analisa kekasaran berbagai objek uji dan ukuran mesh terhadap pola citra spekel

Jurnal Fisika Laboratorium, Citra Spekel

Abstrak—Percobaan tentang Analisa Kekasaran Berbagai Objek Uji dan Ukuran Mesh Terhadap Pola Citra Spekel bertujuan untuk untuk membandingkan kekasaran suatu bahan dengan bahan yang lain dengan menggunakan metode pencitraaan spekel. Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah satu set laser, polarisator, computer dengan webcam, software imageJ, serta variasi mesh sebesar , 240, 500 dan 1000, serta variasi bahan mesh 2000, hvs dan tisu. Prinsip kerja yang digunakan dalam percobaan ini adalah pola interferensi cahaya. Pada percobaan ini sumber cahaya yang digunakan berasal dari sinar laser, hal ini dikarenakan sifat atau karakteristik dari laser yang koheren. Percobaan ini dilakukan dengan cara menyinarkan laser kepada bahan mesh melalui suatu polarisator yang dapat diatur besar sudut yang digunakan, di mana sudut yang digunakan ialah sebesar 0o, 30o, 60o, dan 90o. Hasil percobaan yang telah dilakukan didapatkan pada variasi kekasaran mesh, nilai kontras paling besar terletak pada mesh 1000 dan kontras terkecil pada mesh 500. Sedangkan pada variasi bahan didapatkan nilai kontras tertinggi pada kertas tisu, dan nilai kontras terendah untuk variasi bahan ada pada kertas HVS.

Kata Kunci— Citra spekel, Laser, Mesh, Polarisasi

I. PENDAHULUAN

ight Amplification by Stimulated Emission of Radiation atau yang dikenal dengan sebutan LASER telah lama menjadi sebuah pencapaian

teknologi yang memungkinkan dikembangkannya berbagai teknologi dan metode baru di berbagai bidang ilmiah tak terkecuali bidang optika dan fisika. Sifat LASER yang memiliki cahaya koheren dan intensitas serta focus yang tinggi menjadikannya pilihan berbagai eksperimen optic yang tidak mungkin dilakukan menggunakan sumber cahaya inkoheren seperti pada cahaya lampu biasa.[1]

L

Helium – Neon (He-Ne) adalah laser yang paling banyak digunakan untuk inferometri karena murah dan mudah dioperasikan. Panjang gelombang output yang paling umum adalah 0,63 µm dan 0,54 µm[2]. Sinar laser bersifat koheren, rentet gelombang untuk sinar laser dapat mempunyai panjang gelombang barapa ratus kilometer. Panjangnya koherensi yang bersangkutan untuk cahaya dari sebuah lampu pijar tungsten atau dari sebuah tabung lucur gas secara khas sangat kurang dari satu meter. Sinar laser bersifat sangat terarah. Sebuah

sinar laser menyimpang dari kesejajaran yang sempurna hanya karena efek – efek difraksi yang ditentukan oleh panjang gelombang dan diameter dari lubang keluar. Sinar laser juga dapat difokuskan secara tajam. Sifat ini berkaitan dengan kesejajaran sinar laser[1].

Salah satu penggunaan laser yang cukup memperoleh banyak perhatian adalah penggunaanya sebagai pemicu fenomena ‘Speckle Pattern’ atau yang juga dikenal sebagai citra speckle. Efek Spekel adalah hasil dari interferensi yang berasal dari banyak gelombang dengan frekuensi yang sama, memiliki fase yang berbeda dan amplitudo, yang bersama-sama untuk memberikan suatu resultan gelombang baik amplitudo karena intensitas, bervariasi secara acak. Ketika permukaan diterangi oleh gelombang cahaya, menurut teori difraksi, setiap titik pada permukaan diterangi bertindak sebagai sumber gelombang bola sekunder. Cahaya pada setiap titik di bidang penyabaran cahaya terdiri dari gelombang yang telah tersebar dari setiap titik pada permukaan yang telah diterangi. Jika permukaan cukup kasar akan untuk membuat perbedaan panjang melebihi satu panjang gelombang, sehingga menimbulkan perubahan fase lebih besar dari 2π, amplitudo, dan karenanya intensitas, cahaya yang dihasilkan bervariasi secara acak[3].

Dalam prosesnya, hampuran pola speckle dari berkas cahaya koheren yang terpolarisasi akan memiliki nilai kontras dan nilai standar deviasi yang dapat dianalisa lewat sebaran hasil pancaran yang teramati. Dalam statistika dan probabilitas, simpangan baku atau deviasi standar adalah ukuran sebaran statistik yang paling lazim. Singkatnya, ia mengukur bagaimana nilai-nilai data tersebar. Bisa juga didefinisikan sebagai, rata-rata jarak penyimpangan titik-titik data diukur dari nilai rata-rata data tersebut[3].

Analisa Kekasaran Berbagai Objek Uji Dan Ukuran Mesh Terhadap Pola Citra Spekel

Mohamad Syaifuddin, Ning Rosianah, Diani Ainun Nisa, Gontjang PrajitnoJurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111E-mail: [email protected]

1

Selesai

Variasi sudut polarisator, kekasaran mesh dan variasi sampel bahan,

Mulai

Dinyalakan Laser dan diambil data pada objek

Disiapkan alat dan bahan

Diatur jarak antara laser – polarisator dan polarisator – objek sejauh 30 cm

Dipasang Mesh pada tempat Objek dan diatur sudut polarisator

Disiapkan Laptop dengan webcam dan diletakkan didepan-bawah objek

Dicari Standart Deviasi dan Nilai Mean dengan histogram menggunakan aplikasi ImageJ


Gambar 1. Berkas speckle yang muncul pada permukaan tidak homogeny dan kasar

II. METODE

A. Metodologi Percobaan

Pada percobaan ini alat dan bahan yang digunakan yaitu laser, polarisator, computer dengan webcam, software imageJ, serta variasi mesh sebesar 240, 500, 1000 dan 2000, selanjutnya digunakan kertas hvs dan tisu sebagai objek percobaan. Kemudian peralatan dirangkai sesuai gambar di mana polarisator diletakkan diantara laser dan amplas dengan posisi ketiganya diletakkan secara sejajar. Jarak laser dan polarisator sejauh 30 cm, begitu juga jarak antara polarisator dan objek percobaan. Kemudian laser ditembakkan pada amplas. Lalu webcam menagkap sinar laser yang berada di amplas. Percobaan ini diulangi dengan variasi sudut polarisator 0, 30, 60, 90 derajat.

Gambar 2. Rangkaian percobaan citra spekel.

B. Metodologi Pengolahan Data

Setelah data di import kedalam software ImageJ, proses cropping dilakukan pada foto berkas speckle hingga didapatkan daerah hamburan paling kuat dan titik pusat tempat cahaya jatuh. Proses selanjutnya adalah menganalisa hasil foto tersebut menggunakan fitur histogram pada software ImageJ. Melalui histogram yag dihasilkan, didapatkan kuantitatif berupa nilai mean dan sudut deviasi. Berdasarkan data ini, nilai kontras dari masing masing pola speckle dapat diketahui dengan menerapkan persamaan

C= Sm

……………………………(1)

Dengan : C = Kontras

S = Standar deviasi

m = Nilai mean terekam.

Dengan menggunakan nilai kontras yang didapatkan, analisa terhadapa hasil pengamatan dibuat dalam bentuk grafik hubungan antara Kekasaran/mesh dan kontras. Analisis yang dapat dikembangkan adalah rapat kontras per satuan mesh serta regresi linear yang didapatkan.

2


Gambar 3. Flowchart percobaan citra spekel

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan percobaan tentang Analisa Kekasaran Berbagai Objek Uji Dan Ukuran Mesh Terhadap Pola Citra Spekel yang telah dilakukan, maka didapatkan data hasil percobaan sebagai berikut:

Gambar 4. Hasil Pada variasi mesh 240 pada sudut 900

Gambar 5. Hasil Pada variasi bahan hvs pada sudut 900

Tabel 1. Data hasil percobaan untuk sudut deviasi pada variasi mesh.

Mesh Sudut Polarisator0 30 60 90

240 157.997 156.945 155.031 166.061500 173.835 162.021 171.830 176.8311000 157.577 155.039 163.135 159.856

Tabel 2. Data hasil percobaan untuk sudut deviasi pada variasi bahan.

BahanSudut Polarisator

0 30 60 90

Mesh 2000 158.822 164.459 120.485 134.243Tisu 156.468 128.330 131.253 165.567HVS 175.815 167.255 170.367 178.201

Tabel 3. Data hasil percobaan untuk mean pada variasi mesh.

Mesh Sudut Polarisator0 30 60 90

240 53.281 55.137 54.708 50.390500 50.728 54.773 50.632 49.9021000 54.550 55.459 53.478 54.003

Tabel 4. Data hasil percobaan untuk mean pada variasi bahan.


0 30 60 90Mesh 2000 52.170 52.776 56.655 58.700

Tisu 65.547 67.256 67.250 61.207HVS 52.630 56.011 55.154 53.118

Dari data hasil percobaan yang telah didapatkan berupa besar sudut deviasi dan besar mean pada setiap variasi sudut dan mesh yang digunakan, maka dapat dilakukan suatu perhitungan untuk mendapatkan nilai kontras dari percobaan ini dengan menggunakan persamaan 1. Sehingga dari perhitungan tersebut didapatkan data hasil perhitungan nilai kontras sebagai berikut:

Gambar 6. Histogram pada variasi mesh 240 dengan sudut polarisator 900

Tabel 5. Hasil perhitungan untuk nilai kontras pada variasi mesh.

MeshSudut Polarisator Kontra

s0 30 60 90240 0,3372 0,3513 0,3529 0,3034 0,3362500 0,2918 0,3381 0,2947 0,2822 0,30171000 0,3462 0,3577 0,3278 0,3378 0,3424

3


Gambar 7. Histogram pada variasi bahan hvs dengan sudut polarisator 900

Tabel 6. Hasil perhitungan untuk nilai kontras pada variasi bahan.


Kontras0 30 60 90

Mesh 2000 0,3285 0,3209 0,4702 0,4373 0,3892Tisu 0,4189 0,5241 0,5124 0,3697 0,4563HVS 0,2993 0,3349 0,3237 0,2981 0,3140

Kemudian, setelah didapatkan data hasil percobaan dan data hasil perhitungan, maka dapat dibuat grafik hubungan antara kekerasan dan nilai kontras, serta grafik antara bahan dan nilai kontras sebagai berikut:

Gambar 8. Grafik hubungan antara kekerasan dengan nilai kontras

Gambar 9. Grafik hubungan antara Bahan dengan nilai kontras

Percobaan tentang Analisa Kekasaran Berbagai Objek Uji dan Ukuran Mesh terhadap Pola Citra Spekel bertujuan untuk membandingkan kekasaran suatu bahan satu dengan bahan yang lain dengan menggunakan metode pencitraaan spekel. Pada percobaan ini digunakan variasi terhadap besar kekerasan bahan dalam hal ini menggunakan mesh dengan ukuran 240, 500 dan 1000, serta variasi bahan yaitu menggunakan mesh 2000, kertas hvs dan tisu. Selain itu digunakan pula variasi terhadap sudut polarisator yang digunakan yaitu 0o, 30 o, 60 o, dan 90 o. Dari hasil percobaan yang telah dilakukan didapatkan pada variasi kekasaran mesh, nilai kontras paling besar terletak pada mesh 1000 dan kontras terkecil pada mesh 500. Sedangkan pada variasi bahan didapatkan nilai kontras tertinggi pada kertas tisu, dan nilai kontras terendah untuk variasi bahan ada pada kertas HVS.

Pada percobaan ini sumber cahaya yang digunakan berasal dari sinar laser, hal ini dikarenakan sifat atau karakteristik dari laser yang koheren. Prinsip kerja percobaan ini adalah menyinarkan laser ke arah mesh sehingga mesh akan memantulkan cahaya laser tersebut. Besar pantulan cahaya laser tergantung dari besar mesh yang digunakan, di mana semakin kecil mesh yang digunakan maka tingkat kekasarannya juga semakin besar, hal ini akan mengakibatkan pantulan cahaya laser juga akan semakin besar.Sebelum sinar laser sampai mengenai mesh maka sinar laser akan melalui polarisator terlebih dahulu, hal ini bertujuan agar sinar laser benar-benar terfokus.

Pada percobaan ini, pada laser terdpat suatu gejala fisis yaitu peningkatan intensitas cahaya. Hal ini terjadi karena sesuai dengan prinsip kerja laser. Pada percobaan ini juga terjadi proses polarisasi, dimana cahaya dari laser yang masih memancar ke segala arah dikutubkan agar cahaya benar-benar focus ketika mengenai objek percobaan. Sehingga tidak ada cahaya yang terbuang. Selanjutnya ketika sinar laser mengenai objek, akan terjadi sebuah hamburan. Ketika permukaan diterangi oleh gelombang cahaya, menurut teori difraksi, setiap titik pada permukaan diterangi bertindak sebagai sumber gelombang bola sekunder. Cahaya pada setiap titik di bidang penyabaran cahaya terdiri dari gelombang yang telah tersebar dari setiap titik pada permukaan yang telah diterangi. Jika permukaan cukup kasar akan untuk membuat perbedaan panjang melebihi satu panjang gelombang, sehingga menimbulkan perubahan fase lebih besar dari 2π, amplitudo, dan karenanya intensitas, cahaya yang dihasilkan bervariasi secara acak.

IV.KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa pada variasi kekasaran mesh, nilai kontras

4


paling besar terletak pada mesh 1000 dan kontras terkecil pada mesh 500. Sedangkan pada variasi bahan didapatkan nilai kontras tertinggi pada kertas tisu, dan nilai kontras terendah untuk variasi bahan ada pada kertas HVS.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten Fisika Laboratorium yaitu Ning Rosianah dan Diani Ainun Nisa yang telah membimbing kami dalam melaksanakan percobaan Citra Spekel , serta kepada teman-teman yang telah membantu dalam percobaan ini sehingga percobaan ini bisa terlaksana dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Halliday, David dan Robert Resnik.1999.Fisika Modern. Erlangga.Jakarta.

[2] Hariharan.1900. Optical Interferometry. School of Physics.Australia.[3] J.C. Dainty, Laser Speckle and Related Phenomena (Spinger Verlag,

Berlin,1984).

Lampiran :

A. Variasi Kekasaran Mesh

Gambar 1. Foto Hasil percobaan dan Histogram pada Variasi mesh 240 dan sudut polarisator 00






5








B. Variasi Bahan

Gambar 13. Foto Hasil percobaan dan Histogram pada Variasi bahan mesh 2000 dan sudut polarisator 00


6




Gambar 17. Foto Hasil percobaan dan Histogram pada Variasi bahan tisu dan sudut polarisator 00




Gambar 21. Foto Hasil percobaan dan Histogram pada Variasi bahan HVS dan sudut polarisator 00


7




8

analisa kekasaran berbagai objek uji dan ukuran mesh terhadap pola citra spekel

Documents