K- fold Cross Validation
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Akuisisi Data
Akuisisi data telah dilakukan di Laboratorium Patologi dan Laboratorium Entomologi Departemen Silvikultur Fakultas Kehutanan IPB mulai bulan Januari –
Mei 2015. Data citra terdiri dari 3 jenis patogen yaitu Colletotrichum sp.,
Curvularia sp., dan Fusarium sp..
Kesalahan dalam akuisisi data yang terjadi dikarenakan kurang fokus pada saat pengambilan data. Berikut disajikan data yang mengalami kesalahan dalam akuisisi data (Gambar 18).
Gambar 18 Kesalahan dalam akuisisi data (a) sub image dan hasil praproses data ke-7 (b) sub image dan hasil praproses data ke-8 (c) sub image dan hasil praproses data ke-14
Praproses
Praproses yang dilakukan yaitu convertsub image menjadi bentuk grayscale image, selanjutnya dilakukan proses smoothing dengan median filter, kemudian segmentasi menggunakan thresholding metode Otsu, kemudian dilakukan region filling dan dilakukan kembali proses smoothing dengan median filter dan operasi morfologi yaitu dilate.
Contoh hasil praproses citra dapat dilihat pada Tabel 5, ditampilkan beberapa contoh data yang kurang baik pada saat pengambilan data. Pada contoh data
Colletotrichum sp. dan Fusarium sp. terlihat bahwa data citra blurring dan pada saat proses thresholding dengan metode Otsu data citra menjadi lebih tebal dari aslinya dikarenakan tepi gambar dianggap sebagai objek gambar juga dan demikian dilanjutkan ke tahap berikutnya sehingga terlihat bahwa data citra kurang precise
dari data aslinya. Namun pada contoh data Curvularia sp. walaupun data blurring
namun hasil akhir segmentasi tetap bagus dikarenakan smoothing dengan median filter yang dapat mengatasi blurring, noise, dan mengurangi detail-detail kecil pada data citra.
Tabel 5 Contoh hasil praproses citra
Colletotrichum sp. Curvularia sp. Fusarium sp.
Sub image Grayscale Median filter smoothing Thresholding Otsu Region Filling Median filter smoothing Dilate Operation
Ekstraksi Ciri Morfologi
Ekstraksi ciri yang digunakan yaitu ekstraksi morfologi atau bentuk. Ciri morfologi terdiri dari ciri dasar dan ciri turunan. Ciri dasar yaitu area, perimeter, convex area, dan convex perimeter. Ciri turunan yaitu compactness, solidity, convexity dan roundness. Hasil ekstraksi ciri morfologi dari 150 sub image dapat dilihat pada lampiran 2. Masukan untuk classifier maka diambil nilai ciri turunan
yaitu compactness, solidity, convexity dan roundness. Pada Tabel 6 disajikan beberapa contoh dari hasil ekstraksi ciri turunan dari ketiga jenis patogen.
Tabel 6 Ekstraksi ciri turunan patogen
Patogen Fitur Morfologi
Compactness Solidity Convexity Roundness Colletotrichum sp. data_1 0.6025 0.9717 0.9941 0.6096 data_8 0.2732 0.9332 0.9817 0.2835 data_33 0.4353 0.9482 0.9974 0.4375 Curvularia sp. data_51 0.7841 0.9747 1.0082 0.7713 data_68 0.5847 0.9559 0.9933 0.5926 data_100 0.6667 0.9739 1.0060 0.6587 Fusarium sp. data_107 0.3152 0.7138 0.9777 0.3297 data_121 0.2627 0.7086 1.0359 0.2448 data_149 0.2770 0.6375 0.9561 0.3030 Ciri turunan yang digunakan yaitu compactness, solidity, convexity dan
roundness. Berdasarkan dari ciri turunan tersebut maka akan dapat diketahui seberapa lingkaran bentuk objek dari nilai compactness, kepadatan bentuk objek dari nilai solidity, kecembungan bentuk objek dari nilai convexity dan tingkat kebundaran objek dari nilai roundness.
Pada Gambar 19 disajikan boxplot ciri compactness dari ketiga jenis patogen. Terlihat bahwa pada ciri compactness,range patogen Colletotrichum sp. lebih besar dari patogen lainnya dengan nilai berkisar 0.41 dan terdapat beberapa outlier (data ke-33 dan data ke-46) dan ekstrem (data ke-8, data ke-27 dan data ke-40), hal ini menunjukkan bahwa pada ciri compactness sebaran nilai patogen Colletotrichum
sp. memiliki data yang tidak seragam sehingga dapat dibedakan satu dengan yang lain. Patogen Curvularia sp. memiliki bentuk yang lebih menyerupai lingkaran dibandingkan patogen lain, penyebaran data terbanyak terdapat pada patogen
Gambar 19 Boxplot ciri compactness dari ketiga patogen
Pada Gambar 20 disajikan boxplot ciri solidity dari ketiga jenis patogen. Terlihat bahwa pada ciri solidity, range patogen Fusarium sp. lebih besar dari patogen lainnya dengan nilai berkisar 0.20, dan data patogen Fusarium sp. menyebar dengan dengan nilai penyebaran data sekitar 0.591. Akan mudah untuk mengidentifikasi patogen Fusarium sp. dikarenakan datanya yang tidak seragam. Namun pada patogen Colletotrichum sp. dan Curvularia sp. terjadi overlap data pada kedua patogen tersebut. Akan sulit untuk membedakan kedua patogen ini. Hampir seluruh data patogen memiliki nilai solidity yang tinggi berarti hampir seluruh data berbentuk solid atau padat.
Pada Gambar 21 disajikan ciri convexity dari ketiga jenis patogen. Terlihat bahwa pada ciri convexity, range patogen Fusarium sp. lebih besar dari patogen lainnya dengan nilai berkisar 0.12, dan data patogen Fusarium sp. menyebar dengan dengan nilai penyebaran data sekitar 0.0407. Pada seluruh patogen terjadi overlap
data. Akan sulit untuk membedakan ketiga jenis patogen ini. Hal ini menunjukkan bahwa hampir seluruh data memiliki nilai convexity yang tinggi berarti hampir seluruh data berbentuk convex.
Gambar 21 Boxplot ciri convexity dari ketiga patogen
Pada Gambar 22 disajikan ciri roundness dari ketiga jenis patogen. Terlihat bahwa pada ciri roundness, range patogen Colletotrichum sp. lebih besar dari patogen lainnya dengan nilai berkisar 0.38 dan terdapat beberapa outlier (data ke-33 dan data ke-46) dan ekstrem (data ke-8, data ke-27 dan data ke-40), hal ini menunjukkan bahwa pada ciri roundness sebaran nilai patogen Colletotrichum sp. memiliki data yang tidak seragam sehingga dapat dibedakan satu dengan yang lain. Patogen Curvularia sp. memiliki bentuk yang lebih bundar dari patogen lain, penyebaran data terbanyak terdapat pada patogen Curvularia sp. dan data masing-masing patogen pada ciri roundness ini terpisah.
Gambar 22 Boxplot ciri roundness dari ketiga patogen
Klasifikasi
Sebelum klasifikasi, dilakukan pembagian data menggunakan metode k-fold cross validation dan selanjutnya dilakukan pengklasifikasian data menggunakan
classifier PNN. Hasil ekstraksi ciri dibagi menjadi 2 bagian yaitu data latih dengan persentase 80% dan data uji dengan persentase 20%. Teknik yang digunakan adalah
5-fold cross validation. Data 150 sub citra patogen, 120 sub citra menjadi data latih dan membentuk matriks berukuran 120 x 4 sedangkan 30 citra lainnya menjadi data uji dan membentuk matriks berukuran 30 x 4.
Pembagian data latih dan data uji setiap fold dapat dilihat pada Tabel 7. Klasifikasi PNN dilakukan pada setiap fold. Hasil klasifikasi dari setiap fold dapat dilihat pada Tabel 8.
Tabel 8 Hasil klasifikasi PNN setiap fold
Analisis
Pada tahap ini terbagi atas 3 tahapan analisis yaitu analisis hasil segmentasi atau praproses, analisis hasil ekstraksi ciri morfologi dan analisis hasil identifikasi patogen.
Analisis Segmentasi
Berdasarkan hasil segmentasi dapat dilihat bahwa objek sudah tersegmentasi dengan baik, telah dipastikan bahwa tidak ada hole pada citra hasil segmentasi sehingga untuk perhitungan ciri area dapat dilakukan dan citra segmentasi dapat diekstrak sesuai yang diinginkan.
Analisis Ekstraksi Ciri
Hasil ekstraksi ciri menunjukkan pengaruh besar dalam penentuan identifikasi. Ciri yang menjadi masukan dalam identifikasi dengan classifier PNN adalah ciri turunan compactness, solidity, convexity dan roundness. Analisis persebaran data patogen pada ciri turunan compactness dapat dilihat pada Gambar 23. Ciri compactness menunjukkan seberapa lingkaran suatu objek, dapat dilihat bahwa Colletotrichum sp., Curvularia sp., dan Fusarium sp. memiliki bentuk yang menyerupai lingkaran dengan nilai compactness tertentu.
Gambar 23 Ciri compactness pada data patogen
Hampir seluruh data dari tiap patogen dapat dipisahkan atau dibedakan satu dengan yang lain. Tabel 9 menunjukkan analisis data patogen berdasarkan ciri
compactness, dapat disimpulkan bahwa data patogen Colletotrichum sp. (data ke-6 dan data ke-48), Curvularia sp. (data ke-16 dan data ke-50), Fusarium sp. (data ke-2, data ke-14, data ke-25, data ke-36 dan data ke-44) memiliki nilai compactness
dengan bentuk hampir menyerupai lingkaran. Namun ada beberapa data patogen
Colletotrichum sp. (data ke-8, data ke-27 dan data ke-40) diamati masuk ke dalam kelompok patogen Fusarium sp.. Hal ini dikarenakan sebaran nilai compactness
data Colletotrichum sp. tersebut berada pada sebaran data Fusarium sp., dan ada kemiripan bentuk antara Colletotrichum sp. dengan Fusarium sp., jika dilihat pada Tabel 2 yaitu bentuk spora oblong dan cylindrical. Data patogen Curvularia sp. (data ke-18, data ke-22 dan data ke-36) diamati masuk ke dalam kelompok patogen
Colletotrichum sp.. Hal ini dikarenakan sebaran nilai compactness data Curvularia
sp. tersebut berada pada sebaran data Colletotrichum sp., dan ada kemiripan bentuk antara Curvularia sp. dengan Colletotrichum sp., jika dilihat pada Tabel 2 yaitu bentuk spora seperti oblong dan ovoid.
Tabel 9 Analisis data berdasarkan ciri compactness
Patogen Data percobaan
Colletotrichum
sp.
data_6 data_8 data_27 data_40 data_48
Compactness 0.6851 0.2732 0.3410 0.3741 0.4351
Curvularia sp.
data_16 data_18 data_22 data_36 data_50
Compactness 0.8310 0.5847 0.6022 0.6162 0.6667
Fusarium sp.
data_2 data _14 data_25 data_36 data_44
Compactness 0.3866 0.2972 0.2501 0.3159 0.3367 Berdasarkan pada nilai variansi yang kecil maka diketahui bahwa patogen
Fusarium sp. memiliki data yang seragam untuk ciri compactness. Sebaliknya,
Colletotrichum sp. memiliki data yang tidak seragam dikarenakan pada nilai variansinya yang lebih besar dari Curvularia sp. dan Fusarium sp. Dalam hal ini dapat disimpulkan bahwa ciri compactness dapat digunakan untuk membedakan setiap jenis patogen.
Persebaran data patogen pada ciri turunan solidity dapat dilihat pada Gambar 24. Solidity mengukur kepadatan suatu objek. Berdasarkan pada ciri solidity
menunjukkan seberapa solid suatu objek yang mana jika nilainya mencapai 1 maka objek tersebut solid dan tidak ada lubang pada bagian objek, dapat dilihat bahwa
Colletotrichum sp., dan Curvularia sp., lebih solid dari Fusarium sp..
Berdasarkan Tabel 10 dapat disimpulkan bahwa data patogen Colletotrichum
sp. (data ke-6, data ke-8, data ke-27, data ke-40 dan data ke-48), data patogen
Curvularia sp. (data ke-16, data ke-18, data ke-22, data ke-36, dan data ke-50),
Fusarium sp. (data ke-2, data ke-14, data ke-25, data ke-36 dan data ke-44) memiliki bentuk yang padat.
Patogen Fusarium sp. memiliki data yang tidak seragam untuk ciri solidity, hal ini dikarenakan nilai variansinya yang lebih besar dari patogen yang lain. Ciri
solidity mungkin dapat digunakan untuk menentukan patogen Fusarium sp. berdasarkan range nilai solidity namun akan sulit untuk membedakan patogen
Colletotrichum sp. dan Curvularia sp. karena nilai solidity kedua patogen tersebut yang sangat berdekatan. Oleh karena itu, dapat disimpulkan dalam hal ini ciri
solidity kurang repserentatif jika digunakan untuk membedakan masing-masing jenis patogen.
Tabel 10 Analisis data berdasarkan ciri solidity
Patogen Data percobaan
Colletotrichum
sp.
data_6 data_8 data_27 data_40 data_48
solidity 0.9626 0.9332 0. 9193 0. 9333 0. 9629
Curvularia sp.
data_16 data_18 data_22 data_36 data_50
Solidity 0. 9891 0. 9559 0. 9724 0. 9583 0. 9739
Fusarium sp.
data_2 data _14 data_25 data_36 data_44
Solidity 0. 8093 0. 6711 0. 6290 0. 7079 0. 7246 Persebaran data patogen pada ciri turunan convexity dapat dilihat pada Gambar 25. Ciri convexity menunjukkan nilai kecembungan suatu objek, dapat dilihat bahwa ciri convexity untuk semua patogen memiliki data yang sulit untuk dipisahkan. Fusarium sp. memiliki data yang tidak seragam dikarenakan nilai variansinya yang lebih tinggi dari patogen yang lain. Secara keseluruhan ciri
convexity kurang representatif untuk membedakan setiap jenis patogen dikarenakan hampir seluruh patogen memiliki bentuk yang cembung.
Gambar 25Ciri convexity pada data patogen
Tabel 11 menunjukkan analisis data berdasarkan ciri convexity, dapat disimpulkan bahwa data patogen Colletotrichum sp. (data 6, data 8, data ke-27, data ke-40 dan data ke-48), data patogen Curvularia sp. (data 16, data ke-18, data ke-22, data ke-36, dan data ke-50), Fusarium sp. (data ke-2, data ke-14, data ke-25, data ke-36 dan data ke-44) memiliki bentuk yang convex.
Tabel 11 Analisis data berdasarkan ciri convexity
Patogen Data percobaan
Colletotrichum
sp.
data_6 data_8 data_27 data_40 data_48
convexity 1. 0310 0. 9817 0. 9884 1. 0025 0. 9898
Curvularia sp.
data_16 data_18 data_22 data_36 data_50
convexity 1. 0181 0. 9933 0. 9805 0. 9976 1. 0060
Fusarium sp.
data_2 data _14 data_25 data_36 data_44
convexity 1. 0048 0. 9435 0. 9326 0. 9667 0. 9850 Persebaran data patogen pada ciri turunan roundness dapat dilihat pada Gambar 26. Patogen Curvularia sp. dan Colletotrichum sp. memiliki bentuk yang lebih bundar dari patogen Fusarium sp., hampir seluruh data patogen dapat merepresentasikan masing-masing patogen dengan baik. Tabel 12 menunjukkan analisis data patogen berdasarkan ciri roundness, dapat disimpulkan bahwa data patogen Colletotrichum sp. (data ke-6 dan data ke-48), Curvularia sp. (data ke-16, data ke-18, data ke-22, data ke-36 dan data ke-50), Fusarium sp. (data ke-2, data
ke-14, data ke-25, data ke-36 dan data ke-44) memiliki nilai roundness dengan bentuk hampir menyerupai bundar.
Gambar 26 Ciri roundness pada data patogen
Namun ada beberapa data patogen Colletotrichum sp. (data ke-8, data ke-27 dan data ke-40) diamati masuk ke dalam kelompok patogen Fusarium sp.. Hal ini dikarenakan sebaran nilai roundness data Colletotrichum sp. tersebut berada pada sebaran data Fusarium sp., dan ada kemiripan bentuk antara Colletotrichum sp. dengan Fusarium sp., jika dilihat pada Tabel 2 yaitu bentuk spora oblong dan
cylindrical.
Tabel 12 Analisis data berdasarkan ciri roundness
Patogen Data percobaan
Colletotrichum
sp.
data_6 data_8 data_27 data_40 data_48
Roundness 0. 6444 0. 2835 0. 3490 0. 3721 0. 4440
Curvularia sp.
data_16 data_18 data_22 data_36 data_50
Roundness 0. 8015 0. 5926 0. 6263 0. 6191 0. 6587
Fusarium sp.
data_2 data _14 data_25 data_36 data_44
Berdasarkan pada ciri roundness, Colletotrichum sp. memiliki data yang tidak seragam dikarenakan nilai variansinya lebih besar dari patogen Curvularia sp. dan Fusarium sp. Dalam hal ini dapat disimpulkan bahwa ciri roundness ini dapat digunakan untuk membedakan setiap jenis patogen. Data nilai variansi setiap ciri morfologi turunan ditunjukkan pada Gambar 27.
Gambar 27Variansi setiap ciri turunan Analisis Hasil Identifikasi
Berdasarkan hasil klasifikasi dengan PNN, pada Tabel 13 ditampilkan hasil keseluruhan pada setiap fold dan perhitungan akurasi setiap fold disajikan pada Tabel 14.
Tabel 13 Hasil k-foldcross validation
Tabel 14 Hasil akurasi setiap fold k-fold Akurasi (%) 1-fold 90 2-fold 87 3-fold 80 4-fold 90 5-fold 87 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008
compactness solidity convexity roundness
ni la i v ari ans i fitur colletotrichum curvularia fusarium
Berdasarkan lima percobaan tersebut, evaluasi kinerja sistem dapat dihitung dengan mencari nilai rata-rata akurasi seluruh fold dengan rumus seperti pada Persamaan (17). Sistem ini bekerja dengan akurasi 86.8% yang diperoleh dari perhitungan berikut:
� � � = + + + + � % = . %
Akurasi terbaik diperoleh dari 1-fold dan 4-fold sebesar 90%. Selanjutnya, sistem akan menggunakan model klasifikasi yang dihasilkan oleh 1-fold atau4-fold. Oleh karena itu, dalam hal ini dipilih 4-fold. Terdapat kesalahan klasifikasi patogen pada setiap fold. Tabel 15 menunjukkan confusion matrix 4-fold jumlah patogen yang salah terklasifikasi ke kelas lain.
Tabel 15 Confusion matrix 4-fold
Prediksi Colletotrichum sp. Curvularia sp. Fusarium sp. A kt ua l Colletotrichum sp. 9 1 0 Curvularia sp. 2 8 0 Fusarium sp. 0 0 10
Kesalahan klasifikasi dalam 4-fold terjadi pada data Colletotrichum sp. dan data Curvularia sp. Kesalahan klasifikasi pada data Colletotrichum sp. berada pada data ke-11 yang salah diklasifikasi sebagai Curvularia sp. Sedangkan kesalahan klasifikasi kelas Curvularia sp. berada pada data ke-63 dan data ke-68 yang salah diklasifikasi sebagai Colletotrichum sp. Data citra yang mengalami kesalahan klasifikasi pada 4-fold dapat dilihat pada Gambar 28.
Gambar 28 Data kesalahan klasifikasi 4-fold (a) Colletotrichum sp. yang terklasifikasi sebagai Curvularia sp. (b) Curvularia sp. yang terklasifikasi sebagai Colletotrichum sp.
Data citra ke-11 pada data Colletotrichum sp.diidentifikasi sebagai patogen Curvularia sp. Kesalahan klasifikasi ini terjadi karena nilai ciri compactness dan
roundness data ke-11 berada pada sebaran nilai ciri data Curvularia sp.. Gambar 29 menunjukkan hasil praproses data ke-11 Colletotrichum sp. yang terklasifikasi ke
Curvularia sp. dan contoh data Curvularia sp. yang memiliki sebaran nilai yang berada di Colletotrichum sp.
Gambar 29 Kesalahan klasifikasi 4-fold pada data ke-11
Data citra ke-63 dan data ke-68 pada Curvularia sp. diidentifikasi sebagai patogen Colletotrichum sp., kesalahan klasifikasi ini terjadi karena nilai ciri
compactness dan roundness data ke-63 dan data ke-68 berada pada sebaran nilai ciri Colletotrichum sp.. Gambar 30 menunjukkan hasil praproses data ke-63 dan data ke-68 Curvularia sp. yang terklasifikasi ke Colletotrichum sp. dan contoh data
Colletotrichum sp. yang memiliki sebaran nilai yang berada di Curvularia sp.
Gambar 30 Kesalahan klasifikasi 4-fold pada data ke-63 dan data ke-68 Evaluasi Hasil Identifikasi
Evaluasi hasil identifikasi dengan confusion matrix dapat dilihat pada Tabel 16. Pada data patogen Colletotrichum sp. terdapat sebanyak 11 data yang teridentifikasi sebagai data Curvularia sp., dan sebanyak 3 data yang teridentifikasi sebagai data Fusarium sp.. Hal ini dikarenakan disamping bentuk citra yang hampir mirip juga terdapat beberapa nilai ciri data tersebut berada pada sebaran Curvularia
sp. dan Fusarium sp.. Pada data patogen Curvularia sp. terdapat sebanyak 6 data yang teridentifikasi sebagai data Colletotrichum sp.. Hal ini disebabkan karena bentuk citra yang hampir mirip juga terdapat beberapa nilai ciri data Curvularia sp. tersebut berada pada sebaran Colletotrichum sp.. Pada data patogen Fusarium sp. semua data dapat teridentifikasi dengan benar.
Tabel 16 Confusion matrix data patogen
Prediksi
Colletotrichum sp. Curvularia sp. Fusarium sp.
A kt ua l Colletotrichum sp. 36 11 3 Curvularia sp. 6 44 0 Fusarium sp. 0 0 50