik. Keunggulan lain dari sensor fotografik adalah kemampuannya dalam mencakup area perekaman yang luas dalam satu kali pemotretan, terutama pada aplikasi pemotretan udara. Dari segi ekonomis, sensor fotografik relatif lebih murah dibandingkan dengan beberapa jenis sensor modern, baik dalam hal biaya pengadaan maupun operasional. Meskipun demikian, sensor fotografik memiliki beberapa keterbatasan. Proses pengembangan film dan pencetakan gambar yang memerlukan proses kimiawi membutuhkan waktu yang relatif lama. Rentang sensitivitas spektral film fotografi terbatas, umumnya hanya mencakup spektrum cahaya tampak. Keterbatasan lain dari sensor fotografik adalah sifat film yang hanya dapat digunakan sekali, sehingga membutuhkan biaya tambahan untuk setiap pemotretan.
• Sensor Elektro-optik. Sensor elektro-optik menggunakan detektor elektronik untuk merekam energi elektromagnetik dan mengubahnya menjadi sinyal digital. Sensor jenis ini lebih umum digunakan dalam penginderaan jauh modern karena unggul dalam hal kepraktisannya, kecepatan pemrosesan data yang tinggi, dan kemampuannya dalam merekam data dalam berbagai rentang spektrum elektromagnetik. Penggunaan detektor elektronik memungkinkan sensor elektro-optik untuk merekam data secara langsung dalam format digital, sehingga memudahkan proses penyimpanan, pemrosesan, dan analisis data. Kecepatan akuisisi dan pemrosesan data yang tinggi pada sensor elektro-optik menjadikannya ideal untuk aplikasi real-time dan pemantauan yang memerlukan respon cepat. Fleksibilitas sensor elektro-optik dalam hal rentang spektral juga menjadikannya sebagai pilihan yang menarik. Sensor ini dapat dirancang untuk merekam energi elektromagnetik, tidak hanya pada spektrum cahaya tampak, tetapi juga pada spektrum inframerah dan gelombang mikro. Kemampuan ini membuka peluang yang luas dalam berbagai aplikasi penginderaan jauh. Di samping itu, sensor elektro-optik dapat digunakan berulang kali, sehingga lebih efisien dan ekonomis dalam jangka panjang. Keunggulan-keunggulan inilah yang menjadikan sensor elektro-optik sebagai pilihan utama dalam berbagai aplikasi penginderaan jauh modern.

Berdasarkan spektrum elektromagnetik yang digunakan, sensor penginderaan jauh dapat dibedakan menjadi tiga jenis utama:

• Sensor Pankromatik. Sensor pankromatik bekerja layaknya mata manusia yang hanya melihat gradasi warna hitam dan putih. Sensor ini merekam energi elektromagnetik dalam rentang spektrum yang luas, biasanya mencakup seluruh spektrum cahaya tampak (visible spectrum), yaitu antara 400 hingga 700 nanometer. Data yang dihasilkan berupa citra hitam-putih dengan gradasi keabuan (grayscale) yang merepresentasikan intensitas pantulan energi. Meskipun tidak memiliki informasi warna, sensor pankromatik memiliki keunggulan dalam hal resolusi spasial. Sensor ini mampu menghasilkan citra dengan detail objek yang sangat baik. Sebagai contoh, sensor pankromatik pada satelit WorldView-3 mampu menghasilkan citra dengan resolusi spasial mencapai 30 cm, memungkinkan identifikasi objek kecil seperti kendaraan dan pepohonan dengan jelas.
• Sensor Multispektral. Berbeda dengan sensor pankromatik, sensor multispektral mampu merekam energi elektromagnetik dalam beberapa rentang spektrum tertentu, sehingga menghasilkan citra berwarna. Rentang spektrum yang direkam biasanya mencakup spektrum cahaya tampak dan inframerah dekat (near-infrared/NIR), yaitu antara 700 hingga 1000 nanometer. Citra multispektral memberikan informasi warna yang berguna untuk membedakan objek berdasarkan karakteristik spektralnya. Misalnya, vegetasi yang sehat akan tampak berwarna hijau terang pada citra multispektral karena memantulkan spektrum NIR dengan kuat, sedangkan vegetasi yang tidak sehat akan tampak lebih gelap. Contoh sensor multispektral adalah sensor pada satelit Landsat 8 yang merekam data dalam 11 band spektral, termasuk spektrum tampak dan inframerah.
• Sensor Hiperspektral. Jika sensor multispektral diibaratkan sebagai mata manusia yang mampu melihat berbagai warna, maka sensor hiperspektral adalah mata super yang mampu melihat ratusan bahkan ribuan warna. Sensor ini merekam energi elektromagnetik dalam ratusan rentang spektrum yang sangat sempit (narrow bands), menghasilkan data citra dengan informasi spektral yang sangat detail. Citra hiperspektral memungkinkan identifikasi objek dengan akurasi yang sangat tinggi, bahkan untuk objek yang sangat mirip secara visual. Hal ini dimungkinkan karena setiap objek memiliki “sidik jari” spektral yang unik. Sebagai contoh, sensor hiperspektral dapat digunakan untuk membedakan jenis mineral pada batuan, mengidentifikasi jenis penyakit pada tanaman, bahkan mendeteksi zat-zat berbahaya. Salah satu contoh sensor hiperspektral adalah sensor Hyperion pada satelit EO-1 yang merekam data dalam 220 band spektral.

Berdasarkan platform yang digunakan, sensor penginderaan jauh dapat dibedakan menjadi tiga jenis utama: terestrial, udara dan luar angkasa.

Platform Penginderaan Jauh

Jika sensor adalah mata, maka platform adalah kepala yang membawa mata agar bisa menangkap objek yang diinginkan. Informasi tentang bumi yang kita tinggali dapat diintip dari berbagai ketinggian, mulai dari permukaan tanah hingga luar angkasa. Perbedaan ketinggian ini menentukan platform yang digunakan dalam penginderaan jauh. Setiap platform memiliki karakteristik dan keunggulan masing-masing, sehingga pemilihannya harus disesuaikan dengan tujuan dan kebutuhan.

• Platform Terestrial. Sesuai namanya, sensor terestrial dioperasikan di permukaan bumi, baik dalam keadaan statis maupun mobile. Sensor statis biasanya dipasang pada tripod atau bangunan, sedangkan sensor mobile dapat dibawa dengan tangan, kendaraan, atau robot. Contoh sensor terestrial antara lain kamera terestrial, scanner laser terestrial, dan Ground Penetrating Radar. Kedekatan sensor dengan objek memungkinkan pengamatan jarak dekat dan pemetaan detail. Sensor terestrial sering digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti pemetaan geologi, pemantauan infrastruktur, arkeologi, dan kehutanan. Misalnya, TLS dapat digunakan untuk membuat model 3D objek dengan akurasi tinggi, sedangkan GPR dapat digunakan untuk mendeteksi objek di bawah permukaan tanah.
• Platform Udara/ Airborne. Sensor udara dibawa oleh wahana udara, baik berawak seperti pesawat terbang maupun tak berawak seperti drone. Platform ini menawarkan fleksibilitas dalam hal cakupan area dan resolusi spasial. Sensor udara dapat digunakan untuk memetakan area yang luas dalam waktu yang relatif singkat, serta dapat menjangkau area yang sulit diakses oleh manusia. Berbagai jenis sensor dapat dibawa oleh wahana udara, antara lain kamera udara, LiDAR, dan sensor multispektral udara. Sensor udara diaplikasikan dalam berbagai bidang, seperti pemetaan topografi, pemantauan bencana alam, manajemen pertanian, dan pemantauan lingkungan. Sebagai contoh, LiDAR dapat digunakan untuk memetakan vegetasi dan topografi dengan detail, sedangkan sensor multispektral udara dapat digunakan untuk memantau kesehatan tanaman.
• Platform Luar Angkasa/ Spaceborne. Sensor dibawa oleh satelit yang mengorbit bumi pada ketinggian tertentu, memungkinkan pengamatan berskala global dan pemantauan jangka panjang. Satelit penginderaan jauh dilengkapi dengan berbagai jenis sensor, seperti sensor pankromatik, multispektral, hiperspektral, dan radar. Data yang diperoleh dari sensor satelit memiliki cakupan area yang sangat luas dan dikumpulkan secara berkala, memungkinkan pemantauan perubahan yang terjadi di permukaan bumi dari waktu ke waktu. Data ini dimanfaatkan dalam berbagai bidang, seperti pemantauan perubahan iklim, pemetaan tutupan lahan, pemantauan deforestasi, dan prediksi hasil panen. Contoh satelit penginderaan jauh adalah Landsat, Sentinel, dan WorldView.

Dalam perkembangannya, istilah “penginderaan jauh” kini lebih fokus pada penggunaan platform luar angkasa, yaitu satelit. Hal ini dikarenakan platform lain, seperti platform udara dan terestrial, telah berkembang menjadi kajian keilmuan tersendiri. Platform udara kini lebih dikenal dengan istilah fotogrametri, sedangkan platform terestrial lebih dikenal dengan istilah pemetaan terestris. Meskipun demikian, prinsip dasar dan teknologi yang digunakan pada ketiga platform tersebut masih memiliki banyak kesamaan.